一种中频捷变的全光纤相干测风激光雷达系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及全光纤相干测风激光雷达领域，尤其涉及一种中频捷变的全光纤相干 测风激光雷达系统。
【背景技术】
[0002] 在区域大气风速的遥感中，脉冲相干激光雷达具有高精度、高时空分辨率的特点， 广泛应用于测量大气风廓线、风切变预警以及探测飞机尾流等，在天气预报、风能发电、航 空航天、军事等领域有着重要的意义，全光纤脉冲相干测风激光雷达具有较好的应用前景， 值得从理论、技术和实验分析等方面深入研宄。
[0003] 相干激光雷达理论的研宄开始于20世纪60年代，是在美国国家航空航天局 (NASA)和美国国家海洋和大气管理局（NOAA)的支持下由J.A.L. Thomoson和其合作者建 立。1968年，在NASA的资助下Al Jelalian等人在美国雷神公司（Raytheon Co.)研制 出了世界上第一台相干测风激光雷达一一基于连续C02激光器的相干测风激光雷达系统， 该系统是通过改变焦点深度（cbpth of focus)获得距离分辨率，探测的距离一般为几百 米。作为连续〇)2激光雷达的一个应用，1970年R. M. Huffaker等人报道了利用气溶胶的 后向散射信号测量机场跑道上空飞机的尾流。第一台脉冲相干激光雷达同样是由NASA的 资助在美国雷神公司研制，脉冲能量为10mJ，重复频率为200Hz，为商用航线提供晴空湍流 (clear air turbulence)的探测。该激光雷达于1970年开始地面测试，1972年和1973 年安装在NASA Convair 990飞机上做飞行测试，开始了机载相干测风激光雷达的应用。 从80年代开始，美国相干技术公司（Coherent Technologies, Inc.)先后研发了基于固体 激光器的1. 06 ym相干测风激光雷达和基于Tm, H〇:YAG激光器的2. I ym相干测风激光 雷达，分别用于测量大气风场和探测风切变。随着掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA)及光纤技术的发展，以及在EDFA中使用大模场（Large-Mode Area, LMA) 光纤以避免光纤中的受激布里渊散射（Stimulated Brillouin Scattering, SBS)等非线性 效应，EDFA输出的激光脉冲能量和平均功率逐步提高，工作于1. 55 μ m的全光纤脉冲相干 测风激光雷达受到学者的重视。其主要优点是：（1)工作波长是人眼安全的，1.55 μ m波段 激光的最大允许曝光量是2. 1 μ m波段的10倍，高出1. 06 μ m波段5个数量级；(2)光通信 器件已发展很成熟，可以直接应用，降低成本；（3)全光纤结构，易于组装和集成，容易小型 化、稳定化和商品化。日本Mitsubishi公司从2004年开始研发全光纤脉冲相干激光雷达 的商用样机，2005年研制出商用化的LR-05FC系列产品。法国Leosphere公司于2006年 12月发布了用于气象研宄的WINDCUBE系列产品。
[0004] 国内方面也有1. 55 μ m全光纤脉冲相干测风激光雷达的报道。中国电子科技集团 第二十七研宄所研发了一套全光纤相干多普勒激光测风雷达设备，于2012年6月5日进行 外场实验。中国科学院上海光学精密机械研宄所报道了用于边界层的全光纤相干测风激光 雷达，视向探测距离为3km，距离分辨率为75m，时间分辨率为2s，18000发激光脉冲累积时 风速的测量精度为〇. 22m/s。
[0005] 但是，现有的上述全光纤相干激光雷达中，激光脉冲的调制和中频信号的产生是 由一个声光调制器或二个声光调制器级联完成，中频信号是一个固定的数值，常用的有 55MHz，80MHz和100MHz。在某些特殊的电磁环境下，一方面比如广播电台等蓄意干扰这些 波段时，则可能造成激光雷达不能够正常工作；另一方面，激光雷达正常工作时辐射的电磁 信号对其它电子设备造成干扰时，就需要调节激光雷达的中频信号，这在传统的全光纤相 干激光雷达中难以做到的。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种中频捷变的全光纤相干测风激光雷达系统，实现了中频 信号频率的可捷变。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] 一种中频捷变的全光纤相干测风激光雷达系统，该系统包括：可调谐光纤激光器 1、第一强度调制器2、第一光隔离器3、第二强度调制器4、第二光隔离器5、光纤激光功率放 大器6、光纤环行器7、望远镜8、任意函数发生器9、第三强度调制器10、保偏光纤耦合/分 束器11、平衡光电探测器12、A/D采集卡13与信号处理单元14 ;
[0009] 其中，所述可调谐光纤激光器1输出第一与第二连续激光；在任意函数发生器9的 驱动下，由依次连接的第一强度调制器2、第一光隔离器3、第二强度调制器4与第二光隔离 器5构成的二级强度调制，将第一连续激光调制成激光脉冲，激光脉冲经过光纤激光功率 放大器6进行功率放大，并经过光纤环行器7和望远镜8发射到大气中；大气中的气溶胶粒 子的后向散射信号经过望远镜9、光纤环行器7后进入保偏光纤耦合/分束器11中；
[0010] 第二连续激光则经过第三强度调制器10的衰减后进入保偏光纤耦合/分束器11， 与气溶胶粒子的后向散射信号拍频，经过平衡光电探测器12进行光电转换，产生的射频信 号由A/D采集卡13进行模/数转换，最后由信号处理单元14计算出风速。
[0011] 进一步的，所述可调谐光纤激光器1包括：微处理器模块31、半导体致冷器模块 33、第一光源32与第二光源34 ;
[0012] 所述微处理器模块31用于控制第一光源32输出激光频率为V i的第一连续激光， 控制第二光源34输出激光频率为V 2的第二连续激光；所述半导体致冷器模块33,用于为 第一光源32与第二光源34提供所需的环境温度；
[0013] 通过微处理器模块31来控制第一光源32与第二光源34实现中频信号Λ f = V ^v2的频率可捷变。
[0014] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过可调谐光纤激光器中的微控制器模 块控制第一光源和/或第二光源输出激光的频率来实现中频信号的频率的可捷变；这种中 频捷变的全光纤相干测风激光雷达系统在复杂电磁环境下可以发挥很强的用途，一方面可 以通过调谐激光雷达的中频信号的频率以防止工作在该中频波段的其它电子设备干扰激 光雷达的正常工作，提高激光雷达系统的抗电磁干扰或破坏能力；另一方面，当激光雷达工 作的中频信号与周围其它设备的工作频段有冲突或构成干扰时，可以通过调谐激光雷达的 中频信号的频率，以防止激光雷达在正常工作时干扰或破坏其它电子设备的正常工作。
【附图说明】
[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 附图。
[0016] 图1为本发明实施例提供的一种中频捷变的全光纤相干测风激光雷达系统的示 意图；
[0017] 图2为本发明实施例提供的可调谐光纤激光器中光源的结构示意图；
[0018] 图3为本发明实施例提供的接收信号、本振光与射频信号功率变化示意图；
[0019] 图4为本发明实施例提供的根据近场高信噪比的信号计算中频信号的示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动