[发明专利]双模激光脉冲发射控制及回波信号处理系统

说明书

技术领域

本发明属于信号控制与处理领域，更具体地说本发明特别涉及一种脉冲光纤激光测风雷达的激光输出参数控制与回波信号处理的系统。

背景技术

随着激光技术的发展，激光雷达探测不再局限于硬目标测距领域，已开始向气体浓度、云层厚度、溶胶浓度气等方向扩展，用激光的气溶胶粒子散射来测量大气要素的研究越来越多。脉冲光纤激光测风雷达利用大气中随风漂移的微小颗粒对激光散射回波的多普勒频移来进行大气风场的测量，其最大探测距离依赖于发射激光的能量，在发射激光峰值功率一定的情况下，激光能量与激光脉冲宽度密切相关，脉冲宽度越长，能量越大，雷达最大探测距离越远；脉冲宽度越短，能量越小，雷达最大探测距离越近。另一方面，雷达近距离盲区长度与激光脉冲宽度有关，较长的激光脉冲会引起雷达近距离探测盲区增大。为减小激光雷达探测盲区，可通过缩短激光脉冲宽度来实现；然而短脉宽激光能量较低，会引起激光雷达最大探测距离减小。所以，较远的探测距离和较小的近距离探测盲区二者在传统激光测风雷达中是不可兼得的。

脉冲光纤激光测风雷达以脉冲光纤激光器做发射源，当激光器平均功率、脉冲重复频率一定时，脉宽减小，激光峰值功率升高，脉冲光纤激光器将产生非线性效应(受激布里渊(SBS)效应)，使得激光输出脉冲波形畸变，引起激光雷达探测能力下降，同时SBS效应也会影响激光器使用寿命。为抑制非线性效应，在减小激光脉冲宽度的同时，需提高激光脉冲重复频率，以避免非线性效应的产生。因此，为保证激光雷达最大探测距离的同时尽可能减小近距离探测盲区，可采用低重频长脉宽、高重频短脉宽两种参数模式的激光脉冲相结合的方法进行处理。现有的脉冲光纤激光测风雷达为减小盲区，通常都采用短脉宽的发射激光脉冲工作，由于激光能量相对较低，因此最大探测距离通常较近；而采用长脉宽脉冲的激光测风雷达，其探测盲区都较大，无法进行近距离风场测量。综上所述，目前的脉冲光纤激光测风雷达并无兼顾远近风场探测距离的有效技术手段。

发明内容

本发明是对现有技术的进一步改进和发展，其目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种可控制激光测风雷达交替输出两种参数模式的激光，能保证脉冲光纤激光测风雷达最大探测距离，又能同时尽可能减小近距离探测盲区，并对两种参数模式下激光脉冲对应回波信号进行处理的系统。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种双模激光脉冲发射控制及回波信号处理系统，包括：激光测风雷达系统中，通过光纤8，采用按顺序串联的1光纤激光器、声光调制器2、脉冲光纤放大器3、光学天线4、光电探测器5和经射频线缆9串联的信息处理模块6和经总线10串联的中控计算机7，其特征在于：声光调制器2通过射频线缆9并联信息处理模块6，接收中控计算机7指令后，向声光调制器2发出调制信号，声光调制器2输出与调制信号参数对应的种子激光脉冲，种子激光脉冲再输入脉冲光纤放大器3进行功率放大输出，光学天线4发射接收双模激光脉冲及其回波信号通过光纤8耦合注入光电探测器5转换为光电信号，并通过射频线缆9将光电信号传输至信息处理模块6对光电信号进行A/D采集、距离门划分和距离门频谱处理，将距离门频谱数据处理结果传入中控计算机7完成双模式距离门频谱数据组合，控制激光测风雷达交替输出两种参数模式的激光脉冲，同时对不同参数模式下激光回波信号进行处理，利用低重频长脉宽检测激光雷达最大探测距离和高重频短脉宽检测近距离探测盲区。

本发明有以下有益效果：

本发明基于脉冲光纤激光测风雷达，利用低重频长脉宽保证激光雷达最大探测距离，利用高重频短脉宽减少近距离探测盲区，可控制激光测风雷达交替输出两种参数模式的激光脉冲，由光学天线进行发射接收，回波信号经光电探测器接收，再由信息处理模块对不同参数模式下激光回波信号进行处理，处理结果数据最后由中控计算机进行组合存储，从而完成一次完整的径向风探测。激光测风雷达采用本发明，可以突破较远作用距离和较小近距离盲区二者之间的相互制约，从而在减小近距离探测盲区的同时，保证了不损失最大探测距离，而无需额外对激光器进行更换或设计改进。

附图说明

为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图对本发明做进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。

图1是本发明双模激光脉冲发射控制与回波信号处理系统的原理框图。

图2是图1的控制处理流程图。