一种全光纤脉冲相干多普勒激光测风方法及雷达系统.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CN106371108A(43)申请公布日2017.02.01(21)申请号201610683104.6(22)申请日2016.08.17(71)申请人中国气象局气象探测中心地址100081北京市海淀区中关村南大街46号南区19楼(72)发明人高玉春陈玉宝(74)专利代理机构北京润泽恒知识产权代理有限公司11319代理人苏培华(51)Int.Cl.G01S17/95(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图2页(54)发明名称一种全光纤脉冲相干多普勒激光测风方法及雷达系统(57)摘要本发明公开了一种全光纤脉冲相干多普勒激光测风方法及雷达系统，所述方法包括：信号光和本振光分别被分成相同的两束信号；本振光的一束信号保持初相位不变，本振光的另一束信号在初相位偏移90度；本振光的两束相位不同的信号分别与信号光的两束相位相同的信号拍频；将拍频得到两束光信号分别转换为电信号；电信号再转换成数字信号；对数字信号做快速傅里叶变换，然后经正交处理后，根据信号的虚部在正半轴的峰值所处位置的频率值和正负，计算得到径向风速的速度值和判断径向风速的风向。故本发明实现了在不提高信号采样率的情况下，提高风速测量范围和雷达信号的信噪比。CN106371108ACN106371108A权利要求书1/2页1.一种全光纤脉冲相干多普勒激光测风方法，其特征在于，包括：采用1*2光纤耦合器将窄线宽连续激光分为本振光和种子光；将所述种子光调制成脉冲信号，并控制频偏3-10MHz；接收经放大的所述脉冲信号在大气中的后向散射信号后产生信号光；将所述信号光分成第一信号光和第二信号光，将所述本振光分成第一本振光和第二本振光，所述第一信号光和所述第一本振光拍频得到第一混频信号，所述第二本振光在初相位偏移90度后与所述第二信号光拍频得到第二混频信号；将所述第一混频信号和所述第二混频信号分别转换为第一电信号和第二电信号，并将所述第一电信号和所述第二电信号转换成第一数字信号和第二数字信号；对所述第一数字信号和所述第二数字信号做快速傅里叶变换，然后对经过快速傅里叶变换后的所述第一数字信号和所述第二数字信号做正交处理，计算得到径向风速的速度值和判断径向风速的方向。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述种子光调制成脉冲信号，并控制频偏3-10MHz包括：通过在前声光移频器和在后声光移频器将所述种子光调制成脉冲信号，并控制频偏3-10MHz，所述在前声光移频器和所述在后声光移频器的移频值大于40MHz，且所述在前声光移频器的移频值大于所述在后声光移频器的移频值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算得到径向风速的速度值包括：所述正交处理后，根据信号虚部在正半轴的峰值所处位置的频率值计算得到大气风场在雷达径向方向上的速度分量引起的多普勒频移；根据所述多普勒频移与径向风速的速度值之间的对应关系，得到径向风速的速度值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断出径向风速的方向包括：所述正交处理后，根据信号的虚部与风向之间的对应关系，判断径向风速的风向。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：采用种子激光器产生所述窄线宽连续激光。6.一种全光纤脉冲相干多普勒测风激光雷达系统，其特征在于，包括：光纤种子激光器、1*2光纤耦合器、在前声光移频器、反接的在后声光移频器、掺饵光纤放大器、环形器、光学天线顺序依次连接；所述1*2光纤耦合器和所述环形器分别与90度相位控制器连接；所述90度相位控制器与第一光电探测器和第二光电探测器连接；所述第一光电探测器和第二光电探测器分别与信号采集器连接；所述信号采集器与数据处理器连接；所述光纤种子激光器，用于产生窄线宽连续激光；所述1*2光纤耦合器，用于将所述窄线宽连续激光分成本振光和种子光；所述在前声光移频器和所述反接的在后声光移频器，用于将所述种子光调制成脉冲信号，并控制频偏3-10MHz；所述掺饵光纤放大器，用于放大所述脉冲信号；所述环形器，用于传输经放大的所述脉冲信号进入光学天线，和传输所述光学天线接收到的信号光进入90度相位控制器；2CN106371108A权利要求书2/2页所述光学天线，用于将经放大的所述脉冲信号发射到大气中，和接收经放大的所述脉冲信号在大气中的后向散射信号后产生所述信号光；所述90度相位控制器，用于将所述信号光分成第一信号光和第二信号光，将所述本振光分成第一本振光和第二本振光，所述第一信号光和所述第一本振光拍频得到第一混频信号，所述第二本振光在初相位偏移90度后与所述第二信号光拍频得到第二混频信号；所述第一光电探测器，用于将所述第一混频信号转换成第一电信号；所述第二光电探测器，用于将所述第二混频信号转换成第二电信号；所述信号采