[发明专利]一种中频捷变的全光纤相干测风激光雷达系统

说明书

技术领域

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

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究。

相干激光雷达理论的研究开始于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——基于连续CO2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(depth of focus)获得距离分辨率，探测的距离一般为几百米。作为连续CO₂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1.06μm相干测风激光雷达和基于Tm,Ho:YAG激光器的2.1μm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1.55μm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，1.55μm波段激光的最大允许曝光量是2.1μm波段的10倍，高出1.06μm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究的WINDCUBE系列产品。

国内方面也有1.55μm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究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究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0.22m/s。

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

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。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

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；