一种相干接收装置及测风激光雷达系统.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CN112511239A(43)申请公布日2021.03.16(21)申请号202011258199.X(22)申请日2020.11.11(71)申请人武汉光迅科技股份有限公司地址430074湖北省武汉市洪山区邮科院路88号(72)发明人石川张博陈宏刚梁雪瑞成璇璇(74)专利代理机构北京派特恩知识产权代理有限公司11270代理人崔晓岚张颖玲(51)Int.Cl.H04B10/61(2013.01)G01S17/95(2006.01)权利要求书2页说明书12页附图4页(54)发明名称一种相干接收装置及测风激光雷达系统(57)摘要本申请实施例公开了一种相干接收装置及测风激光雷达系统，所述装置包括：保偏光纤插针，用于接收本振光，并输出给混频器；偏振分束棱镜，用于接收信号光，将信号光分成第一信号光和第二信号光，并将第一信号光和第二信号光输出给混频器；混频器，用于将第一信号光和第二信号光分别与本振光进行混频，并将混频后的光输出给PD阵列；PD阵列，用于对混频后的光进行光电转换，得到差分电流信号；信号处理电路，用于对差分电流信号进行转换，以得到差分电压信号；差分电压信号的推导公式中包括信号光和本振光频率差的部分，检测差分电压信号的频率，以得到所述信号光和本振光频率差的值；根据信号光和本振光频率差的值，得到信号光的多普勒频移量。CN112511239ACN112511239A权利要求书1/2页1.一种相干接收装置，其特征在于，所述装置包括：保偏光纤插针、偏振分束棱镜、混频器、光电二极管PD阵列和信号处理电路；其中，所述保偏光纤插针，用于接收本振光，并将所述本振光输出给所述混频器，所述本振光在所述保偏光纤插针中传输时偏振态保持不变；所述偏振分束棱镜，用于接收信号光，将所述信号光分成具有p偏振态的第一信号光和具有s偏振态的第二信号光，并将所述第一信号光和所述第二信号光输出给所述混频器；所述混频器，用于将所述第一信号光和所述第二信号光分别与所述本振光进行混频，并将混频后的光输出给所述PD阵列；所述PD阵列，用于对所述混频后的光进行光电转换，得到差分电流信号；所述信号处理电路，用于对所述差分电流信号进行转换，以得到差分电压信号；所述差分电压信号的推导公式中包括所述信号光和所述本振光频率差的部分，检测所述差分电压信号的频率，以得到所述信号光和所述本振光频率差的值；根据所述信号光和所述本振光频率差的值，得到所述信号光的多普勒频移量。2.根据权利要求1所述的相干接收装置，其特征在于，所述信号处理电路包括：放大器模块、模数转换器和处理器；其中，所述放大器模块，用于对所述差分电流信号进行放大，并将所述差分电流信号转换成差分电压信号；所述模数转换器，用于对所述差分电压信号进行模数转换器ADC采样，得到ADC采样信号；所述处理器，用于对所述ADC采样信号进行处理，得到所述ADC采样信号的频率，所述ADC采样信号的频率为所述信号光的多普勒频移量。3.根据权利要求2所述的相干接收装置，其特征在于，所述差分电压信号的推导公式为和其中，R为所述PD阵列中光电二极管的响应度，G为放大器模块的跨组增益，Pin为信号光光强，Plo为本振光光强，ωin为信号光角频率，ωlo为本振光角频率；θin为信号光初始相位，θlo为本振光初始相位，δ为所述第一信号光和所述第二信号光与水平方向的夹角；检测所述差分电压信号的频率，以确定所述差分电压信号的推导公式中的(ωin‑ωlo)×t项的值；所述差分电压信号的推导公式中的(ωin‑ωlo)×t项的值为所述信号光的多普勒频移量。4.根据权利要求2所述的相干接收装置，其特征在于，所述放大器模块采用低带宽放大器，还用于实现对所述差分电流信号的高频滤波。5.根据权利要求2所述的相干接收装置，其特征在于，所述信号光的多普勒频移量用于确定风速。6.根据权利要求2所述的相干接收装置，其特征在于，所述装置还包括：设置在所述PD2CN112511239A权利要求书2/2页阵列与所述放大器模块之间的低频滤波电路；其中，所述低频滤波电路，用于控制所述差分电流信号的截止频率，以实现对所述差分电流信号的低频滤波。7.根据权利要求1所述的相干接收装置，其特征在于，所述信号光基于以下方式生成：由激光器发射的激光进入大气中并与大气中的气溶胶分子发生相互作用产生回波信号，所述回波信号为所述信号光。8.根据权利要求7所述的相干接收装置，其特征在于，所述本振光为所述激光器发射进入所述保偏光纤插针的激光。9.根据权利要求1至8中任一项所述的相干接收装置，其特征在于，所述混频器包括第一子混频器和第二子混频器；其中，所述第一子混频器，用于对所述第一信号光和所述本振光进行混频；所述第二子混频器，用于对所述第二信号