CN112630746A - 一种用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达。包括电源，种子激光器，环形器，声光调制器，光放大器，光学系统，信号处理器，探测器，伺服系统；所述电源分别与种子激光器、声光调制器、光放大器、信号处理器、探测器和伺服系统电连接，所述种子激光器与环形器、探测器通过光纤连接，所述环形器与声光调制器、光学系统通过光纤连接，所述声光调制器与所述光放大器通过光纤连接，所述光放大器与所述光学系统通过光纤连接，所述光学系统与所述伺服系统通过机械安装连接，所述信号处理器与所述声光调制器、所述探测器和所述伺服系统电连接。具有灵敏度高、作用距离远、光电检测难度小、相干匹配难度低、测量精度高、测速范围大等优点。

Description

一种用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达
技术领域
本发明涉及一种激光雷达，特别是一种用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达。
背景技术
脉冲多普勒激光雷达在大气成分探测、风速测量、军事目标探测等多领域有着广泛应用。当前的脉冲多普勒激光雷达分为直接探测体制和外差探测体制，外差探测灵敏度相比直接探测要高很多，因此在同等发射功率情况下，外差探测距离比直接探测远。但是受限于探测器散粒噪声，外差检测灵敏度无法进一步提高，因此当需要进一步提升探测距离时，就只能通过提升发射功率、增加接收口径等方法，这些方法会造成设备体积、重量、功耗的增加，增加设备成本的同时给使用带来诸多不便。
激光自混合干涉技术是一种可对极弱回波信号进行检测的激光检测技术，由于激光腔的共振放大作用，可以突破探测器散粒噪声的限制，比普通的外差检测手段更有利于弱小信号的检测，因此更适用于远距目标测量。普通的激光自混合干涉探测设备使用单一激光器完成回波放大，激光发射功率过低，同样无法实现远距目标探测；激光器工作于连续模式，不具备测距功能；受限于激光器弛豫振荡频率带宽，无法实现高速目标速度测量。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，采用基于移频加光放大的体制，解决普通激光自混合干涉设备发射功率低、无测距功能、测量带宽受限等缺点。
为实现上述目的，本发明用于远距目标测量的激光雷达，包括电源、种子激光器、环形器、声光调制器、光放大器、光学系统、信号处理器、探测器和伺服系统；电源分别与种子激光器、声光调制器、光放大器、信号处理器、探测器和伺服系统电连接，种子激光器与环形器、探测器均通过光纤连接，环形器与声光调制器、光学系统通过光纤连接，声光调制器与光放大器通过光纤连接，光放大器与光学系统通过光纤连接，光学系统与伺服系统通过机械安装连接，信号处理器与声光调制器、探测器和伺服系统电连接。
进一步地，种子激光器为1550nm的连续光激光器。
进一步地，连续光激光器的功率为1mW～10mW的连续光激光器。
进一步地，环形器的连接方式为，环形器的一端与光学系统相连接，环形器的二端与种子激光器相连，环形器的三端与声光调制器相连。
进一步地，声光调制器为能将种子激光器输出连续光调制为脉冲光、且具有可调移频范围的声光调制器。
进一步地，光放大器为基于掺铒光纤且输出平均功率不低于1W的光放大器。
进一步地，光学系统为收发共口径光学系统。
进一步地，探测器为InGaAs光电二极管。
进一步地，电连接为线缆连接。
进一步地，激光雷达的工作内容为：电源给各部分供电，种子激光器发出连续激光，由环形器的二端进、三端出，经声光调制器调制移频后变成脉冲光，脉冲光进入光放大器完成功率放大，光放大器输出的光经光学系统扩束、准直后照射目标，目标反射的回波信号经光学系统后由环形器的一端进、二端出，最终进入种子激光器，于种子激光器腔内光发生混频，调制种子激光器输出激光功率；探测器检测种子激光器输出激光信号，输出被回波信号多普勒移频调制的电流信号至信号处理器，信号处理器检测出调制频率，从而反演出目标多普勒移频，计算出目标速度，信号处理器同时依据目标回波脉冲时延计算出目标距离；伺服系统控制光学系统光轴指向，从而完成目标搜索或跟踪功能。
采用本发明的技术方案所具有的有益效果：
本发明的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，具有灵敏度高、作用距离远、光电检测难度小、相干匹配难度低、测量精度高、测速范围大等优点，可用于风速测量、动目标检测等。
附图说明
图1为本发明的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达的示意图。
附图标记：
1.电源；2.种子激光器；3.环形器；4.声光调制器；5.光放大器；6.光学系统；7.信号处理器；8.探测器；9.伺服系统。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施方式中所述用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，如图1所示，包括电源1，种子激光器2，环形器3，声光调制器4，光放大器5，光学系统6，信号处理器7，探测器8，伺服系统9；所述电源1分别与种子激光器2、声光调制器4、光放大器5、信号处理器7、探测器8和伺服系统9电连接，所述种子激光器2与环形器3、探测器8通过光纤连接，所述所述环形器3与声光调制器4、光学系统6通过光纤连接，所述声光调制器5与所述光放大器6通过光纤连接，所述光放大器6与所述光学系统6通过光纤连接，所述光学系统6与所述伺服系统9通过机械安装连接，所述信号处理器7与所述声光调制器4、所述探测器8和所述伺服系统9电连接。
上述实施方式中，所述的种子激光器为1550nm小功率连续光激光器。
上述实施方式中，所述小功率连续光激光器的功率为1mW～10mW的连续光激光器。
上述实施例方式中，环形器的连接方式为，环形器的一端与光学系统相连接，环形器的二端与种子激光器相连，环形器的三端与声光调制器相连。
上述实施方式中，所述的声光调制器为能将种子激光器输出连续光调制为脉冲光、且具有可调移频范围的声光调制器。
上述实施方式中，所述的光放大器为基于掺铒光纤、输出平均功率不低于1W的大功率光放大器。
上述实施方式中，所述的光学系统为收发共口径光学系统。
上述实施方式中，所述的探测器优选为InGaAs光电二极管。
上述实施方式中，所述电连接优选为线缆连接。
上述实施方式中，所述用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达的工作内容为：电源1给各部分供电，种子激光器2发出连续激光，由环形器3的二端进、三端出，经声光调制器4调制移频后变成脉冲光，脉冲光进入光放大器5完成功率放大，光放大器5输出的光经光学系统6扩束、准直后照射目标，目标反射的回波信号经光学系统6后由环形器3的一端进、二端出，最终进入种子激光器2，于种子激光器2腔内光发生混频，调制种子激光器2输出激光功率；探测器8检测种子激光器2输出激光信号，输出被回波信号多普勒移频调制的电流信号至信号处理器7，信号处理器7检测出调制频率，从而反演出目标多普勒移频，计算出目标速度，信号处理器7同时依据目标回波脉冲时延计算出目标距离；伺服系统9控制光学系统6光轴指向，从而完成目标搜索或跟踪功能。
采用上述实施方式中所述用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达具有灵敏度高、作用距离远、光电检测难度小、相干匹配难度低、测量精度高、测速范围大等优点，可用于风速测量、动目标检测等。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，包括：电源(1)、种子激光器(2)、环形器(3)、声光调制器(4)、光放大器(5)、光学系统(6)、信号处理器(7)、探测器(8)和伺服系统(9)；所述电源(1)分别与种子激光器(2)、声光调制器(4)、光放大器(5)、信号处理器(7)、探测器(8)和伺服系统(9)电连接，所述种子激光器(2)与所述环形器(3)、所述探测器(8)通过光纤连接，所述环形器(3)与所述声光调制器(4)、所述光学系统(6)通过光纤连接，所述声光调制器(4)与所述光放大器(5)通过光纤连接，所述光放大器(5)与所述光学系统(6)通过光纤连接，所述光学系统(6)与所述伺服系统(9)通过机械安装连接，所述信号处理器(7)与所述声光调制器(4)、所述探测器(8)和所述伺服系统(9)电连接。
2.根据权利要求1所述的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，所述的种子激光器(2)为1550nm的连续光激光器。
3.根据权利要求1或2所述的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，所述连续光激光器的功率为1mW～10mW的连续光激光器。
4.根据权利要求1至3中所述的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，所述环形器(3)的连接方式为：所述环形器(3)的一端与所述光学系统(6)相连接，所述环形器(3)的二端与所述种子激光器(2)相连，所述环形器(3)的三端与所述声光调制器(4)相连。
5.根据权利要求1至4任一所述的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，所述的声光调制器(4)为能将种子激光器输出连续光调制为脉冲光、且具有可调移频范围的声光调制器。
6.根据权利要求1～5任一所述的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，所述的光放大器(5)为基于掺铒光纤且输出平均功率不低于1W的光放大器。
7.根据权利要求1～6所述的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，所述的光学系统(6)为收发共口径光学系统。
8.根据权利要求1至7中任一所述的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，所述的探测器(8)为InGaAs光电二极管。
9.根据权利要求1至7中任一所述的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，所述电连接为线缆连接。
10.根据权利要求1至9中任一所述的用于远距目标测量的脉冲多普勒激光雷达，其特征在于，所述激光雷达的工作内容为：电源(1)给各部分供电，种子激光器(2)发出连续激光，由环形器(3)的二端进、三端出，经声光调制器(4)调制移频后变成脉冲光，脉冲光进入光放大器(5)完成功率放大，光放大器(5)输出的光经光学系统(6)扩束、准直后照射目标，目标反射的回波信号经光学系统(6)由环形器(3)的一端进、二端出，最终进入种子激光器(2)，于种子激光器(2)腔内光发生混频，调制种子激光器(2)输出激光功率；探测器(8)检测种子激光器(2)输出激光信号，输出被回波信号多普勒移频调制的电流信号至信号处理器(7)，信号处理器(7)检测出调制频率，从而反演出目标多普勒移频，计算出目标速度，信号处理器(7)同时依据目标回波脉冲时延计算出目标距离；伺服系统(9)控制光学系统(6)光轴指向，从而完成目标搜索或跟踪功能。
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