一种直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统和方法，系统工作波长在1.5微米光通信波段，采用全光纤结构，没有空间光学元器件；在校准过程中，激光每经过环路一次后出射的激光频率相对于上一次从环路出射的激光频率产生固定的频率移动，从而使得入射到光纤Fabry-Perot干涉仪的激光脉冲频率以固定步长进行扫描，每一个不同频率的脉冲入射到干涉仪中得到对应的透过率，从而得到透过率曲线，完成激光雷达系统的校准。本发明在扫描频率的过程中，由于AOM调制频率的精确度可达一赫兹量级，所以扫描频率的步长可由两个声光调制器AOM2和AOM3精确控制，因此频率扫描精度很高；一次完整的扫描所需时间在微秒量级，所以校准速度非常快，可在雷达测风过程中实时进行校准。
【专利说明】一种直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于直接探测测风激光雷达【技术领域】，具体涉及一种直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统和方法。
【背景技术】
[0002]现有的直接探测测风激光雷达系统的校准方法主要有以下几种:
[0003]中国科学技术大学的直接探测多普勒激光雷达在校准过程中采用改变标准具
腔长的方式来扫描透过率曲线，从而达到校准目的。由；
【权利要求】
1.一种直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统，其特征在于，校准系统工作波长在1.5微米光通讯波段，采用全光纤结构，没有空间光学元器件，系统包括连续激光器(11)，声光调制器AOMl (12)，隔离器(13)，偏振控制器PC (14)，偏振分束器PBS (21)，可调光延时器(22)，声光调制器A0M2 (23)，可调光延时器(24)，声光调制器A0M3 (25)，掺饵光纤放大器EDFA (26)，环行器(27)，光纤Bragg光栅FBG (28)，延时光纤(29)，隔离器(210)，偏振控制器PC (211)，分束器(31)，光纤Fabry-Perot干涉仪FFPI (32)，第一单光子计数器SPCM (33)，第二单光子计数器SPCM (34)和示波器(35)，连续激光器(11)发射的连续光经过声光调制器A0M1(12)后被调制为脉冲光，脉冲时间间隔为直接探测多普勒激光雷达中扫描鉴频器件的完整透过率曲线所需的时间，经过隔离器(13)后，进入偏振控制器PC (14)，将脉冲光调制为具有所需偏振特性的偏振光，偏振光由a端口进入偏振分束器PBS(21)，分束器根据偏振光的偏振方向，将激光按一定比例分为两路，一路从b端口入射到接收部分，另一路从c端口出射，进入可调光延时器(22)，通过调整声光调制器AOMl (12)和声光调制器A0M2 (23)之间的光程，使得激光在AOMl和A0M2之间传输所需时间与这两个AOM的脉冲前沿时间差精确吻合；声光调制器A0M2 (23)将激光频率调制到-80MHz的位置，可调光延时器(24)让激光在A0M2和A0M3之间传输所需时间与这两个AOM的脉冲前沿时间差精确吻合。声光调制器A0M3 (25)将激光频率调制到+(80MHz+Λ ν)的位置；因此，激光经过声光调制器Α0Μ2 (23)和Α0Μ3 (25)后，频率增加了 Λ ν ;发生Λ ν频移的激光经过掺饵光纤放大器EDFA (26)进行一级放大后，由e端口进入环行器后由f端口出射进入光纤Bragg光栅FBG (28)滤除EDFA自发辐射ASE背景噪声，滤除背景后的激光由f端口进入环行器，由g端口出射后经过延时光纤(29)、隔离器(210)，偏振控制器PC (211)将激光调制为设定的偏振方向，偏振光由d端口进入偏振分束器PBS (21),分束器根据偏振控制器PC(211)出射的偏振光的偏振方向,将发生Δ ν频移的激光按一定比例分为两路,一路从b端口入射到接收部分,另一路从c端口入射，进入相同环路，再次发生Λ ν的频率移动，以此类推，激光每在环路绕一圈后从b端口出射的激光频率都相对于上一圈出射的激光频率发生Λ ν的频率移动，且从b端口出射的相邻脉冲的时间间隔为激光绕环路一周所需时间；从b端口出射的脉冲序列依次入射到分束器(31)，分束器(31)将激光等比例分为两路，一路进入光纤Fabry-Perot干涉仪FFPI (32)后进入第一单光子计数器(33)检测强度，另一路作为能量检测通道，直接进入第二单光子计数器(34)检测入射到接收部分的激光强度；第一单光子计数器(33)和第二单光子计数器(34)获得的数据传输到示波器(35)中，示波器(35)根据所获得数据得到每一个频率的脉冲对应的透过率，进而得到FFPI的透过率曲线。
2.根据权利要求1所述的一种直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统，其特征在于，由声光调制器AOMl (12)调制的入射到a端口的脉冲，相邻的脉冲时间间隔为扫描一次鉴频器件的完整透过率曲线所需时间Ttl ;声光调制器A0M2 (23)和声光调制器A0M3 (25)所调制的脉冲的相邻脉冲时间间隔为激光每绕环路一周所需时间T1 ;声光调制器A0M2(23)和声光调制器A0M3 (25)的脉冲触发延时为At，需要将可调光延时器(24)的延时调整到At,以保证两个声光调制器的触发前沿与入射的激光脉冲前沿对齐；b端口从出射第一个激光脉冲开始，每隔时间T1，就出射一个激光脉冲，而且每次出射的激光频率都要比上一个脉冲的频率增加Λ ν ;进行一次对鉴频器件的完整透过率曲线的扫描，一共扫描N步，共有N个频率以步长Λ ν递增的激光脉冲入射到接受部分，那么频率扫描范围为N.Λ V，第N个从b端口输出的脉冲的频率为νΝ= ν ^ (N-1) Δ ν , V1为从声光调制器AOMl (12)出射的脉冲的频率；进行一次对鉴频器件的完整透过率曲线的扫描需要扫描N步，总共所需时间为N.T1,因此由声光调制器AOMl (12)调制的入射到a端口的脉冲时间间隔Ttl至少为N.V
3.一种利用权利要求1或2所述的直接探测多普勒激光雷达的快速校准系统的校准方法，在校准过程中，对入射到光纤Fabry-Perot干涉仪的激光脉冲频率进行扫描，扫描频率的步长为Δ ν，扫描步数为N,第N个脉冲的频率为νΝ= ν !+(N-1) Δ ν ;每一个不同频率的脉冲入射到干涉仪中得到对应的透过率，所以通过进行一次对鉴频器件的完整透过率曲线的扫描，可以得到N个等频率间隔的透过率值；进行一次完整的透过率曲线扫描的时间T0的大小至少为N.T1，经过多次重复的时长为Ttl的完整的扫描，将每个频率对应的透过率的多次测量值求平均，再由求`过平均的N个透过率值拟合出干涉仪的透过率曲线。
【文档编号】G01S7/497GK103605124SQ201310544932
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】夏海云, 赵若灿, 窦贤康, 孙东松, 上官明佳, 舒志峰, 韩於利 申请人:中国科学技术大学