基于偏振双边缘的单像素探测测风激光雷达.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CN106019313A(43)申请公布日2016.10.12(21)申请号201610637866.2(22)申请日2016.08.05(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)发明人上官明佳夏海云窦贤康薛向辉(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.G01S17/95(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称基于偏振双边缘的单像素探测测风激光雷达(57)摘要本发明公开了一种基于偏振双边缘的单像素探测测风激光雷达，其利用偏振复用技术将F-P干涉仪的反射信号的偏振态调制为与反射信号的偏振态正交；当反射信号再经过F-P干涉仪时，由于F-P干涉仪的偏振特性，反射信号的透过率曲线与透射信号的透过率曲线存在频移差，从而形成双边缘。将激光频率锁定在这两个透过率曲线的交叉点处，当大气回波信号发生多普勒频移时，将引起其中一个信号的能量增强，而另外一个信号能量的减弱，通过这两个能量的相对变化提取大气风速信息。该方案能够充分利用能量资源，同时，具有抑制太阳背景噪声、结构紧凑和造价低的优点。CN106019313ACN106019313A权利要求书1/1页1.一种基于偏振双边缘的单像素探测测风激光雷达，其特征在于，包括：激光脉冲产生单元(100)、收发望远镜单元(200)、光学滤波单元(300)、光学鉴频单元(400)、探测器单元(500)、数据采集单元(600)；其中：激光脉冲产生单元(100)出射两路脉冲激光，一路衰减到单光子水平作为参考光入射到光学鉴频单元(400)；另外一路经放大后入射到收发望远镜单元(200)，经收发望远镜单元(200)扩束后发射到大气，再由收发望远镜单元(200)接收相应的回波信号，并输入至光学滤波单元(300)滤除背景噪声，再经光学鉴频单元(400)根据滤除背景噪声后的回波信号与参考光信号进行多普勒频移信息的提取，提取到的信号由探测单元(500)进行探测，探测到的电信号通过数据采集单元(600)进行采集和记录，并进行风速的反演计算。2.根据权利要求1所述的一种基于偏振双边缘的单像素探测测风激光雷达，其特征在于，所述激光脉冲产生单元(100)包括：激光种子光源(101)、脉冲调制器(102)、脉冲光经光纤分束器(103)、掺铒光纤放大器(104)与衰减器(105)；其中：激光种子光源(101)出射的激光信号由脉冲调制器(102)制成脉冲光，再经脉冲光经光纤分束器(103)分成两路；其中一路经衰减器(105)衰减到单光子水平作为参考光入射到光学鉴频单元(400)，其用于激光频率的标定；另外一路经掺铒光纤放大器(104)放大后入射到收发望远镜单元(200)，用于大气风场的探测。3.根据权利要求1所述的一种基于偏振双边缘的单像素探测测风激光雷达，其特征在于，所述收发望远镜单元(200)采用双轴系统。4.根据权利要求1所述的一种基于偏振双边缘的单像素探测测风激光雷达，其特征在于，所述光学鉴频单元(400)包括：光纤耦合器(401)、光开关(402)、光纤环形器(403)、光纤F-P干涉仪(404)、光纤F-P干涉仪的控制器(405)、延时光纤(406)、偏振控制器(407)和光纤F-P干涉仪的温控装置(408)；其中：滤除背景噪声后的回波信号与参考光信号经光纤耦合器(401)分时进入光学鉴频单元(400)，每一种光信号均经光纤耦合器(401)后进入光开关(402)的a端口，再经过光纤环形器(403)的1端口和2端口到达光纤F-P干涉仪(404)的入射端，其中的光纤F-P干涉仪(404)中的透射信号由探测单元(500)探测，而光纤F-P干涉仪(404)中的反射信号经光纤环形器(403)的2端口和3端口后，经过延时光纤(406)延时，使其与反射信号在时域上分开，经延时的信号通过偏振控制器(407)调节至其偏振态与透射信号的偏振态垂直，然后进入光开关的b端口，再经光纤环形器(403)的1端口和2端口到达光纤F-P干涉仪(404)的入射端，其透射信号由探测单元(500)探测；所述的光纤F-P干涉仪(404)放置在所述光纤F-P干涉仪的温控装置(408)中，所述的光纤F-P干涉仪的控制器(405)与光纤F-P干涉仪(404)相连，用于控制光纤F-P干涉仪(404)的工作过程。5.根据权利要求1所述的一种基于偏振双边缘的单像素探测测风激光雷达，其特征在于，所述探测器单元(500)包括：上转换单光子探测器、超导单光子探测器或者铟镓砷雪崩光电二极管。2CN106019313A说明书1/6页基于偏振双边缘的单像素探测测风激光雷达技术领域[0001]本发