多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统.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CN106019303A(43)申请公布日2016.10.12(21)申请号201610291206.3(22)申请日2016.04.28(71)申请人中国科学技术大学地址230026安徽省合肥市包河区金寨路96号(72)发明人舒志峰窦贤康夏海云薛向辉谷升阳(74)专利代理机构北京凯特来知识产权代理有限公司11260代理人郑立明郑哲(51)Int.Cl.G01S17/88(2006.01)G01P5/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统(57)摘要本发明公开了一种多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统，在该系统中分束出极小部分激光，利用偏振同轴光路耦合到一个自建的可控大气环境中，探测此环境中的大气回波信号，利用多普勒测风激光雷达鉴频系统、数据采集系统反演出此状态下的测量值。与此同时，大部分激光发射到自然大气，利用回波信号反演出自然大气的径向风速，两者之差即是真实的径向风速。本发明自建的大气环境可控，偏振同轴光路消除了几何因子影响，具有实时校准功能，提高了多普勒测风激光雷达测量精度。CN106019303ACN106019303A权利要求书1/1页1.一种多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统，其特征在于，包括：激光器、第一光学分束片、第二光学分束片、第一反射镜、偏振分束立方体、1/4波片、第一光学扩束系统、可控大气环境、第二反射镜、第二光学扩束系统、望远镜、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤合束器、第三光纤耦合器、光学鉴频系统、光电探测采集系统以及激光雷达控制系统；其中：激光雷达控制系统控制激光器出射激光，激光器的出射激光经过第一分束片分束为反射光与透射光，其中的反射光由第三光纤耦合器进入光学鉴频系统；其中的透射光经过第二分束片分束为反射光与透射光，所述第二分束片分束后的透射光由第二反射镜经过第二扩束器射向大气，所述第二分束片分束后的反射光为线偏振激光，由第一反射镜入射到偏振分束器立方体，分成反射的p光和透射的s光，透射的s光垂直于入射方向，经过1/4波片变成圆偏振光，进入第一光学扩束系统射向自建的可控大气环境，其回波信号通过第一光学扩束系统经过1/4波片之后变成平行于传播方向的p光，由偏振分束立方体5反射进入第二光纤耦合器，再由光纤合束器，入射到激光雷达鉴频系统，并经由光电探测采集系统采集后反演出自建的可控大气环境中的风速V0；所述第一分束片与第二分束片分束后的透射光的比例远大于反射光的比例；大气中的回波信号由望远镜接收，经由第一光纤耦合器通过光纤合束器入射到激光雷达鉴频系统；经由光电探测采集系统采集后反演出此刻的大气径向风速VR，并根据自建的可控大气环境中的风速V0对大气径向风速VR进行校准。2.根据权利要求1所述的一种多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统，其特征在于，所述可控大气环境为预设长度的密闭管道，密闭管道的入口处设有可变风速发生器，管道内还设有进气阀、出气阀、温度传感器与风速计。3.根据权利要求2所述的一种多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统，其特征在于，所述温度传感器的精度为0.01度，风速计的精度为0.1m/s。4.根据权利要求2所述的一种多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统，其特征在于，所述第一光学扩束系统与密闭管道的入口连接，且连接处密封。5.根据权利要求1所述的一种多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统，其特征在于，所述第一分束片与第二分束片的中心波长为355nm，分束比例为2:98。6.根据权利要求1所述的一种多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统，其特征在于，所述偏振分束立方体的中心波长为355nm，消光比为1000:1。2CN106019303A说明书1/5页多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统技术领域[0001]本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种多普勒测风激光雷达径向风速实时校准系统。背景技术[0002]大气风场是大气动力学、气候气象学研究的重要参数之一，高时空分辨的风场信息可用于改善大气运动模式，提高数值天气预报的准确性。大气边界层以下的风场信息还可服务于民航、风力发电、国防军事等领域，对流层延伸至平流层的风场信息可用于研究大气动力学特性，观测大气重力波的传输、破碎过程以及破碎之后对背景风场的影响。因此准确测量大气风场对科学和现实应用上具有重要的意义。[0003]目前，多普勒测风激光雷达是探测大气高时空分辨风场信息的主流手段之一。多普勒测风激光雷达基本原理如图1所示。种子注入式Nd:YAG激光器1产生准单色脉冲激光，分出很少一部分光作为参考光信号，输入接收机系统4，形成鉴频器与出射激光的闭环控制，大部分出射光经扩束器2射向大气。卡塞格林式