CN115902833A - 一种混合式多普勒激光雷达及雷达测速系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合式多普勒激光雷达及雷达测速系统，涉及雷达测速领域，激光生成器输出连续波形式的测量激光，相位解调器对测量激光进行移频，并根据控制指令控制测量激光是以脉冲波形式还是连续波形式输出，激光收发器将测量激光发射至外界并接收测量激光接触到大气粒子后形成的回波信号，处理器对回波信号进行快速傅里叶变换，基于测量激光和回波信号确定大气粒子的多普勒频移，以此确定大气粒子的速度。通过控制相位解调器不仅可以对测量激光进行移频，使其满足测速要求，还可以控制测量激光以连续波或者脉冲波的形式输出，可以仅通过一种激光器就能够生成连续波或脉冲波，实现激光雷达能够对任何距离下的粒子进行测速，且经济成本较低。

Description

一种混合式多普勒激光雷达及雷达测速系统

技术领域

本发明涉及雷达测速领域，特别是涉及一种混合式多普勒激光雷达及雷达测速系统。

背景技术

目前的多普勒雷达通常分为连续波雷达和脉冲波雷达，在使用雷达对大气粒子进行测速时，由于连续波雷达的测速距离有限，难以实现远距离测速，因此仅能应用在近距离测速场景中；脉冲波雷达虽然测速距离比较远，可以较好地对远距离下的大气粒子进行测速，但因为脉冲波雷达的盲区较大，所以难以应用在近距离测速场景中。可见，目前的两种多普勒雷达均难以对任何距离下的大气粒子进行测速。现有技术为了对任意距离下的大气粒子进行测速，通常是在一套雷达测速系统中同时设置了连续波激光器和脉冲波激光器，并分别设置了两种激光器对应的雷达，该种方法虽然也能够对任何距离下的大气粒子进行测速，但其经济成本较高。因此，找出一种应用在任何距离的测速场景且成本较低的雷达是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合式多普勒激光雷达及雷达测速系统，可以仅通过一种激光器就能够生成连续波或脉冲波，实现了激光雷达能够对任何距离下的大气粒子进行测速，且经济成本较低。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种混合式多普勒激光雷达，包括：

激光生成器，用于输出连续波形式的测量激光；

与所述激光生成器连接的相位解调器，用于对所述测量激光进行预设频率的移频，并在接收到控制指令时将所述测量激光转换成脉冲波形式且在未接收到所述控制指令时不对所述测量激光进行转换；

激光收发器，用于将所述相位解调器输出的所述测量激光发射至外界，并接收所述测量激光接触到大气粒子后反射的回波信号；

处理器，用于对所述回波信号进行快速傅里叶变换，基于所述测量激光和快速傅里叶变换后的所述回波信号确定所述大气粒子的多普勒频移，根据所述多普勒频移确定所述大气粒子的速度。

优选的，还包括环形器；

所述环形器的第一端口与所述相位解调器的输出端连接，所述环形器的第二端口与所述激光收发器的收发端连接，所述环形器的第三端口与所述处理器的输入端连接，所述环形器的静偏磁场方向为第一端口-第二端口-第三端口。

优选的，还包括：

耦合器和光纤分束器；

所述光纤分束器的输入端与所述激光生成器的输出端连接，所述光纤分束器的第一输出端与所述相位解调器的输入端连接，所述光纤分束器的第二输出端与所述耦合器的第一输入端连接，所述光纤分束器用于将所述测量激光分成输出激光和参考激光，从第一输出端输出所述输出激光且从第二输出端输出所述参考激光，所述输出激光和所述参考激光一致；

所述耦合器的第二输入端与所述激光收发器的收发端连接，所述耦合器的输出端与所述处理器的输入端连接，所述耦合器用于对所述回波信号和所述参考激光进行相干混频，并将混频后的混频信号发送给所述处理器；

所述处理器具体用于对所述混频信号中的回波信号进行快速傅里叶变换，基于所述混频信号确定所述大气粒子的多普勒频移，根据所述多普勒频移确定所述大气粒子的速度。

优选的，还包括光电探测器；

所述光电探测器设置在所述处理器与所述耦合器之间，所述光电探测器用于基于所述混频信号确定所述回波信号与所述参考激光之间的差频信号，并对所述差频信号进行光电转换，将电信号形式的所述差频信号作为所述混频信号发送给所述处理器。

优选的，还包括放大器；

所述放大器设置在所述相位解调器和所述激光收发器之间，所述放大器用于放大所述测量激光的增益和功率。

优选的，所述处理器包括：

第一计算器和第二计算器；

所述第一计算器与所述激光收发器连接，所述第一计算器用于将连续n次获取到的所述回波信号进行累加，并对累加后得到的待处理信号进行预设快速傅里叶变换，将经过所述预设快速傅里叶变换之后的所述待处理信号发送给所述第二计算器，n为不小于2的正整数；

所述第二计算器基于所述测量激光和所述待处理信号确定所述大气粒子的多普勒频移，根据所述多普勒频移确定所述大气粒子的速度。

优选的，所述激光生成器为种子激光器。

优选的，还包括信号发生器；

所述信号发生器的输入端与所述处理器的控制端连接，所述信号发生器的输出端与所述相位解调器的控制端连接，所述信号发生器用于在接收到所述处理器发送过来的信号发生指令时生成所述控制指令并发送给所述相位解调器；

所述处理器还用于根据用户指令生成所述信号发生指令。

优选的，对所述测量激光进行预设频率的移频，包括：

所述相位解调器对自身施加预设电压的调制信号，改变所述相位解调器自身的调制特性；

根据改变后的所述调制特性调制所述测量激光，得到进行所述预设频率的移频后的所述测量激光；

其中，所述预设电压与对所述大气粒子的测速上限呈正相关。

本申请还提供一种雷达测速系统，包括雷达测速系统本体，还包括如上述的混合式多普勒激光雷达。

本申请提供了一种混合式多普勒激光雷达及雷达测速系统，涉及雷达测速领域，通过设置激光生成器、相位解调器、激光收发器和处理器，激光生成器输出连续波形式的测量激光，相位解调器对测量激光进行移频，并根据控制指令控制测量激光是以脉冲波形式还是连续波形式输出，激光收发器将测量激光发射至外界并接收测量激光接触到大气粒子后形成的回波信号，处理器对回波信号进行快速傅里叶变换，基于测量激光和快速傅里叶变换后的回波信号确定大气粒子的多普勒频移，根据多普勒频移确定大气粒子的速度。通过控制相位解调器不仅可以对测量激光进行移频，使其满足测速要求，还可以控制测量激光以连续波或者脉冲波的形式输出，可以仅通过一种激光器就能够生成连续波或脉冲波，实现激光雷达能够对任何距离下的粒子进行测速，且经济成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本申请提供的一种混合式多普勒激光雷达的结构示意图；

图2为本申请提供的另一种混合式多普勒激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种混合式多普勒激光雷达及雷达测速系统，可以仅通过一种激光器就能够生成连续波或脉冲波，实现了激光雷达能够对任何距离下的大气粒子进行测速，且经济成本较低。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

多普勒激光雷达以其精确度高和功耗低等优点而被广泛应用在风电、民航和气象等领域中用于对粒子进行测速，多普勒激光雷达的具体测速流程为：雷达对外发射激光，激光遇到大气中的尘粒和悬浮粒子等大气气溶胶粒子会产生散射回波信号，由于多普勒效应，回波信号的光频率与雷达发射激光的光频率之间存在一个频移，频移与大气气溶胶粒子速度相关。回波信号经雷达的接收光学系统收集，与发射激光频移进行比较，即可推算出测量点大气气溶胶粒子相对于雷达的径向运动速度和方向。

多普勒激光雷达按光源模式可分为连续波激光雷达和脉冲波激光雷达，连续波激光雷达发射的激光为连续波形式，具有峰值功率低、分辨率高的特点，由于探测距离与发射功率为正相关，因此无法用于远距离探测；脉冲波激光雷达发射的激光为脉冲波形式，由于由于脉冲波的工作模式，必然存在一定的距离盲区，所以无法进行短距离探测，往往用于中远距离探测以及超远距离探测。可见，现有的两种多普勒激光雷达因为其内部光源属性决定了其工作模式，仅能应用在固定的测速场景中，均无法实现对任何距离进行探测的目的。

为了解决上述技术问题，请参照图1，图1为本申请提供的一种混合式多普勒激光雷达的结构示意图，包括：

激光生成器1，用于输出连续波形式的测量激光；

与激光生成器1连接的相位解调器2，用于对测量激光进行预设频率的移频，并在接收到控制指令时将测量激光转换成脉冲波形式且在未接收到控制指令时不对测量激光进行转换；

激光收发器3，用于将相位解调器2输出的测量激光发射至外界，并接收测量激光接触到大气粒子后反射的回波信号；

处理器4，用于对回波信号进行快速傅里叶变换，基于测量激光和快速傅里叶变换后的回波信号确定大气粒子的多普勒频移，根据多普勒频移确定大气粒子的速度。

考虑到连续波激光是一种在时间上连续的激光，脉冲波激光是一种在时间上不连续的激光，连续波激光是字面意思上的持续且连续激光，而由于其连续的原因，连续波激光的传播距离与激光生成器1的输出功率之间成正比，若想实现远距离测速，则要求连续波激光生成器1的输出功率非常大，不符合实际应用的需求；而脉冲波激光是断断续续出现的，表现形式为一段一段的激光，每段激光之间必然含有一段不存在激光的盲区，正是这一段盲区导致脉冲波雷达无法应用在近距离测速场景中。

对此，设置了用于发射低功率窄线宽的连续波激光的激光生成器1以及相位解调器2，相位解调器2通过线性电光效应，在外电场的作用下，通过相位解调器2中的材料反射率与外电场强度之间成正相关的关系来对激光进行解调，将激光解调成预设频率和强度的激光，通过周期且间断性的控制指令来驱动相位解调器2，可以使得输入到相位解调器2的连续波激光转换成间断性的脉冲波激光并输出；若没有控制指令，相位解调器2在接收到连续波激光后不会对其进行任何处理，而是单纯地将其输出。因连续波与脉冲波之间的特性，连续波可以转换成脉冲波而脉冲波无法转换成连续波，简单来说，连续波是连续的，可以被切分成多段；脉冲波是间断的，无法相互合并或合成。通过相位解调器2将连续波激光进行切分，从而输出脉冲波激光，达到了只使用一种激光器（连续波激光）就可以输出两种类型（连续波和脉冲波）的激光的目的。

在实际进行测量时，工作人员根据雷达本身与需要测试的物体或者大气粒子之间的距离来决定是否需要驱动相位解调器2，当大气粒子离雷达本身较近时，相位解调器2无需对测量激光进行处理，激光收发器3直接向外界发射连续波激光，并接收连续波激光接触物体或者大气气溶胶粒子后形成的回波信号，处理器4则根据回波信号与测量激光之间的差异，确定出回波信号相对于测量激光的多普勒频移，以此来计算出物体或粒子的速度和方向。处理器4可以是设置在用户终端或者计算机中的处理器，以便用户可以通过计算机来对雷达进行控制，而激光收发器可以是用于发射和接收激光的望远镜系统构成。

多普勒频移（Doppler Shift）指当大气粒子以沿某一方向移动时，由于传播路程差的原因，会造成相位和频率的变化，通常将这种变化称为多普勒频移，由于多普勒频移可以表示出波的属性在运动中发生变化的规律，例如，大气粒子向雷达运动时，波被压缩，波长变短，频率变高；大气粒子向雷达远离时，波会延展，波长变长，频率变低。通过计算出大气粒子的多普勒频移，由于大气粒子径向速度越大则多普勒频率越高，反之则越低，基于此可以确定出外界物体或者大气气溶胶粒子的速度和方向。

综上，通过设置激光生成器1、相位解调器2、激光收发器3和处理器4，激光生成器1输出连续波形式的测量激光，相位解调器2对测量激光进行移频，并根据控制指令控制测量激光是以脉冲波形式还是连续波形式输出，激光收发器3将测量激光发射至外界并接收其接触到大气粒子后形成的回波信号，处理器4对回波信号进行快速傅里叶变换，基于测量激光和快速傅里叶变换后的回波信号确定大气粒子的多普勒频移，根据多普勒频移确定大气粒子的速度。通过控制相位解调器2可以将测量激光以连续波或者脉冲波的形式输出，可以仅通过一种激光器就能够生成连续波或脉冲波，实现了激光雷达能够对任何距离下的大气粒子进行测速，且经济成本较低。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，还包括环形器5；

环形器5的第一端口与相位解调器2的输出端连接，环形器5的第二端口与激光收发器3的收发端连接，环形器5的第三端口与处理器4的输入端连接，环形器5的静偏磁场方向为第一端口-第二端口-第三端口。

为了隔离测量激光与回波信号，本申请中，在相位解调器2、激光收发器3和处理器4三者之间设置了一个环形器5，具体为光环形器，请参照图2，图2为本申请提供的另一种混合式多普勒激光雷达的结构示意图。光环形器主要特点是可实现单根光纤上的双向光信号传输，环形器5的信号传输方向是不可逆的，光信号只能在环形器5中进行单向传输，例如，在三端口的环形器5中，环形器5的指向为a-b-c，那么，若光信号需要从a端口输入并从c端口输出，光信号从a端口出发之后，必须先经过b端口才会到达端口c，而并非直接从a端口反向传播至c端口，基于此，使得相位解调器2输出到激光收发器3的测量激光与激光收发器3输出到处理器4的回波信号之间相互独立，从而实现测量激光与回波信号相互隔离的目的，以保证测速的准确性。

作为一种优选的实施例，还包括：

耦合器6和光纤分束器7；

光纤分束器7的输入端与激光生成器1的输出端连接，光纤分束器7的第一输出端与相位解调器2的输入端连接，光纤分束器7的第二输出端与耦合器6的第一输入端连接，光纤分束器7用于将测量激光分成输出激光和参考激光，从第一输出端输出输出激光且从第二输出端输出参考激光，输出激光和参考激光一致；

耦合器6的第二输入端与激光收发器3的收发端连接，耦合器6的输出端与处理器4的输入端连接，耦合器6用于对回波信号和参考激光进行相干混频，并将混频后的混频信号发送给处理器4；

处理器4具体用于对所述混频信号中的回波信号进行快速傅里叶变换，基于所述混频信号确定所述大气粒子的多普勒频移，根据所述多普勒频移确定所述大气粒子的速度。

为了简单地确定出回波信号相对于测量激光的频移，本申请中，还设置有光纤分束器7和耦合器6，请参照图2，图2为本申请提供的另一种混合式多普勒激光雷达的结构示意图，结合其他实施例可知，当设置了环形器5和光电探测器8，且处理器4由两个计算器组成时，耦合器6实际设置在环形器5和光电探测器8之间，耦合器6的第二输入端与环形器5的第三端口c连接，输出端与光电探测器8的输入端连接。利用光纤分束器7将测量激光分成两种激光，一种称为输出激光，其作用是作为原本的测量激光进行输出；另一种称为参考激光，其作用是作为原本的测量激光的一种参考，当回波信号回来时可以基于参考激光来确定回波信号的频移。为了避免输出激光的功率过低，可以将原本的测量激光的绝大部分作为输出激光，仅留下小部分作为参考激光，例如可以将90%的测量激光作为输出激光。需要说明的是，参考激光与测量激光虽然功率不同，但是其频率、周期、幅值等特征参数都是一致的，也即相当于把测量激光分成两份性质一样但是表现形式不一样的两种激光。在接收到回波信号后，可以通过耦合器6将参考激光与回波信号进行相干混频，通过其中的相干光调制实现光信号的编码和定量的相位延迟，再通过相干光解调对两个光信号进行混频合路输出到处理器4，由于相干混频的分辨率较高，输出的混频信号的衰减和色散现象较弱，可以使处理器4简单且准确地确定出回波信号相对于测量激光的频移。

此外，采用的耦合器6可以是2*2耦合器6，也可以是2*4或其他规格的能够实现本申请功能的耦合器6，本申请对此不作限定。

作为一种优选的实施例，还包括光电探测器8；

光电探测器8设置在处理器4与耦合器6之间，光电探测器8用于基于混频信号确定回波信号与参考激光之间的差频信号，并对差频信号进行光电转换后将电信号形式的差频信号作为混频信号发送给处理器4。

为了简单地确定出回波信号相对于测量激光的频移，本申请中，还设置了光电探测器8，请参照图2，图2为本申请提供的另一种混合式多普勒激光雷达的结构示意图，结合其他实施例可知，当设置了耦合器6且处理器4由两个计算器构成时，光电探测器8实际上设置在耦合器6和处理器4的第一计算器41之间。光电探测器8基于混频信号确定出参考激光与回波信号这两个信号在频率上的差值，将其作为差频信号，然后再通过光电探测器8内置的光电转换模块或许外设的光电转换模块将光信号形式的差频信号转换成电信号形式，以便处理器4可以方便接收到该差频信号并进行多普勒频移的计算。基于此，可以简单地确定出回波信号相对于测量激光的频移。

作为一种优选的实施例，还包括放大器9；

放大器9设置在相位解调器2和激光收发器3之间，放大器9用于放大测量激光的幅值。

考虑到测量激光本身的功率和增益可能较小，激光收发器3发射出去的激光可能存在容易消散的问题，导致对物体或大气粒子进行测速时出现误差，因此，在本申请中，还设置了放大器9，请参照图2，图2为本申请提供的另一种混合式多普勒激光雷达的结构示意图，结合其他实施例可知，当设置了环形器5时，放大器9实际上设置在相位解调器2和环形器5之间，通过放大器9来放大测量激光的功率和增益，以便测量激光能够进行长途传输，避免激光消散的现象。

作为一种优选的实施例，处理器4包括：

第一计算器41和第二计算器42

第一计算器41与激光收发器3连接，第一计算器41用于将连续n次获取到的回波信号进行累加，并对累加后得到的待处理信号进行预设快速傅里叶变换，将经过预设快速傅里叶变换之后的待处理信号发送给第二计算器42；

第二计算器42基于测量激光和待处理信号确定大气粒子的多普勒频移，根据多普勒频移确定大气粒子的速度。

为了减轻处理器4的计算负荷，本申请中，处理器4实际上由两个计算器构成，请参照图2，图2为本申请提供的另一种混合式多普勒激光雷达的结构示意图，结合其他实施例可知，当设置了光纤分束器7、放大器9、环形器5、耦合器6和光电探测器8时，第一计算器41实际上与光电探测器8连接。通过第一计算器41获取一段时间内的多个回波信号，也即连续n次获取到的回波信号，若发射到外界的激光为脉冲波形式，第一计算器41则获取n段连续的脉冲波激光对应的回波信号，若发射到外界的激光为连续波形式，第一计算器41会每获取一段时间的回波信号后中断一段时间再进行获取，重复n次来获取n次连续波激光的回波信号，n可以根据实际测量需求来设置，例如，当实际要求测量物体或粒子在1秒内的速度时，若在1s内可以发射1万段脉冲波激光，则n等于1万。在实际应用中，虽然激光在每个时间点形成的回波信号不同，但是对于短时间内的测量而言，回波信号相互之间的差异不大，如1秒内发射1万次脉冲时，相邻的两次脉冲波激光的回波信号之间差异不大。为了合理地计算出物体或粒子在一段时间内的速度，在获取到n个回波信号后，可以将这些回波信号进行累加，以提高回波的距离分辨力，最后再通过快速傅里叶变换，将回波信号的时域转换成频域，输出至第二计算器42中，以便简单地计算出回波信号的多普勒频移。基于此，通过两个计算器分别执行处理器4的任务，可以减轻处理器4的计算负荷。

作为一种优选的实施例，激光生成器1为种子激光器。

种子激光器是一种产生种子光的激光器，由于种子激光器与放大器9结合可以形成一个主振荡功率放大器，能够产生更高功率的输出光，所以种子激光器与传统的单个高功率激光器相比，种子激光器拥有功率低、线宽窄、波长调谐范围大的特点，因此可以较好地作为激光生成器1使用。

作为一种优选的实施例，还包括信号发生器；

信号发生器的输入端与处理器4的控制端连接，信号发生器的输出端与相位解调器2的控制端连接，信号发生器用于在接收到处理器4发送过来的信号发生指令时生成控制指令并发送给相位解调器2；

处理器4还用于根据用户指令生成信号发生指令。

为了方便工作人员操作，本申请中，还设置了信号发生器，请参照图2，图2为本申请提供的另一种混合式多普勒激光雷达的结构示意图，结合其他实施例可知，当处理器4是由第一计算器41和第二计算器42构成时，信号发生器实际上与第二计算器42的控制短连接。通过信号发生器来驱动相位解调器2是否对测量激光进行转换，同时再通过处理器4连接信号发生器，用户可以在处理器4所在的设备上进行操作，使处理器4发出指令来控制信号发生器，信号发生器在接收到指令后则会进一步控制相位解调器2开始工作，具体可以是在处理器4发送信号发生指令之后，信号发生器则会持续地生成控制指令并发送给相位解调器2作为驱动，直到处理器4发送停止信号后信号发生器才会停止生成控制指令。基于此，可以方便工作人员操作。

作为一种优选的实施例，对测量激光进行预设频率的移频，包括：

相位解调器2对自身施加预设电压的调制信号，改变相位解调器2自身的调制特性；

根据改变后的调制特性调制测量激光，得到进行预设频率的移频后的测量激光；

其中，预设电压与对大气粒子的测速上限呈正相关。

为了简单地对测量激光施加移频，本申请中，通过改变相位解调器2的调制特性来施加移频。具体的，相位解调器2位于测量激光的输出端之后，也即移频是在测量激光生成之后进行的，实际的调制器位于激光生成器的谐振腔外的光路中。上述的调制器指的是相位解调器2内部的调制器，其作用是在相位解调器2对测量激光进行解调之后再进行调制以便测量激光可以完好地输出，此时，在该调制器上加预设电压的调制信号，使调制器的物理特性发生相应的变化，当测量激光通过调制器时，光波参量（如频率）会因为调制器的变化而随之发生变化，以此来实现对测量激光施加移频的目的。此外，对于实际施加的预设电压，主要是根据对大气粒子的测速上限设定的，用户可以预先对想要测量的大气粒子的大概速度进行猜测，并根据猜测的速度进一步猜测大气粒子可能的最大速度，由于速度越大则多普勒频移越大，所以要基于最大速度来设定预设电压，保证雷达能够正常识别和探测到大气粒子的多普勒频移。

本申请还提供一种雷达测速系统，包括雷达测速系统本体，还包括如上述的混合式多普勒激光雷达。

对于本申请提供的一种雷达测速系统的详细介绍，请参照上述混合式多普勒激光雷达的实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种混合式多普勒激光雷达，其特征在于，包括：

激光生成器，用于输出连续波形式的测量激光；

与所述激光生成器连接的相位解调器，用于对所述测量激光进行预设频率的移频，并在接收到控制指令时将所述测量激光转换成脉冲波形式且在未接收到所述控制指令时不对所述测量激光进行转换；

激光收发器，用于将所述相位解调器输出的所述测量激光发射至外界，并接收所述测量激光接触到大气粒子后反射的回波信号；

处理器，用于对所述回波信号进行快速傅里叶变换，基于所述测量激光和快速傅里叶变换后的所述回波信号确定所述大气粒子的多普勒频移，根据所述多普勒频移确定所述大气粒子的速度。

2.如权利要求1所述的混合式多普勒激光雷达，其特征在于，还包括环形器；

所述环形器的第一端口与所述相位解调器的输出端连接，所述环形器的第二端口与所述激光收发器的收发端连接，所述环形器的第三端口与所述处理器的输入端连接，所述环形器的静偏磁场方向为第一端口-第二端口-第三端口。

3.如权利要求1所述的混合式多普勒激光雷达，其特征在于，还包括：

耦合器和光纤分束器；

所述光纤分束器的输入端与所述激光生成器的输出端连接，所述光纤分束器的第一输出端与所述相位解调器的输入端连接，所述光纤分束器的第二输出端与所述耦合器的第一输入端连接，所述光纤分束器用于将所述测量激光分成输出激光和参考激光，从第一输出端输出所述输出激光且从第二输出端输出所述参考激光，所述输出激光和所述参考激光一致；

所述耦合器的第二输入端与所述激光收发器的收发端连接，所述耦合器的输出端与所述处理器的输入端连接，所述耦合器用于对所述回波信号和所述参考激光进行相干混频，并将混频后的混频信号发送给所述处理器；

所述处理器具体用于对所述混频信号中的回波信号进行快速傅里叶变换，基于所述混频信号确定所述大气粒子的多普勒频移，根据所述多普勒频移确定所述大气粒子的速度。

4.如权利要求3所述的混合式多普勒激光雷达，其特征在于，还包括光电探测器；

所述光电探测器设置在所述处理器与所述耦合器之间，所述光电探测器用于基于所述混频信号确定所述回波信号与所述参考激光之间的差频信号，并对所述差频信号进行光电转换，将电信号形式的所述差频信号作为所述混频信号发送给所述处理器。

5.如权利要求1所述的混合式多普勒激光雷达，其特征在于，还包括放大器；

所述放大器设置在所述相位解调器和所述激光收发器之间，所述放大器用于放大所述测量激光的增益和功率。

6.如权利要求1所述的混合式多普勒激光雷达，其特征在于，所述处理器包括：

第一计算器和第二计算器；

所述第一计算器与所述激光收发器连接，所述第一计算器用于将连续n次获取到的所述回波信号进行累加，并对累加后得到的待处理信号进行预设快速傅里叶变换，将经过所述预设快速傅里叶变换之后的所述待处理信号发送给所述第二计算器，n为不小于2的正整数；

所述第二计算器基于所述测量激光和所述待处理信号确定所述大气粒子的多普勒频移，根据所述多普勒频移确定所述大气粒子的速度。

7.如权利要求1所述的混合式多普勒激光雷达，其特征在于，所述激光生成器为种子激光器。

8.如权利要求1所述的混合式多普勒激光雷达，其特征在于，还包括信号发生器；

所述信号发生器的输入端与所述处理器的控制端连接，所述信号发生器的输出端与所述相位解调器的控制端连接，所述信号发生器用于在接收到所述处理器发送过来的信号发生指令时生成所述控制指令并发送给所述相位解调器；

所述处理器还用于根据用户指令生成所述信号发生指令。

9.如权利要求1至8任一项所述的混合式多普勒激光雷达，其特征在于，对所述测量激光进行预设频率的移频，包括：

所述相位解调器对自身施加预设电压的调制信号，改变所述相位解调器自身的调制特性；

根据改变后的所述调制特性调制所述测量激光，得到进行所述预设频率的移频后的所述测量激光；

其中，所述预设电压与对所述大气粒子的测速上限呈正相关。

10.一种雷达测速系统，其特征在于，包括雷达测速系统本体，还包括如权利要求1至9任一项所述的混合式多普勒激光雷达。

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