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。
[0021] 实施例
[0022] 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。如图1所示，该系统包括：
[0023] 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 ；
[0024] 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；
[0025] 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；上述过程中，通 过控制第三强度调制器10可以控制可衰减第二连续激光（连续本振激光）的近场信号功 率，也包括通过控制平衡光电探测器12的近场增益，可以使全光纤激光雷达系统的基频探 测工作在最佳的状态。
[0026] 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 ;
[0027] 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；
[0028] 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 v 2的频率可捷变；中频信号Λ f的大小可利用高信噪比的近场信号计算。
[0029] 本发明实施例中，所述的第一光源32与第二光源34为相同结构的光源，其结构示 意图请参见图2 ;图2中的标记21表示镀有高反射膜的后腔镜，标记22表示第一热调谐滤 波器，标记23表示第二热调谐滤波器，标记24表示腔内耦合透镜，标记25表示二极管增益 介质，标记26表示输出准直透镜，标记27表示偏振分束器，标记28表示光隔离器，标记29 表不光纤聚集透镜，标记30表不输出光纤。
[0030] 本发明实施例提供的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其被工作 在该中频波段的其它电子设备干扰，提高激光雷达系统的抗电磁干扰或破坏能力；另一方 面，在同载荷情况下，可以通过调谐激光雷达的中频信号的频率，避免激光雷达的中频信号 对其它设备造成电磁干扰。
[0031] 为了便于理解，下面针对上述系统的原理及某些计算过程做详细的介绍。
[0032] 第一连续激光经过上述结构发射到大气中后，由于大气中气溶胶粒子的运动，激 光脉冲与气溶胶粒子相互作用时，后向散射信号在望远镜的视向产生多普勒频移f d，表;^ 为：
[0033] fd= 2v r/ λ ;
[0034] 式中λ为激光脉冲的中心波长，^为视向风速，当^的方向与望远镜的视向相反 时fd的符号为正，反之为负；则气溶胶粒子的后向散射信号的频率V s为：
[0035] Vs= V ^fd;
[0036] 大气中的气溶胶粒子的后向散射信号经过望远镜8、光纤环行器7后进入保偏光 纤親合/分束器11，该保偏光纤親合/分束器11对输入的两路信号先親合处理，再分束。 频率为V 2的第二连续激光（本振激光）经过第三强度调制器10的根据接收信号（即包 括系统镜面的后向散射信号和气溶胶粒子的后向散射信号）的特征优化控制后，如图3所 示，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通过周期图和脉冲累积的方式计算出射频信号的频率f KF。
[0037] 相干激光雷达中利用气溶胶的后向散射信号估计风速时一般使用最大似然比 (Maximum Likelihood, ML)的离散谱峰值（Discrete Spectral Peak, DSP)估计，即风速引 起的多普勒频率的最大似然解就是周期图的最大值对应的频率。在一个探测距离门内M个 采样点的周期图定义为：
【主权项】
1. 一种中频捷变的全光纤相干测风激光雷达系统，其特征在于，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); 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； 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。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，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); 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^的第一连续激光， 控制第二光源（34)输出激光频率为^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； 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Af=Vi_V2的频率可捷变。
【专利摘要】本发明公开了一种中频捷变的全光纤相干测风激光雷达系统，其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。采用本发明公开的中频捷变的全光纤相干测风激光雷达系统可以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。
【IPC分类】G01S17-95
【公开号】CN104597455
【申请号】CN201510080765
【发明人】夏海云, 贾晓东, 窦贤康, 王冲, 上官明佳, 裘家伟
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月12日