CN110865387A - 雷达系统及其测速方法 - Google Patents

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万梓傲
周金荣
李耀敏
彭莹
费礼
陈思井
陈苗
肖云
文柯
宫鹏飞
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Wuhan Institute Of Ship Communication (china Shipbuilding Industry Corp No 722 Institute)
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
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Abstract

本发明公开了一种雷达系统及其测速方法，属于激光雷达领域。包括激光器、耦合器模块、四个光学天线、控制模块、信号处理模块和光功率计；耦合器模块用于将激光器输出的激光分成三路本征光和四路信号光输出；四个光学天线分别用于将耦合器模块输出的四路信号光发射到地面上，并分别接收四路信号光的回波信号输出；控制模块用于根据光功率计测量的冗余光和冗余光的回波信号的光功率值计算大气的实时衰减系数，并根据大气的实时衰减系数，对三路测速光的回波信号进行补偿放大；耦合器模块还用于将补偿放大后的三路测速光的回波信号分别与三路本征光耦合形成三路差频信号；信号处理模块用于根据三路差频信号，确定载体的三维速度。

Description

雷达系统及其测速方法
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，特别涉及一种雷达系统及其测速方法。
背景技术
激光多普勒测速技术是基于激光多普勒效应的高精度速度测量技术，将其应用于载体测速可以大幅提高导航系统精度。
目前通常都是采用三波束激光多普勒测速雷达系统实现载体的测速。三波束激光多普勒测速雷达系统的基本原理是：将三个光学天线通过一定布局方式安装在载体上，建立载体坐标系O-XYZ，其中载体坐标系中的X轴为载体前进方向、Y轴为载体侧向，Z轴为垂直向下的方向。三个光学天线分别沿三个方向，向地面发射相同频率激光束。三个激光束非共线的照向地面，且三个激光束的反向交点为O。当载体运行后，由于激光雷达同地面之间存在相对运动，所以，返回的激光在三个波束上分别附加多普勒频移f1、f2和f3，通过检测该频移量即可计算出激光束照射方向的径向速度。最后，结合三个激光束在载体坐标系O-XYZ中与各个轴的夹角，即可分别推算出载体在X、Y、Z方向上的速度(即三维速度)，从而为导航系统提供有用的速度信息。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
由于激光在大气中传输时，会受到大气分子以及气溶胶的吸收、散射等影响而不断衰减，因此采用上述三波束激光多普勒测速雷达系统测量载体的三维速度时，测速结果会受到大气影响，无法保证测速精度。
发明内容
本发明实施例提供了一种雷达系统及其测速方法，可以测量载体的三维速度，并提高测速精度。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种雷达系统，用于安装在载体上，所述雷达系统包括激光器、耦合器模块、四个光学天线、控制模块、信号处理模块和光功率计，四个光学天线均为收发共址天线；
所述激光器，用于输出激光；
所述耦合器模块，用于将所述激光器输出的所述激光分成三路本征光和四路信号光，并将所述四路信号光分别输出至所述四个光学天线；
所述四个光学天线，分别用于将所述耦合器模块输出的所述四路信号光发射到地面上，并分别接收所述四路信号光的回波信号，将所述四路信号光的所述回波信号分别输出，其中，所述四路信号光包括三路测速光信号和一路冗余光信号，所述三路测速光的发射方向各不相同；
所述光功率计，用于测量所述冗余光和所述冗余光的回波信号的光功率值；
所述控制模块，用于根据所述冗余光和所述冗余光的回波信号的光功率值计算大气的实时衰减系数，并根据所述大气的实时衰减系数，对所述三路测速光的回波信号进行补偿放大；
所述耦合器模块，还用于将补偿放大后的所述三路测速光的回波信号分别与所述三路本征光耦合形成三路差频信号；
所述信号处理模块，用于根据所述三路差频信号，确定所述载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度。
进一步地，所述耦合器模块包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器、第六耦合器和第七耦合器；
所述第一耦合器用于将所述激光器输出的所述激光分成两路，一路输出至所述第二耦合器，另一路输出至所述第四耦合器；
所述第二耦合器用于将所述第一耦合器输出的所述激光分成两路，一路输出至所述第三耦合器，另一路输出至所述四个光学天线中的一个所述光学天线进行发射；
所述第三耦合器用于将所述第二耦合器输出的所述激光分成三路所述测速光，分别发送至所述四个光学天线中的另外三个所述光学天线进行发射；
所述第四耦合器用于将第一耦合器输出的所述激光分成所述三路本征光，分别发送至所述第五耦合器、所述第六耦合器和所述第七耦合器；
所述第五耦合器、所述第六耦合器和所述第七耦合器分别用于将补偿放大后的所述三路测速光的所述回波信号与三路所述本振光耦合形成所述三个差频信号。
进一步地，所述第一耦合器和所述第二耦合器的分光比均为90：10，所述第三耦合器和所述第四耦合器的分光比均为1：1：1，所述第五耦合器、所述第六耦合器和所述第七耦合器的分光比均为50：50。
进一步地，所述雷达系统还包括第一隔离器和第二隔离器；
所述第一隔离器设置在所述第一耦合器和所述第二耦合器之间，所述第二隔离器设置在所述第一耦合器和所述第四耦合器之间。
进一步地，所述雷达系统还包括四个探测器；
所述四个探测器中的一个所述探测器用于将所述冗余光的回波信号转换成电信号，并发送至所述控制模块；
所述四个探测器中的另外三个所述探测器分别用于将所述第五耦合器、所述第六耦合器和所述第七耦合器产生的三个所述差频信号转换成电信号，并发送至所述信号处理模块。
进一步地，所述信号处理模块包括放大单元、模/数转换单元、数据缓存单元和算法处理单元；
所述放大滤波单元，用于将所述探测器输出的三个所述电信号进行放大、滤波；
所述模/数转换单元，用于将放大、滤波后的三个所述电信号进行采样，转换成数字信号；
所述数据缓存单元，用于将三个所述数字信号进行缓存和预处理；
所述算法处理单元，用于根据三个所述数字信号分别计算出所述载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度。
进一步地，所述光功率计包括第一光功率计和第二光功率计；
所述第一光功率计用于测量所述冗余光发射之前的第一光功率值；
所述第二光功率计用于测量所述冗余光的回波信号的第二光功率值。
进一步地，所述控制模块用于：
根据所述第一光功率值和所述第二光功率值的比值，得到所述大气的实时衰减系数。
进一步地，所述雷达系统还包括第一掺铒光纤放大器、第二掺铒光纤放大器和第三掺铒光纤放大器，所述控制模块还用于：
根据所述大气的实时衰减系数，控制所述一掺铒光纤放大器、所述第二掺铒光纤放大器和所述第三掺铒光纤放大器分别对所述三路测速光的回波信号进行补偿放大。
第二方面，提供了一种雷达系统的测速方法，采用如第一方面所述的雷达系统，所述测速方法包括：
向地面发射四路信号光，其中所述四路信号光包括三路测速光信号和一路冗余光信号，所述三路测速光的发射方向各不相同；
接收所述四路信号光的回波信号；
测量所述冗余光和所述冗余光的回波信号的光功率值；
根据所述冗余光和所述冗余光的回波信号的光功率值计算大气的实时衰减系数，并根据所述大气的实时衰减系数，对所述三路测速光的回波信号进行补偿放大；
将补偿放大后的所述三路测速光的回波信号分别与三路本征光耦合形成三路差频信号；
根据所述三路差频信号，确定所述载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过采用耦合器模块将激光器输出的激光分成三路本征光和四路信号光，其中，四路信号光包括三路测速光信号和一路冗余光信号。三路测速光的发射方向各不相同，以用于测量载体的三维速度(即水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度)。冗余光则可以用来确定大气的实时衰减系数。具体地，通过光功率计测量冗余光发射前的光功率值和冗余光的回波信号的光功率值，再由控制模块根据测量的光功率值，计算出大气的实时衰减系数，并根据大气的实时衰减系数，对三路测速光的回波信号进行补偿放大，即可补偿三路测速光在大气中传输时，产生的衰减。最后将补偿放大后的三路测速光的回波信号分别与三路本征光耦合形成三路差频信号，根据三路差频信号，即可确定载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度，从而可以消除激光在大气中传输，对载体三维速度的测量的影响，提高测速精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种雷达系统的结构框图；
图2是本发明实施例提供的一种坐标系示意图；
图3是本发明实施例提供的一种波束示意图；
图4是本发明实施例提供的一种雷达系统的测速方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种雷达系统的结构框图，如图1所示，该雷达系统用于安装在载体上，测量载体的三维速度。该雷达系统包括激光器10、耦合器模块、四个光学天线30、控制模块40、信号处理模块50和光功率计，四个光学天线40均为收发共址天线。
激光器10，用于输出激光。
耦合器模块，用于将激光器10输出的激光分成三路本征光和四路信号光，并将四路信号光分别输出至四个光学天线40。
四个光学天线30，分别用于将耦合器模块输出的四路信号光发射到地面上，并分别接收四路信号光的回波信号，将四路信号光的回波信号分别输出，其中，四路信号光包括三路测速光信号和一路冗余光信号，三路测速光的发射方向各不相同。
光功率计，用于测量冗余光和冗余光的回波信号的光功率值。
控制模块40，用于根据冗余光和冗余光的回波信号的光功率值计算大气的实时衰减系数，并根据大气的实时衰减系数，对三路测速光的回波信号进行补偿放大。
耦合器模块，还用于将补偿放大后的三路测速光的回波信号分别与三路本征光耦合形成三路差频信号。
信号处理模块50，用于根据三路差频信号，确定载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度。
本发明实施例通过采用耦合器模块将激光器输出的激光分成三路本征光和四路信号光，其中，四路信号光包括三路测速光信号和一路冗余光信号。三路测速光的发射方向各不相同，以用于测量载体的三维速度(即水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度)。冗余光则可以用来确定大气的实时衰减系数。具体地，通过光功率计测量冗余光发射前的光功率值和冗余光的回波信号的光功率值，再由控制模块根据测量的光功率值，计算出大气的实时衰减系数，并根据大气的实时衰减系数，对三路测速光的回波信号进行补偿放大，即可补偿三路测速光在大气中传输时，产生的衰减。最后将补偿放大后的三路测速光的回波信号分别与三路本征光耦合形成三路差频信号，根据三路差频信号，即可确定载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度，从而可以消除激光在大气中传输，对载体三维速度的测量的影响，提高测速精度。
可选地，激光器10可以为1.55um的半导体窄线宽激光器。
进一步地，耦合器模块包括第一耦合器21、第二耦合器22、第三耦合器23、第四耦合器24、第五耦合器25、第六耦合器26和第七耦合器27。
第一耦合器21用于将激光器10输出的激光分成两路，一路输出至第二耦合器22，另一路输出至第四耦合器24。
在本实施例中，第一耦合器21的分光比为90:10。其中，分光比重为90的激光输出至第二耦合器22，分光比重为10的激光输出至第四耦合器24。由于输出至第四耦合器24的激光被用作本征光，而输出至第二耦合器22被用作信号光。考虑到信号光在大气传输存在损坏，因此，将信号光的分光比重设置的越大，测速效果越好，同时本征光的分光比重不能太弱。
第二耦合器22用于将第一耦合器21输出的激光分成两路，一路输出至第三耦合器23，另一路输出至四个光学天线中的一个光学天线进行发射。
在本实施例中，第二耦合器22的分光比为90:10。其中，分光比重为90的激光输出至第三耦合器23，分光比重为10的激光输出至光学天线。
第三耦合器23用于将第二耦合器22输出的激光分成三路测速光，分别发送至四个光学天线中的另外三个光学天线进行发射。
在本实施例中，第三耦合器23的分光比为1:1:1，以均等分成三路测速光。
第四耦合器24用于将第一耦合器21输出的激光分成三路本征光，分别发送至第五耦合器25、第六耦合器26和第七耦合器27。
在本实施例中，第四耦合器24的分光比为1:1:1，以均等分成三路本征光。
第五耦合器25、第六耦合器26和第七耦合器27分别用于将补偿放大后的三路测速光的回波信号与三路本振光耦合形成三个差频信号。
在本实施例中，第五耦合器25、第六耦合器26和第七耦合器27的分光比均为50:50。
进一步地，雷达系统还包括第一隔离器71和第二隔离器72。
其中，第一隔离器71设置在第一耦合器21和第二耦合器22之间，第二隔离器72设置在第一耦合器21和第四耦合器24之间。通过设置隔离器，可以防止激光反向传输，损伤激光器10。
进一步地，雷达系统还包括四个探测器80。四个探测器80包括第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器。通过设置探测器可以将光信号转换成电信号。
四个探测器80中的第四探测器用于将冗余光的回波信号转换成电信号，并发送至控制模块。
四个探测器80中的包括第一探测器、第二探测器、第三探测器分别用于将第五耦合器25、第六耦合器26和第七耦合器27产生的三个差频信号转换成电信号，并发送至信号处理模块50。
进一步地，信号处理模块50包括放大单元51、模/数转换单元52、数据缓存单元53和算法处理单元54。
放大滤波单元51，用于将探测器80输出的三个电信号进行放大、滤波。
模/数转换单元52，用于将放大、滤波后的三个电信号进行采样，转换成数字信号。
数据缓存单元53，用于将三个数字信号进行缓存和预处理。
算法处理单元54，用于根据三个数字信号分别计算出载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度。
进一步地，光功率计包括第一光功率计61和第二光功率计62。
第一光功率计61用于测量冗余光发射之前的第一光功率值，第二光功率计62用于测量冗余光的回波信号的第二光功率值。
进一步地，控制模块40用于：
根据第一光功率值和第二光功率值的比值，得到大气的实时衰减系数。
具体地，可以根据以下公式(1)计算大气的实时衰减系数β：
Figure BDA0002223917840000081
其中，P0和P1分别表示第一光功率值和第二光功率值。
进一步地，雷达系统还包括第一掺铒光纤放大器EDFA1、第二掺铒光纤放大器EDFA2和第三掺铒光纤放大器EDFA3，控制模块40还用于：
根据大气的实时衰减系数，控制一掺铒光纤放大器EDFA1、第二掺铒光纤放大器EDFA2和第三掺铒光纤放大器EDFA3分别对三路测速光的回波信号进行补偿放大。
在本实施例中，四个光学天线30分别包括第一光学天线、第二光学天线、第三光学天线和第四光学天线。其中，第一光学天线、第二光学天线和第三光学天线分别用于发射三路测速光，并接收三路测速光的回波信号，第四光学天线用于发射一路冗余光，并接收冗余光的回波信号。
需要说明的是，第一光学天线、第二光学天线和第三光学天线需要按照一定的布局方式安装在载体上。
图2是本发明实施例提供的一种载体坐标系示意图，如图2所示，建立载体坐标系O-XYZ，其中，载体坐标系O-XYZ中的X轴为载体前进方向、Y轴为载体侧向，Z轴为垂直向下的方向。建立水平坐标系O-XrYrZr，在额定状态下，载体坐标系O-XYZ与水平坐标系O-XrYrZr是重合的，第一光学天线、第二光学天线和第三光学天线发出的三个测速光的反向交点为O。
任意一个天线波束照射的方向可以通过对天线的两次调节来实现，两次调节对应两个角度，一个是天线波束中心线与Z轴的夹角αi(i＝1,2,3)，一个是水平旋转角βi(i＝1,2,3)。因此，三个光学天线在载体上固定之后，对应6个与安装角度有关系的量，分别为α1，α2，α3和β1，β2，β3。图中各角度的取值范围分别为：α1，α2，α3和β1的取值范围为[0,π/2]，β2的取值范围为[0,-π/2]，β3的取值范围为[π/2,π]。
对于第i(i＝1,2,3)个测速光Pi的方向可以用单位矢量
Figure BDA0002223917840000082
表示：
Figure BDA0002223917840000083
其中，
Figure BDA0002223917840000084
表示X轴的单位矢量，
Figure BDA0002223917840000085
表示Y轴的单位矢量，
Figure BDA0002223917840000086
表示Z轴的单位矢量。另外，载体的速度矢量v可以表示成三个速度分量的矢量和：
Figure BDA0002223917840000091
其中，
Figure BDA0002223917840000092
表示X轴方向的速度矢量，
Figure BDA0002223917840000093
表示Y轴方向的速度矢量，
Figure BDA0002223917840000094
表示Z轴方向的速度矢量。
对于处于正姿态下的载体，第i个测速光Pi所对应的多普勒频移值fi为：
Figure BDA0002223917840000095
ai＝sinαicosβi，bi＝sinαisinβi，ci＝cosαi
其中，λ为测速光波长，v为载体的速度矢量。展开上式有：
Figure BDA0002223917840000096
由上式就可推算出载体车辆在三个坐标轴上的速度分量为：
Figure BDA0002223917840000097
D＝a3(b1c2-b2c1)+a2(b3c1-b1c3)+a1(b2c3-b3c2)。
上式即为载体三维速度解调算法公式，从上式可以看出，只要获得每个测速光所对应的多普勒频移值即可解调出速度信息。
图3是本发明实施例提供的一种波束示意图，如图3所示，此时载体倾斜摇晃。由于在实际测速中，载体姿态随时可能发生变化，当载体出现颠簸和摇晃时，波束指向角会跟着发生变化，因此在计算载体水平坐标系O-XrYrZr下运动速度时需要考虑姿态变化的影响，这里用俯仰角和滚动角来表征载体颠簸摇晃的程度。
设载体俯仰角为绕Zr轴逆时针转角P(Pitch)，滚动角为绕X轴逆时针转角R(Roll)，则载体姿态变化可由旋转矩阵APAR表示为：
Figure BDA0002223917840000101
俯仰角P和滚动角R可以通过安装在车底盘的光纤陀螺精确测得。根据下式可反演出俯仰和滚动条件下水平坐标系下的载体三维速度：
Figure BDA0002223917840000102
上述式子展开则有：
Figure BDA0002223917840000103
由于地面地势不平且粒子大小、位置都是随机分布的，因此多普勒信号非常复杂，信号强度起伏不定、常常混有大量噪声，当遇到地面出现坑洼、覆盖泥水等反射率较低的情况时，回波信号的信噪比、探测概率较低，可能造成频率信息的丢失，使测速雷达出现野值等影响，降低系统的稳定性，给测量带来了一定的误差。为了减小由于信号不稳定带来的测速误差问题，信号处理模块50是整个测速雷达系统的核心。为了提高速度测量的精度以及系统的抗干扰能力，信号处理过程采用以下方案：
(1)在信号采集前使用自动增益控制电路整形，增大系统的输入动态范围；
(2)在满足奈奎斯特采样定理条件下，根据多普勒频率的变化，自适应调整采样频率，提高频率分辨率；
(3)采用自相关算法提高信号信噪比，并通过快速傅里叶变换(Fast Fouriertransform，FFT)前加窗处理以减弱频谱泄漏的影响，FFT后对谱峰进行校正以得到精确的多普勒频率。
(4)采用自适应的双门限检测，将恒虚警自适应捕获门限和卡尔曼滤波的速度跟踪门限结合，组成双门限检测，提高系统的探测概率和速度跟踪精度，抑制检测误差。
在多路信号高速数据采集和实时处理系统中，如果采用单独的数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)或现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)来完成系统的逻辑控制和数据处理，将对芯片的资源和性能都提出很高的要求。随着DSP和FPGA的发展，通用的主流DSP已经能满足复杂算法对处理速度和处理精度等需求，但传统的DSP采用哈佛结构，这种结构本质上是顺序执行的，在遇到对处理速度要求高，结构相对比较简单的算法来说，并行性执行的FPGA在效率上是明显优于的DSP，另外FPGA芯片的逻辑控制能力非常强。综上所述，采用DSP+FPGA结构的系统结合了DSP和FPGA各自的优点，兼顾速度和灵活性。
由于需要对三路电信号进行同时采集与处理，考虑到硬件结构、程序设计以及系统的实时性，系统采用多通道单核，此方法适合中频信号处理系统，因此整个信号处理模块50可采用基于可编程逻辑门阵列(FPGA)+数字信号处理器(DSP)的多通道单核电信号处理方案。
光电探测器输出的电压信号经放大、滤波信号调理之后，分别由三路A/D转换电路进行高速采样，并将转换后的数字信号并行输出至FPGA进行缓存和预处理。当FPGA完成数字信号预处理后，向DSP发送中断信号，通知DSP读取FPGA输出结果，同时等待DSP返回信号处理的最终结果，DSP在响应中断后从FPGA读取预处理信号并进行信号处理，然后将最终结果一方面反馈给FPGA，FPGA利用该返回信号设置下一时刻的采样时钟，控制A/D采样率，另一方面通过串口进行测量结果输出。
图4是本发明实施例提供的一种雷达系统的测速方法流程图，如图4所示，该测速方法采用如图1所示的雷达系统进行测速，该测速方法包括：
步骤401、向地面发射四路信号光。
其中四路信号光包括三路测速光信号和一路冗余光信号，三路测速光的发射方向各不相同。
在本实施例中，可以采用四个收发共址光学天线向地面发射四路信号光。
步骤402、接收四路信号光的回波信号。
步骤403、测量冗余光和冗余光的回波信号的光功率值。
在本实施例中，可以采用光功率计测量冗余光和冗余光的回波信号的光功率值。
步骤404、根据冗余光和冗余光的回波信号的光功率值计算大气的实时衰减系数，并根据大气的实时衰减系数，对三路测速光的回波信号进行补偿放大。
在本实施例中，可以采用掺铒光纤放大器对测速光的回波信号进行补偿放大。
步骤405、将补偿放大后的三路测速光的回波信号分别与三路本征光耦合形成三路差频信号。
步骤406、根据三路差频信号，确定载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度。
本发明实施例通过将激光器输出的激光分成三路本征光和四路信号光，其中，四路信号光包括三路测速光信号和一路冗余光信号。三路测速光的发射方向各不相同，以用于测量载体的三维速度(即水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度)。冗余光则可以用来确定大气的实时衰减系数。具体地，通过光功率计测量冗余光发射前的光功率值和冗余光的回波信号的光功率值，再由控制模块根据测量的光功率值，计算出大气的实时衰减系数，并根据大气的实时衰减系数，对三路测速光的回波信号进行补偿放大，即可补偿三路测速光在大气中传输时，产生的衰减。最后将补偿放大后的三路测速光的回波信号分别与三路本征光耦合形成三路差频信号，根据三路差频信号，即可确定载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度，从而可以消除激光在大气中传输，对载体三维速度的测量的影响，提高测速精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种雷达系统，用于安装在载体上，其特征在于，所述雷达系统包括激光器(10)、耦合器模块、四个光学天线(30)、控制模块(40)、信号处理模块(50)和光功率计，四个光学天线(30)均为收发共址天线；
所述激光器(10)，用于输出激光；
所述耦合器模块，用于将所述激光器(10)输出的所述激光分成三路本征光和四路信号光，并将所述四路信号光分别输出至所述四个光学天线(40)；
所述四个光学天线(30)，分别用于将所述耦合器模块输出的所述四路信号光发射到地面上，并分别接收所述四路信号光的回波信号，将所述四路信号光的所述回波信号分别输出，其中，所述四路信号光包括三路测速光和一路冗余光，所述三路测速光的发射方向各不相同；
所述光功率计，用于测量所述冗余光和所述冗余光的回波信号的光功率值；
所述控制模块(40)，用于根据所述冗余光和所述冗余光的回波信号的光功率值计算大气的实时衰减系数，并根据所述大气的实时衰减系数，对所述三路测速光的回波信号进行补偿放大；
所述耦合器模块，还用于将补偿放大后的所述三路测速光的回波信号分别与所述三路本征光耦合形成三路差频信号；
所述信号处理模块(50)，用于根据所述三路差频信号，确定所述载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度。
2.根据权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述耦合器模块包括第一耦合器(21)、第二耦合器(22)、第三耦合器(23)、第四耦合器(23)、第五耦合器(25)、第六耦合器(26)和第七耦合器(27)；
所述第一耦合器(21)用于将所述激光器(10)输出的所述激光分成两路，一路输出至所述第二耦合器(22)，另一路输出至所述第四耦合器(24)；
所述第二耦合器(22)用于将所述第一耦合器(21)输出的所述激光分成两路，一路输出至所述第三耦合器(23)，另一路输出至所述四个光学天线(30)中的一个所述光学天线进行发射；
所述第三耦合器(23)用于将所述第二耦合器(22)输出的所述激光分成三路所述测速光，分别发送至所述四个光学天线(30)中的另外三个所述光学天线进行发射；
所述第四耦合器(24)用于将第一耦合器(21)输出的所述激光分成所述三路本征光，分别发送至所述第五耦合器(25)、所述第六耦合器(26)和所述第七耦合器(27)；
所述第五耦合器(25)、所述第六耦合器(26)和所述第七耦合器(27)分别用于将补偿放大后的所述三路测速光的所述回波信号与所述三路本振光耦合形成所述三个差频信号。
3.根据权利要求2所述的雷达系统，其特征在于，所述第一耦合器(21)和所述第二耦合器(22)的分光比均为90：10，所述第三耦合器(23)和所述第四耦合器(24)的分光比均为1：1：1，所述第五耦合器(25)、所述第六耦合器(26)和所述第七耦合器(27)的分光比均为50：50。
4.根据权利要求2所述的雷达系统，其特征在于，所述雷达系统还包括第一隔离器(71)和第二隔离器(72)；
所述第一隔离器(71)设置在所述第一耦合器(21)和所述第二耦合器(22)之间，所述第二隔离器(71)设置在所述第一耦合器(21)和所述第四耦合器(24)之间。
5.根据权利要求2所述的雷达系统，其特征在于，所述雷达系统还包括四个探测器(80)；
所述四个探测器(80)中的一个所述探测器用于将所述冗余光的回波信号转换成电信号，并发送至所述控制模块(40)；
所述四个探测器(80)中的另外三个所述探测器分别用于将所述第五耦合器(25)、所述第六耦合器(26)和所述第七耦合器(27)产生的三个所述差频信号转换成电信号，并发送至所述信号处理模块(50)。
6.根据权利要求5所述的雷达系统，其特征在于，所述信号处理模块(50)包括放大单元(51)、模/数转换单元(52)、数据缓存单元(53)和算法处理单元(54)；
所述放大滤波单元(51)，用于将所述探测器(80)输出的三个所述电信号进行放大、滤波；
所述模/数转换单元(52)，用于将放大、滤波后的三个所述电信号进行采样，转换成数字信号；
所述数据缓存单元(53)，用于将三个所述数字信号进行缓存和预处理；
所述算法处理单元(54)，用于根据三个所述数字信号分别计算出所述载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度。
7.根据权利要求2所述的雷达系统，其特征在于，所述光功率计包括第一光功率计(61)和第二光功率计(62)；
所述第一光功率计(61)用于测量所述冗余光发射之前的第一光功率值；
所述第二光功率计(62)用于测量所述冗余光的回波信号的第二光功率值。
8.根据权利要求7所述的雷达系统，其特征在于，所述控制模块(40)用于：
根据所述第一光功率值和所述第二光功率值的比值，得到所述大气的实时衰减系数。
9.根据权利要求8所述的雷达系统，其特征在于，所述雷达系统还包括第一掺铒光纤放大器(EDFA1)、第二掺铒光纤放大器(EDFA2)和第三掺铒光纤放大器(EDFA3)，所述控制模块(50)还用于：
根据所述大气的实时衰减系数，控制所述一掺铒光纤放大器(EDFA1)、所述第二掺铒光纤放大器(EDFA2)和所述第三掺铒光纤放大器(EDFA3)分别对所述三路测速光的回波信号进行补偿放大。
10.一种雷达系统的测速方法，采用如权利要求1～9任一项所述的雷达系统，其特征在于，所述测速方法包括：
向地面发射四路信号光，其中所述四路信号光包括三路测速光信号和一路冗余光信号，所述三路测速光的发射方向各不相同；
接收所述四路信号光的回波信号；
测量所述冗余光和所述冗余光的回波信号的光功率值；
根据所述冗余光和所述冗余光的回波信号的光功率值计算大气的实时衰减系数，并根据所述大气的实时衰减系数，对所述三路测速光的回波信号进行补偿放大；
将补偿放大后的所述三路测速光的回波信号分别与三路本征光耦合形成三路差频信号；
根据所述三路差频信号，确定所述载体的水平向前速度、水平侧向速度以及垂向速度。
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