一种气象探测激光雷达.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113447955A(43)申请公布日2021.09.28(21)申请号202110726283.8(22)申请日2021.06.29(71)申请人北京聚恒博联科技有限公司地址100080北京市海淀区蓝靛厂东路2号院(金源时代商务中心2号楼)3单元(C座)10G(72)发明人翟东力董文雅刘栋张祥宋一平李尧许家慈(74)专利代理机构洛阳华和知识产权代理事务所(普通合伙)41203代理人刘亚莉(51)Int.Cl.G01S17/95(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种气象探测激光雷达(57)摘要一种基于相位移频器和相干外差检测技术的瑞利散射气象激光雷达，包括种子激光器、脉冲开关、光放大器、倍频器、光学收发天线、IQ调制器、光纤合束器、平衡探测器、移频控制电路、采集处理电路，本发明采用相干外差检测方式来检测信号且外差检测的本振光信号由相位移频器输出，具备可变化的频移量，从而可对瑞利散射的多普勒频移谱进行精密测量，最终可同时得到目标大气的径向速度、温度、密度信息。CN113447955ACN113447955A权利要求书1/1页1.一种气象探测激光雷达，其特征在于：所述激光雷达采用相干外差检测方式来检测信号，包括种子激光器：用于产生激光信号，所述种子激光器包括激光器第一输出端和激光器第二输出端，激光信号通过激光器第一输出端传输至脉冲开关、通过激光器第二输出端传输至IQ调制器；脉冲开关：用于对从种子激光器传输过来的激光信号进行脉冲整形并将脉冲整形后的激光信号传输至光放大器；光放大器：用于对从脉冲开关传输过来的激光信号进行放大并将放大后的激光信号传输至第一倍频器；第一倍频器：用于对从光放大器传输过来的激光信号进行倍频并将倍频后的激光信号传输至光学天线；光学收发天线：用于接收从第一倍频器传输过来的激光信号并将信号传输至光纤合纤器；IQ调制器：用于对从种子激光器传输过来的激光信号进行相位移频并将移频后的信号传输至第二倍频器；第二倍频器：用于对从IQ调制器传输过来的激光信号进行倍频并将倍频后的信号传输至光纤合束器，通过IQ调制器进行相位移频的激光信号在第二倍频器的作用下进行信号倍频后得到连续的本振光信号，本振光信号具备可变化的频移量；光纤合束器：用于将从光学收发天线和第二倍频器传输过来的两路激光信号合束到一根光纤中并将合束后的信号传输至平衡探测器；平衡探测器：用于对从光纤合束器传输过来的信号进行处理得到电学差拍信号并将电学差拍信号输出至采集处理电路；采集处理电路：用于采集给定带宽内的信号能量。2.根据权利要求1所述的一种气象探测激光雷达，其特征在于：种子激光器产生的信号为窄线宽且频率稳定的连续激光信号。3.根据权利要求1所述的一种气象探测激光雷达，其特征在于：从种子激光器第一输出端输出的激光信号依次通过脉冲开关、光放大器、第一倍频器、光学收发天线进行整形、放大、倍频后形成能量脉冲。4.根据权利要求1所述的一种气象探测激光雷达，其特征在于：激光能量输出为脉冲方式，从而可以获得待测参数随路径的分布。2CN113447955A说明书1/4页一种气象探测激光雷达技术领域[0001]本发明属于气象激光雷达领域，特别涉及一种气象探测激光雷达。背景技术[0002]气象激光雷达是指通过发射激光能量来主动探测大气的温度、湿度、风场等气象要素的遥感探测设备，激光与大气的相互作用过程非常多，在低能级条件下主要有以下几个类型：布里渊散射、气溶胶米散射、分子拉曼散射、分子瑞利散射，利用不同的作用过程进行探测可获得丰富的大气要素信息。例如米散射可用来获得能见度、风速等信息，拉曼散射可用来获得大气成分、温度等信息。此处讨论的是分子瑞利散射。[0003]由于空气分子的运动速度分布符合麦克斯韦—玻尔兹曼速度分布律，因此光子与分子的弹性碰撞过程也存在符合该分布律的多普勒频移分布，故而气体速度的分布是直接与气体温度相关联的，亦即瑞利散射的多普勒频移呈现钟形。瑞利谱反应了多个大气参数，其中心位置反应了径向风速的信息；面积反应了密度信息；形状还反应了温度信息，温度变化时钟形分布的面积不变，高温时钟形会变宽变低，低温时钟形会变窄变高。因此如果能够获得完备的瑞利谱，就可获得多种大气参数。[0004]由于分子运动的平均速度达到近500米/秒，因此瑞利散射的谱宽会比较宽，在532nm波长激光照射下，常温气体的FWHM会有3GHz左右的宽度。用F‑P干涉仪扫描得到瑞利散射的多普勒谱形状后就可以得到气体的多种信息。但在大气低层，由于存在气溶胶，瑞利谱往往叠加有高出瑞利散射能量2‑3个数量级的米散射信号，这就使得直接用F‑P干涉仪进行扫描检测仅仅能适用于3万米以上的高空，因为只有在这一高度