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。
[0033] 图1为本发明【背景技术】提供的激光脉冲宽度Δ T = 400ns，υ M= 80MHz信号光光 谱未湮没在本振光光谱情况下的时域图与频域图；
[0034] 图2为本发明【背景技术】提供的激光脉冲宽度Δ T = 40ns，υ M= 80MHz，信号光光 谱湮没在本振光光谱情况下的时域图与频域图；
[0035] 图3为本发明实施例提供的一种距离分辨率可调的相干测风激光雷达系统的示 意图；
[0036] 图4为本发明实施例提供的激光脉冲宽度Δ T = 40ns，υ M= 800MHz，信号光光谱 不再湮没在本振光光谱情况下的时域图与频域图。
【具体实施方式】
[0037] 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前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明的保护范围。
[0038] 实施例
[0039] 图3为本发明实施例提供的一种距离分辨率可调的相干测风激光雷达系统的示 意图。如图3所示，其主要包括：连续波激光器1，1分2光纤分束器2,偏振环形分束器3， 声光调制器（AOM) 4,电光调制器（EOM) 5,放大器6,三口环形器7,发射和接收望远镜8, λ/2 波片9,光纤耦合器10,平衡探测器11，采集卡12,计算机13 ;其中：
[0040] 连续波激光器1分别与计算机13与1分2光纤分束器2相连；
[0041] 1分2光纤分束器2的一端与偏振环形分束器3相连，偏振环形分束器3的一端与 AOM 4相连，AOM 4与EOM 5相连，EOM 5与偏振环形分束器3相连，从而构成环路；偏振环 形分束器3的另一端与放大器6相连，放大器6与三口环形器7的a 口相接，三口环形器7 的b 口与收发望远镜8相连，三口环形器7的c 口与光纤耦合器10的一个入口相连；
[0042] 1分2光纤分束器2的另一端与λ /2波片9相连，λ /2波片9与光纤親合器10 的另一个入口相连，光纤耦合器10出口与平衡探测器11相连，探测器电信号与采集卡12 相连，采集卡与计算机13相连。
[0043] 进一步的，所述偏振环形分束器3将垂直方向的偏振光锁定在其环形器内，使垂 直方向的偏振光反复η次通过AOM 4产生n u Μ的移频，从而实现本振光中心频率与出射光 中心频率的频率差可调；其中，uM为AOM 4单次产生的频移。
[0044] 进一步的，所述偏振环形分束器3将垂直方向的连续偏振光转化为水平方向的脉 冲光；通过控制EOM 5的时序，实现水平方向的脉冲光的脉冲半高全宽可调，并使固定频移 量的出射光通过偏振环形分束器3,实现相干测风激光雷达的距离分辨率可调。
[0045] 为了便于理解，下面针对上述系统的工作过程做详细说明。
[0046] 计算机13控制连续波激光器1射出连续波激光（信号光），出射的垂直方向偏振 的连续波激光经1分2光纤分束器2的一端进入偏振环形分束器3,偏振环形分束器3将垂 直方向的连续波激光反射进入AOM 4,每次产生的频移，垂直方向的连续波激光在偏振 环形分束器内进行η次循环，产生n u Μ的频移，当达到所需频移量后，EOM 5将垂直方向的 连续波激光转换为脉冲半高全宽可调的平行方向的脉冲激光，频移之后的平行方向脉冲激 光经环形分束器3出射，进入放大器6进行功率放大，经三口环形器7的a 口入射，经b 口 出射进入收发望远镜8,经收发望远镜出射进入大气。
[0047] 激光经大气作用后产生的后向散射信号经收发望远镜8接收，从三口环形器7的 b 口入射，经c 口出射，进入光纤耦合器10。同时，经1分2光纤分束器2另一出口的垂直 方向的连续波激光（本振光）进入λ/2波片9,变为平行偏振方向，接入光纤耦合器10,混 频之后的光信号照射在平衡探测器11的感光面上，产生的电信号经采集卡12采集，传入计 算机13中进行风速反演。
[0048] 本发明的原理如下：根据【背景技术】所述，相干测风激光雷达需要精确测量拍频信 号频谱中波峰A与波峰B的频率差△ υ。首先应当精确区分开本振光光谱和信号光光谱， 避免较弱的回波信号谱湮没在本振信号谱中。在本发明实施例中，设拍频信号经FFT变换 之后的信噪比公式为：
[0049]
[0050] 其中，A为本振光光谱的峰值强度，C为本振光位于υΜ时的强度。考虑激光器的 RIN噪声和speckle噪声，当SNR > 80dB时，判定该处信号光光谱不会湮没在本振光光谱 中。如图4所示，Δ T = 40ns，Δ u M扩大10倍至800MHz，此时信号光光谱不再湮没在本振 光光谱中，图中光谱曲线的含义及标记A、B、C的含义与前述图1类似；。因此根据不同距 离分辨率的需求，可以改变激光脉冲半高全宽ΔΤ，并选取不同的υ Μ，实现相干测风激光雷 达的空间分辨率可调，使采集卡的采集频率和数据处理负担都得到优化。
[0051] 由上述本发明提供的技术方案可以看出，一方面，采用偏振环形分束器3,将垂直 方向的偏振光锁定在环形器中，通过多次通过AOM 4,使出射激光产生η υ Μ的频移，实现了 激光频移量可调；另一方面，采用EOM 5搭配偏振环形分束器3,将环形器中达到预定偏移 量的激光偏振态由垂直方向偏振转化为平行方向偏振，并且将连续波激光转化为脉冲宽度 可调的脉冲光，从而实现了相干测风激光雷达的距离分辨率可调。基于上述方案，不仅提高 了相干测风激光雷达在不同分辨率要求场合下和不同天气情况下的适用程度，还提高了相 干测风激光雷达测量数据的可靠性。
[0052] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
【主权项】
1. 一种距离分辨率可调的相干测风激光雷达系统，其特征在于，包括：连续波激光器 (I)，1分2光纤分束器（2)，偏振环形分束器（3)，声光调制器AOM (4)，电光调制器EOM (5)， 放大器（6)，三口环形器（7)，发射和接收望远镜（8)，A/2波片（9)，光纤耦合器（10)，平衡 探测器（11)，采集卡（12)，计算机（13);其中： 连续波激光器（1)分别与计算机（13)与1分2光纤分束器（2)相连； 1分2光纤分束器（2)的一端与偏振环形分束器（3)相连，偏振环形分束器（3)的一 端与AOM(4)相连，AOM(4)与EOM(5)相连，EOM(5)与偏振环形分束器（3)相连，从而构成 环路；偏振环形分束器（3)的另一端与放大器（6)相连，放大器（6)与三口环形器（7)的a 口相接，三口环形器（7)的b 口与收发望远镜（8)相连，三口环形器（7)的c 口与光纤耦合 器（10)的一个入口相连； 1分2光纤分束器（2)的另一端与A/2波片（9)相连，A/2波片（9)与光纤親合器 (10)的另一个入口相连，光纤耦合器（10)出口与平衡探测器（11)相连，探测器电信号与采 集卡（12)相连，采集卡与计算机（13)相连。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏振环形分束器（3)将垂直方向的偏 振光锁定在其环形器内，使垂直方向的偏振光反复n次通过AOM (4)产生n u M的移频，从而 实现本振光中心频率与出射光中心频率的频率差可调； 其中，为AOM(4)单次产生的频移。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述EOM (5)将垂直方向的连续偏振 光转化为水平方向的脉冲光，通过控制EOM(5)的时序，实现水平方向的脉冲光的脉冲半高 全宽可调，并使固定频移量的出射光通过偏振环形分束器（3)，实现相干测风激光雷达的距 离分辨率可调。
【专利摘要】本发明公开了一种距离分辨率可调的相干测风激光雷达系统，一方面，采用偏振环形分束器3，将垂直方向的偏振光锁定在环形器中，通过多次通过AOM，使出射激光产生nυM的频移，实现了激光频移量可调；另一方面，采用EOM？5搭配偏振环形分束器3，将环形器中达到预定偏移量的激光偏振态由垂直方向偏振转化为平行方向偏振，并且将连续波激光转化为脉冲宽度可调的脉冲光，从而实现了相干测风激光雷达的距离分辨率可调。基于上述方案，不仅提高了相干测风激光雷达在不同分辨率要求场合下和不同天气情况下的适用程度，还提高了相干测风激光雷达测量数据的可靠性。
【IPC分类】G01S17/95
【公开号】CN105158770
【申请号】CN201510661310
【发明人】王冲, 夏海云, 上官明佳, 窦贤康, 裘家伟
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年10月10日