[发明专利]一种基于频域编码技术的相干激光雷达

说明书

本发明公开了一种基于频域编码技术的相干激光雷达。本发明通过设置N个声光调制器分别对入射的激光调制，每个声光调制器产生的频移量v_M均不同，从而产生N个不同频率的激光信号。由于受激布里渊散射阈值与入射激光的频率相关，通过设置每个频率的激光信号功率都小于该频率对应的受激布里渊散射阈值，从而实现在不引起受激布里渊散射的同时，使激光雷达整体出射功率成为每一单独的声光调制器支路出射功率的叠加，实现出射激光功率的倍增效应，解决了激光器脉冲峰值功率受限的问题，显著地提高了相干激光雷达的信噪比，有效提高了探测距离，且不需要脉冲积累时间，不牺牲探测时间和距离分辨率。

技术领域

本发明涉及激光雷达大气遥感领域，尤其涉及一种基于频域编码技术的相干激光雷达。

背景技术

激光雷达作为近年快速发展的新型光波主动式遥感技术，由于具有高精度及高时空分辨率的遥测特性,已经在大气及海洋环境探测等领域得到广泛的应用。

随着光纤激光技术的发展，光纤在激光雷达中的使用越来越普遍，光纤的应用极大地推动了激光雷达技术的发展。近年来，已经出现了全光纤激光雷达，大大提高了激光雷达的小型化、集成化程度。

本发明的发明人经研究发现：与传统的测风手段相比，由于激光在大气传输过程中，受大气衰减及各种复杂天气状况影响，相干激光雷达接收的回波信号具有很低的信噪比和很大的随机性。多普勒激光雷达信号可以描述为一个零均值复高斯随机过程的信号光附加一个统计独立的白噪声。目前，最常用的多普勒频移估计算法是周期图最大值法，即直接提取每个距离门激光雷达时域信号功率谱的最大值对应的频率值。当信噪比(SNR)较低时，频率估计存在偏差，从而增大了测量误差。提高雷达回波信号的信噪比是雷达接收机从噪声中提取回波信号的关键，也是进行后续数据分析处理的前提。

本发明的发明人进一步经研究发现：为提高信噪比，目前采用方法有增加光纤激光器的发射脉冲功率，增大望远镜口径等。采取增大望远镜口径的方法，会大大提高成本。而采用增加发射脉冲功率的方法，虽然在一定程度上能够提高信噪比，但光功率超过受激布里渊散射的阈值时，会激发强烈的受激布里渊散射，降低激光功率，损坏光纤器件。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于频域编码技术的相干激光雷达，能够克服受激布里渊散射对激光功率的限制，有效提高激光雷达的发射功率和信噪比。

为实现本发明的上述目的，本发明提出了一种基于频域编码技术的相干激光雷达，包括：连续光激光器、分束器、N个声光调制器、第一耦合器、光纤放大器、光学收发模块、第二耦合器和平衡光电探测器；N为大于1的自然数；其中，

所述连续光激光器用于输出频率为v₀的连续激光；

所述连续光激光器的输出端与分束器的输入端通过光纤连接；

所述分束器包括N+1个输出端，用于将连续光激光器输出的激光分成N+1路；分束器的其中一个输出端与第二耦合器的一个输入端连接，剩余的每一个输出端分别与一个声光调制器通过光纤连接；

每个声光调制器用于将输入的连续激光调制为脉冲光并改变输入的连接激光的频率；声光调制器输出的激光频率为v₀+v_M，其中，v_M为声光调制器调制产生的频移量；每个声光调制器根据预设的编码规则对入射激光调制产生对应的频移量v_M，且每个声光调制器对应的频移量v_M均不同；

N个声光调制器输出的激光信号经第一耦合器耦合后输出到光纤放大器；

光纤放大器用于对输入的激光放大后输出到光学收发模块；