[发明专利]动态补偿测风激光雷达系统及其测风方法

说明书

本发明公开了一种动态补偿测风激光雷达系统，它包括：激光器、A/D转换器、信号处理器和数据处理器，所述信号处理器包括功率谱计算模块、运动传感器和脉冲累积模块，脉冲累积模块将单个光束周期发出的光脉冲分成n段进行累积，在每段累积中加入运动传感器采集的实时运动和姿态数据，通过对多个周期脉冲信号功率谱密度进行累积，从而提高信噪比。本发明采用对单光束驻留时间内的光脉冲进行分段累加并叠加姿态的方式，可以大大提高姿态补偿频率，并做到姿态补偿频率可调。

技术领域

本发明属于激光雷达领域，具体是一种动态补偿测风激光雷达系统及其测风方法。

背景技术

目前市面上的测风激光雷达系统在动态环境测风时，主要在每次采样时进行雷达姿态补偿。雷达的采样频率通常为1Hz，这导致雷达姿态补偿的频率也在1Hz。在复杂的动态环境，例如浮标、车载、机载等，雷达的姿态变化频率往往大于1Hz，1Hz的姿态补偿频率明显不能满足测风需求。

雷达需要同时测量多个高度层的风场信息。目前市面上的脉冲雷达主要采集固定时间的回光信号，测量距离不会随着雷达姿态实时调整。当雷达姿态变化时，测量的高度层也会随之发生变化。现在主流的手段是后期采用指数率进行插值的方法，推算出所设置高度层的风场信息，这种方法明显不如直接测量目标高度层准确。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种动态补偿测风激光雷达系统及其测风方法。

技术方案：

本发明首先公开了一种动态补偿测风激光雷达系统的测风方法，它包括以下步骤：

S1、多光束激光器产生的光信号以固定频率在多束光之间周期切换；

S2、光信号经大气气溶胶散射后，由光学天线接收并与种子光信号进行拍频；

S3、拍频信号进行平衡探测、A/D转换，传至信号处理器，获得信号功率谱；同时，运动传感器实时输出雷达的运动和姿态数据；

将单个光束周期发出的光脉冲分成n段进行累积，在每段累积中加入运动传感器采集的实时运动和姿态数据，通过对多个周期脉冲信号功率谱密度进行累积，从而提高信噪比；

S4、信号功率谱、雷达的实时运动和姿态数据打包发送给数据处理器，获得光束径向风速；

S5、结合上一周期光束径向风速反演得出雷达上方的风速和风向。

优选的，S3中，通过对A/D采样信号计算，以获得脉冲信号功率谱。

优选的，S3中，根据雷达的姿态和高度变化，实时调整A/D转换器的采样间隔时间：

式中，为变化后的采样间隔时间，为变化后的光束在惯性坐标轴的向量，为真空中光速；为变化后的光束至高度层的单程距离，为变化前雷达至高度层的垂线距离，为雷达的高度变化。

优选的，S3中，雷达单个光束周期的脉冲分为n段：

t为单光束驻留时间，激光器重频为FkHz，M为脉冲累积次数。

本发明还公开了一种动态补偿测风激光雷达系统，它包括：

-激光器，用于发射多光束光信号；光学天线，用于接收经大气气溶胶散射后的光信号并与种子光信号进行拍频；

-A/D转换器，对拍频信号进行采样，进行平衡探测、A/D转换，并传给信号处理器；

-信号处理器，包括功率谱计算模块、运动传感器和脉冲累积模块：

-功率谱计算模块获得信号功率谱；

-运动传感器实时输出雷达的运动和姿态数据；