直接探测测风激光雷达的标定装置.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CN110907922A(43)申请公布日2020.03.24(21)申请号201911200606.9(22)申请日2019.11.29(71)申请人中国科学院上海光学精密机械研究所地址201800上海市嘉定区清河路390号(72)发明人陈卫标刘菲菲毕德仓杨巨鑫张朝杰庞恺刘恒(74)专利代理机构上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31317代理人张宁展(51)Int.Cl.G01S7/497(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称直接探测测风激光雷达的标定装置(57)摘要本发明公开了一种直接探测测风激光雷达的风场标定装置，利用电光相位调制器对种子激光进行光谱展宽用来模拟高空大气分子的后向散射光谱，将展宽后的光谱输入到直接探测测风激光雷达的接收系统中，通过调节种子激光器的驱动源来改变激光器的输出频率用以模拟大气后向散射谱的多普勒频移。根据不同频移量下雷达接收系统的双通道能量的变化反演出对应的风速，与理论上多普勒频移引起的风速进行对比，实现对直接探测测风激光雷达的零风速和风速精度的快速且准确的标定。CN110907922ACN110907922A权利要求书1/1页1.一种直接探测测风激光雷达的风场标定装置，其特征在于，包括1064nm种子激光器(1)、种子激光器驱动源(2)、电光相位调制器(3)、高斯白噪声发生源(4)、可调微波衰减器(5)、射频放大器(6)、声光调制器(7)、光纤放大器(8)、二倍频晶体(9)、三倍频晶体(10)、分光镜(11)、准直扩束镜组(12)、信号收集光纤(13)和直接探测测风激光雷达的接收系统(14)；所述的1064nm种子激光器(1)在种子激光器驱动源(2)的作用下可改变激光输出频率，该1064nm种子激光器(1)产生的信号光经所述的电光相位调制器(3)进行调制后实现光谱展宽，展宽后的光谱通过声光调制器(7)实现展波，再输入到光纤放大器(8)完成功率的放大，然后依次经过二倍频晶体(9)、三倍频晶体(10)和分光镜(11)后输入到准直扩束镜组(12)实现准直扩束，出射的光由信号收集光纤(13)收集并送入激光雷达的接收系统(14)；所述的高斯白噪声发生源(4)产生的白噪声信号依次经所述的可调微波衰减器(5)和射频放大器(6)后进入所述的电光相位调制器(3)的射频端。2.根据权利要求1所述的直接探测测风激光雷达标定装置，其特征在于所述的电光相位调制器(3)使1064nm信号光和射频端输入的载波相互干涉，使信号光产生若干频带，从而改变信号光的谱宽特性。3.根据权利要求1所述的直接探测测风激光雷达标定装置，其特征在于所述的可调微波衰减器(4)通过改变输入电压控制其衰减倍数。4.根据权利要求1所述的直接探测测风激光雷达标定装置，其特征在于所述的二倍频晶体(9)和三倍频晶体(10)为准相位匹配周期性极化反转铌酸锂晶体。5.根据权利要求1所述的直接探测测风激光雷达标定装置，其特征在于所述的分光镜(11)对波长355nm激光透射，对波长1064nm和532nm激光反射。2CN110907922A说明书1/3页直接探测测风激光雷达的标定装置技术领域[0001]本发明属于激光雷达领域，具体涉及一种直接探测测风激光雷达的标定装置。背景技术[0002]大气风场是大气循环、海气循环、气溶胶活动以及其各种天气现象的主要动力，在气象、环境和军事领域都具有极其重要的作用。多普勒测风激光雷达是迄今为止唯一能够对全球大气风场进行高精度探测的工具，其基本原理是利用双FP标准具作为鉴频器对大气分子的激光后向散射光进行频率鉴定，以求得多普勒频移，继而得到径向风速。为了得到准确的风速信息，就需要对雷达系统进行风速标定。气溶胶分子后向散射光谱接近激光光谱，米散射激光雷达可以采用硬靶散射的方法进行标定。但大气分子后向散射光谱谱宽较大，瑞利散射激光雷达无法采用硬靶方法。法国国家科学研究中心(CNRS)的激光雷达系统从自身进行零风速标定(Souprayen,Claude,etal."Rayleigh-MieDopplerwindlidarforatmosphericmeasurements.I.Instrumentalsetup,validation,andfirstclimatologicalresults."AppliedOptics38.12(1999):2410-2421)时，是将干涉仪放在密封箱里，改变压强使得气体折射率发生变化，干涉条纹移动。将光谱已知的出射激光取一小部分进入光信号收集光纤，准直后送入干涉仪。改变密封箱内部压强使得FPI曲线对称分布在入射光谱两侧，再通过反卷积的方法得到干涉仪的透过率曲线，进而进行风速的测量。1995年和