CN115902924A - 一种多普勒激光测速雷达装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多普勒激光测速雷达的装置及方法。通过声光调制器同时产生脉冲信号和与之对应的调制的本振光信号，调节本振光信号的延时，使端面反射光信号脉冲上升沿与本振光下降沿对齐，从而外差干涉得到幅值较小的端面反射中频信号，避免由于端面反射中频信号较大导致的紧随其后的持续几十纳秒的由大到小的衰减信号，消除由于该衰减信号造成的频谱低频区域噪声值升高对频率估计的影响，提高速度测量的准确性和可靠性。此外，通过提取幅值较小的端面反射中频信号的初始相位，用于大气回波中频信号的相位对齐，实现大气回波中频信号的相干累加，提高系统信噪比。

Description

一种多普勒激光测速雷达装置及方法

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种多普勒激光测速雷达装置及方法。

背景技术

多普勒脉冲式激光测速雷达应用于近距离速度测量时，如测量飞机真空速等大气数据以及获取风力发电装置近距离风速风向时，由于作用距离短，使得气溶胶粒子产生的回波光信号对应的中频信号与雷达光学天线等端面反射信号产生的中频信号在时间上相连甚至部分重叠。此外由于端面反射中频信号幅值可达几伏，远大于毫伏级回波信号，可使探测器进入饱和状态，也超出了AD采集的电压范围。在采集电路采集到的数字信号中经常会出现幅值很高的端面反射中频信号，而后紧接着响应幅值很低的回波中频信号。由于探测及采集电路有一定的电容特性，使得紧随端面反射中频信号后会产生持续几十纳秒的幅值由大到小的衰减信号，如图1所示。该衰减信号在频谱上表现为低频噪声，频率范围覆盖一赫兹至几十兆赫兹，将显著增加频谱噪声幅值水平，甚至将实际的多普勒信号淹没，严重影响多普勒速度信号的频率估计，如图2所示。

此外，若产生的端面反射中频光信号不至于使探测器工作在饱和区以及端面反射中频电信号不至于超出AD采集的电压范围，则可以通过提取端面反射中频信号的频率及相位信息，实现回波中频信号的相位对齐，类似于无线电的全相参雷达，实现激光雷达的大气回波脉冲中频信号的时域相干累加。

此外，对回波信号进行频谱分析后，得到峰值频率，然后减去固定的声光频移量，可以计算出多普勒频移，然而声光频移量是由加载到声光调制器上的电路产生的射频信号频率、声光晶体和换能器特性共同决定，随温度变化会产生微小变化，因此这将带来多普勒频移及速度的解算误差。

发明内容

本发明的目的：提供一种适用于近距离测量的多普勒激光测速雷达的装置及方法。通过控制雷达系统端面反射中频信号的幅值，降低甚至消除端面反射中频信号后产生的持续几十纳秒的由大到小的衰减信号，从而消除该衰减信号对频谱估计的影响。此外，可以通过提取端面反射中频信号的初始相位，用于接收的大气回波脉冲中频信号的相位对齐，实现脉冲时域内的相干累加。此外，端面反射中频信号的频率代表信号光相对本振光的频移量，通过分析该幅值较小的端面反射中频信号的频谱，提取峰值频率，可以作为雷达系统光路频移量的参考值用于解算多普勒频移，减小变温环境下频移量变化情况下仍采用固定频移量解算导致的测量误差。

本发明的技术方案：

根据本发明的第一方面，提出一种多普勒激光测速雷达装置，所述装置包括：依次光纤连接的种子激光器1、声光调制器2、光纤放大器模块4、环形器模块5和光学天线模块6；

所述声光调制器2还与光衰减器7、光延时线8、耦合器模块9、平衡光电探测器模块10依次光纤连接；所述环形器模块5还与耦合器模块9光纤连接；

所述信号处理模块11分别与所述声光调制器2、所述平衡光电探测器模块10电连接；

所述信号处理模块11用于对所述平衡光电探测器模块10发送的信号进行数字采集，对得到的脉冲数字中频信号进行分段处理，并对端面反射中频信号后的信号进行频率估计，获得激光视线方向速度。

在一个可能的实施例中，所述的声光调制器2包括：输入光纤21、声光晶体22、换能器23、第一耦合透镜24、本振光输出光纤25、第二耦合透镜26、信号光输出光纤27；声光晶体22与输入光纤21、本振光输出光纤25、信号光输出光纤27分别通过光学元件耦合连接，或者直接光纤耦合连接；换能器23与声光晶体22紧贴粘接；

输入光纤21传输的光信号进入声光晶体22会产生声光衍射，产生0级输出光和1级输出光，0级输出光和1级输出光分别进入本振光输出光纤25和信号光输出光纤27。

在一个可能的实施例中，还包括强度调制器3，所述强度调制器3设置于所述声光调制器2与所述光纤放大器模块4之间，并通过光纤分别与所述声光调制器2与所述光纤放大器模块4相连接；所述信号处理模块11与所述强度调制器3电连接。

在一个可能的实施例中，还包括相位调制器模块9，所述相位调制器模块9连接于光延时线8与耦合器模块10之间，或者连接于声光调制器2至光延时线8至耦合器模块10所形成的光路上的任意两个相邻模块之间，或者连接于声光调制器2至环形器模块5至耦合器模块10所形成的光路上的任意两个相邻模块之间。在一个可能的实施例中，所述的光延时线8选用具有一定长度的光纤，或者为反射镜组构成的空间折返光路。

在一个可能的实施例中，所述光纤放大器模块4包括一个光纤放大器、所述环形器模块5包括一个环形器、所述光学天线模块6包括一个光学天线、所述相位调制器模块9包括一个相位调制器、所述耦合器模块10包括一个耦合器、所述平衡光电探测器模块11包括一个平衡光电探测器。

在一个可能的实施例中，所述装置还包括第一分束器41和第二分束器42；

强度调制器3与光纤放大器模块4之间通过光纤连接有第一分束器41；光延时线8与耦合器模块9之间通过光纤连接有第二分束器42；

光纤放大器模块4包括多个光纤放大器、环形器模块5包括多个环形器、光学天线模块6包括多个光学天线、相位调制器模块9包括多个相位调制器、耦合器模块10包括多个耦合器、平衡光电探测器模块11包括多个平衡光电探测器；

多个光纤放大器、多个环形器、多个光学天线依次一一对应连接；

多个相位调制器与多个耦合器、多个平衡光电探测器依次一一对应连接；

多个环形器与多个耦合器、多个平衡光电探测器依次一一对应连接。

根据本发明的第二方面，提出一种多普勒激光测速方法，采用上述的一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，所述方法包括：

种子激光器射出激光经过声光调制器后产生声光衍射，产生本振光与信号光；本振光依次进入光衰减器、光延时线和耦合器模块，信号光依次进入强度调制器、光纤放大器模块、环形器模块，通过光学天线模块发射到空气中，光学天线模块同时接收大气气溶胶粒子散射回的回波信号光，回波信号光经环形器模块进入耦合器模块，与本振光外差干涉，由平衡探测器模块探测外差干涉信号，产生中频电信号；信号处理模块采集探测到的中频电信号，量化后得到数字中频信号，提取大气回波数字中频信号进行频率估计，可以进一步计算出激光视线方向的速度，测量多个激光视线方向速度可以计算出三轴速度以及速度方向。

根据本发明的第三方面，提出一种实现相干累加的方法，采用上述一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，包括如下步骤：

种子激光器出射激光经过声光调制器后产生调制及声光衍射，0级光不产生移频，1级光产生与加载的射频信号频率相同的频移量，由于声光衍射的开关特性，0级光与1级光为形状互补的调制光信号，即0级光信号脉冲宽度加上1级光信号的脉冲宽度的和为脉冲调制周期。0级光输出作为本振光，1级光输出作为信号光，本振光依次进入光衰减器、光延时线和耦合器模块，信号光依次进入光纤放大器模块、环形器模块，通过光学天线模块发射到空气中，光学天线模块同时接收大气气溶胶粒子散射回的回波信号光，回波信号光经环形器模块进入耦合器模块，与本振光外差干涉，由平衡探测器模块探测外差干涉信号，产生中频电信号；信号光经过环形器二端口的光纤端面及光学镜头表面传输时会产生幅值远大于大气散射回波信号的反射信号；调节本振光信号的延时，使端面反射光信号脉冲上升沿与调制的本振光下降沿对齐，从而外差干涉得到幅值较小的端面反射中频信号。避免由于端面反射中频信号较大导致的紧随其后的持续几十纳秒的由大到小的衰减信号，消除由于该衰减信号造成的频谱低频区域噪声值升高对频率估计的影响，提高速度测量的准确性和可靠性。

AD采集量化脉冲中频信号，提取幅值较小的端面反射中频数字信号，通过FFT分析，得到该段信号的频率－幅值谱和频率－相位谱，求得幅度谱的最大值对应的频率f0，该频率f0对应相位谱中的相位Φ0即为提取的端面反射中频信号的初始相位；给定用于相位对齐的基准相位值，计算得到的初始相位与该基准相位的差值，计算出实现相位对齐所需要移动的数据位数；通过数据移位使各中频脉冲信号的相位与基准相位对齐，实现一定数量的中频脉冲信号相位对齐后，将这些脉冲信号相累加，实现相干累加。

根据端面反射中频信号，信号处理模块12计算相位调整量实时改变相位调制器模块9的相移，将不同回波中频信号的初始相位调整到固定值，满足脉冲相干累加条件。

本发明的优点：本发明提供一种适用于近距离测量的多普勒激光测速雷达的装置及方法。通过声光调制器同时产生脉冲信号和与之对应的脉冲本振光信号，调节本振光信号的延时，使端面反射光信号脉冲上升沿与本振光脉冲下降沿对齐，从而外差干涉得到幅值较小的端面反射中频信号，避免由于端面反射中频信号较大导致的紧随其后的持续几十纳秒的由大到小的衰减信号，消除由于该衰减信号造成的频谱低频区域噪声值升高对频率估计的影响，提高速度测量的准确性和可靠性。此外，可以通过提取幅值较小的端面反射中频信号的初始相位，用于接收的大气回波脉冲中频信号的相位对齐，实现脉冲时域内的相干累加，提高系统信噪比。此外，端面反射中频信号频率可实时表征声光频移量，通过分析该幅值较小的端面反射中频信号的频谱，提取峰值频率，可以作为雷达系统光路频移量代替固定频移量用于解算多普勒频移，减小变温环境下频移量变化情况下仍采用固定频移量解算导致的测量误差。

附图说明：

图1为理想信号与实际信号对比示意图

图2为理想信号与实际信号频谱对比示意图

图3为本发明优选实施例的多普勒激光测速雷达装置结构示意图

图4为本发明优选实施例的声光调制器结构示意图

图5为外差中频信号产生时序图

图6为本发明优选实施例的多路多普勒激光测速雷达装置结构示意图

图7为本发明优选实施例实现脉冲相干累加的算法流程图

图8为本发明优选实施例信号频率－幅度谱和频率－相位谱示意图

图9为本发明优选实施例信号处理模块12结构示意图

图10为本发明优选实施例调制器模块9结构示意图

附图标记说明：1－种子激光器、2－声光调制器、3－强度调制器、4－光纤放大器模块、5－环形器模块、6－光学天线模块、7－光衰减器、8－光延时线、9－耦合器模块、10－平衡光电探测器模块、11－信号处理模块，21－输入光纤、22－声光晶体、23－换能器、24－第一耦合透镜、25－本振光输出光纤、26－第二耦合透镜、27－信号光输出光纤、28－0级输出光、29－1级输出光、41第一分束器、42－第二分束器。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

实施例1

如图3所示，一种近距离激光多普勒测速雷达装置，所述装置包括：依次光纤连接的种子激光器1、声光调制器2、强度调制器3、光纤放大器模块4、环形器模块5和光学天线模块6；声光调制器3与光衰减器7、光延时线8、耦合器模块9、平衡光电探测器模块10依次光纤连接；环形器模块5与耦合器模块9光纤连接；

信号处理模块11与声光调制器2、强度调制器3、平衡光电探测器模块10电连接；信号处理模块11用于对平衡光电探测器模块10发送的信号进行数字采集，对得到的脉冲数字中频信号进行分段处理，并对端面反射中频信号后的信号进行频率估计，获得激光视线方向速度。

信号处理模块11加载到声光调制器2和强度调制器3上的脉冲调制信号重频、脉宽相同，并由同一晶振分频保证其同源。两个脉冲信号有一定的延时，保证声光调制器2调制的脉冲信号不被强度调制器3所截短。

所述的强度调制器3并非必需，其目的是提高产生脉冲信号的消光比，可以为任意原理的电控光开关，如电控的mems光开关、电光强度调制器、磁光强度调制器、声光调制器等，也可以为可作为光开关使用的光放大器，如半导体光放大器，EDFA等。

所述的相位调制器模块9并非必须，其目的是实时调节相位值，实现脉冲相干累加，所述相位调制器模块9选用电光晶体构成的电光调制器，或者能够产生相位或光程变化的调制器。所述的光延时线8的作用是对传输光产生一定时间的延时，可以为一段长度的光纤，也可以为反射镜组构成的空间折返光路。

可选地，光纤放大器模块4包括一个光纤放大器、环形器模块5包括一个环形器、光学天线模块6包括一个光学天线、耦合器模块10包括一个耦合器、平衡光电探测器模块11包括一个平衡光电探测器。

可选地，可参考图6，所述装置还包括第一分束器41和第二分束器42；

强度调制器3与光纤放大器模块4之间通过光纤连接有第一分束器41；光延时线8与耦合器模块10之间通过光纤连接有第二分束器42；

光纤放大器模块4包括多个光纤放大器、环形器模块5包括多个环形器、光学天线模块6包括多个光学天线、耦合器模块10包括多个耦合器、平衡光电探测器模块11包括多个平衡光电探测器；

多个光纤放大器4、多个环形器、多个光学天线依次一一对应连接；

多个环形器与多个耦合器、多个平衡光电探测器依次一一对应连接。

可参考图4，所述的声光调制器包括：输入光纤21、声光晶体22、换能器23、第一耦合透镜24、本振光输出光纤25、第二耦合透镜26、信号光输出光纤27；声光晶体22与输入光纤21、本振光输出光纤25、信号光输出光纤27分别通过透镜等光学元件耦合连接，也可直接光纤耦合连接；换能器23与声光晶体22紧贴粘接；

输入光纤21传输的光信号进入声光晶体22会产生声光衍射，产生0级输出光28和1级输出光29，两者间呈一定的夹角，夹角大小取决于声光晶体材料特性及长度；0级输出光28和1级输出光29分别进入本振光输出光纤25和信号光输出光纤27；

信号处理模块12用于对平衡光电探测器模块11发送的外差中频信号进行数字采集，对得到的数字中频信号进行分段处理，根据端面反射中频信号判断回波脉冲中频信号的初始相位，根据得到的初始相位值计算相位变化量，实时调整相位调制器模块9的电压值，产生一定的相位值补偿初始相位的变化量，完成回波脉冲数字中频信号相位对齐及相干累加。

如图9所示，所述信号处理模块12包括晶振、时钟管理单元、AD模数转换器、相干累加模块、频率估计模块、相位鉴别模块、锁相模块、相位信号发生器、调制信号/移频信号发生器组成；所述产生的调制信号、移频信号、AD的时钟信号均由同一晶振经时钟管理单元后得到的。

另一方面，提供一种适用于近距离测量的多普勒激光测速雷达的方法，利用如上所述的测量装置，所述方法包括：

种子激光器出射激光经过声光调制器后产生声光衍射，0级光不产生移频，1级光产生与加载的射频信号频率相同的频移量，0级光输出作为本振光，1级光输出作为信号光，本振光依次进入光衰减器、光延时线和耦合器模块，信号光依次进入强度调制器、光纤放大器模块、环形器模块，通过光学天线模块发射到空气中，光学天线模块同时接收大气气溶胶粒子散射回的回波信号光，回波信号光经环形器模块进入耦合器模块，与本振光外差干涉，由平衡探测器模块探测外差干涉信号，产生中频电信号；信号处理模块采集探测到的中频电信号，量化后得到数字中频信号，提取大气回波数字中频信号进行频率估计，可以进一步计算出激光视线方向的速度，测量多个激光视线方向速度可以计算出三轴速度以及速度方向。

可参照图5，声光调制器上加载所需移频量的射频信号与脉冲调制信号，调制信号为高电平时产生1级衍射光，此时信号光功率最大，本振光功率最小，此时可通过调节脉冲调制信号的高电平值调节本振光的大小。当调制信号为零电平时，仅产生0级衍射光，此时本振光功率最大，信号光功率最小。信号光经过环形器二端口的光纤端面及光学镜头表面传输时会产生幅值远大于大气散射回波信号的反射信号(称为端面反射信号)；从声光调制器输出的本振光和信号光，到达耦合器外差干涉时，信号光在光纤中传输时间相比本振光长△τ；通过光延时线对本振光进行△τ时间的延时，使端面反射光信号脉冲上升沿与本振光脉冲下降沿对齐，从而外差干涉得到幅值较小的端面反射中频信号，通过调节加载到声光调制器上的脉冲调制信号高电平值，可以调节端面反射中频信号的幅值大小，其最小值可为零；因此避免了由于端面反射中频信号较大导致的紧随其后的持续几十纳秒的由大到小的衰减信号，从而消除该衰减信号对频谱估计的影响。

到达耦合器模块9的端面反射光信号可表示为

u_eb(t)＝A₁·cos[2π(v₀+v_M)t+φ_s+Δφ_s]

其中，v₀为光波频率，v_M为调制器移频频率，φ_s为端面反射信号光在光纤光路中传输产生的相位，Δφ_s为由于温度、振动、应力变化等原因造成的端面反射信号光传输的光程变化导致的相位变化。

信号光发射到空气中与大气粒子作用，产生多普勒频移，到达耦合器模块9的大气回波光信号可表示为

u_bk(t)＝A₃·cos[2π(v₀+v_M+f_d)t+φ_s+Δφ_s+φ_bk]

其中，φ_bk为信号光在大气中传输产生的相位，f_d为产生的多普勒频移量，此处假定端面反射信号光与大气回波信号光到达耦合器模块9的时间差很短，可认为由于温度、振动、应力变化等原因造成的光路相位变化Δφ_s不变。

与端面反射信号光相混频的本振光到达耦合器模块9的光信号可表示为

u_LO1(t)＝A₂·cos[2πv₀t+φ_l1+Δφ_l]

其中，φ_l1为与端面反射信号光相混频的本振光传输的相位，Δφ_l为由于温度、振动、应力变化等原因造成的本振光传输光程变化导致的相位变化。

同样认为由于温度、振动、应力变化等原因造成的本振光路产生的相位变化Δφ_l不变，则与大气回波信号光相混频的本振光到达耦合器模块9的光信号可表示为

u_LO2(t)＝A₂·cos[2πv₀t+φ_l2+Δφ_l]

其中，φ_l2为与大气回波信号光相混频的本振光传输的相位。

则信号光与本振光外差混频后由平衡探测器接收到的端面反射中频信号可表示为

u_r(t)＝B₁·cos[2πv_Mt+φ_r+Δφ_r]

其中，φ_r＝φ_s-φ_l1为端面反射中频信号的初始相位，Δφ_r＝Δφ_s-Δφ_l为由于温度、振动、应力变化等原因造成光路相位变化。

大气回波中频信号可表示为

u_eco(t)＝B₂·cos[2π(v_M+f_d)t+φ_e+Δφ_r+φ_bk]

其中，φ_e＝φ_s-φ_l2，对比端面反射中频信号与大气回波中频信号，两者的相位差Δφ为一固定值：

Δφ＝φ_e-φ_r+φ_bk＝φ_l1-φ_l2+φ_bk

因此可通过判断端面反射中频信号初始相位，实现大气回波中频信号相位对齐，进而实现回波中频信号的相干累加。

所述的实现相干累加的方法可表述为：可参照图7，AD采集量化脉冲中频信号，提取幅值较小的端面反射中频数字信号，通过FFT分析，得到该段信号的频率－幅值谱和频率－相位谱，可参见图8，求得幅度谱的最大值对应的频率f₀，该频率f₀对应相位谱中的相位Φ₀即为提取的端面反射中频信号的初始相位。也可根据离散频谱校正方法，进行初始相位的校正，提高初始相位提取精度。该初始相位与实际得到的大气回波中频脉冲信号初始相位存在固定的相移。给定用于相位对齐的基准相位值

计算得到的初始相位与该基准相位的差值

可以计算出实现相位对齐所需要移动的数据位数

其中F_s为AD采样频率，f_s为回波中频信号频率。f_s可通过频谱非相干累加及频率估计等方法求得。通过将大气回波中频数据移动n_s位，使一定数量的回波中频脉冲信号的相位对齐，将这些移位后的脉冲中频信号相累加，实现相干累加。

所述的相干累加方法也可以表述为：求得幅度谱的最大值对应的频率f₀，该频率f₀对应相位谱中的相位Φ₀即为提取的端面反射中频信号的初始相位。锁相模块给定初始相位基准值，采用比例－积分(PI)控制等方法计算初始相位调整量，该调整量作为反馈量作用于相位信号发生器，用于产生实时调节相位调制器模块9的电压值，使相位调制器模块9产生一定的相移，从而实时补偿由于温度、振动、应力变化等原因造成的端面反射中频信号的相位变化，使得初始相位稳定在基准值附近，从而实现回波脉冲中频信号相位对齐，满足相干累加条件，从而可实现同一测量区域的多个不同大气回波脉冲中频信号的相干累加。

所述的实现相干累加的方法也可以表述为：可参见图10，将加载到调制器模块的射频信号101与平衡探测器模块探测到的中频信号102共同加载到锁相环模块103上，并将锁相环模块的输出信号104加载到相位调制器模块9上，改变相位调制器模块9的相位值，实时实现端面反射中频信号的相位与加载到调制器模块的射频信号的相位同步，从而实现端面反射中频信号的相位为一个固定值，因此回波中频脉冲信号的相位固定，满足相干累加条件，从而可实现不同回波脉冲中频信号的相干累加。

所述的脉冲相干累加过程可以表述为：将N个不同脉冲对应的时间序列D(n)按照对应的序号相累加，累加后的时间序列D_A表示为：

其中n为时间序列的序号。

对相干累加后的时间序列D_A进行快速傅里叶变换FFT运算，得到频率谱，进行峰值频率估计，得到频谱峰值对应的频率f，减去调制器模块的频移量v_M可得到多普勒频移量f-v_M，从而可计算出激光视线方向的速度

λ为激光波长。

估计出的频谱峰值频率减去声光频移量，可得到多普勒频移量，从而可以计算出激光视线方向速度。然而由于声光频移量是由加载到声光调制器上的射频信号频率、声光晶体和换能器特性共同决定，随温度变化会产生微小变化，若变温过程中仍减去固定频移量，会产生一定的解算误差。而探测得到的幅值较小的端面反射中频信号的频率可实时表征声光调制器产生的频移量，通过分析该幅值较小的端面反射中频信号的频谱，提取峰值频率，可以作为雷达系统光路频移量的参考值用于解算多普勒频移，减小变温环境下声光频移量变化情况下仍采用固定频移量解算导致的测量误差。

Claims (10)

1.一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，所述装置包括：依次光纤连接的种子激光器(1)、声光调制器(2)、光纤放大器模块(4)、环形器模块(5)和光学天线模块(6)；

所述声光调制器(2)还与光衰减器(7)、光延时线(8)、耦合器模块(10)、平衡光电探测器模块(11)依次光纤连接；所述环形器模块(5)还与耦合器模块(10)光纤连接；

所述信号处理模块(12)分别与所述声光调制器(2)、所述平衡光电探测器模块(11)电连接；

所述信号处理模块(12)用于对所述平衡光电探测器模块(11)发送的信号进行数字采集，对得到的脉冲数字中频信号进行分段处理，并对端面反射中频信号后的信号进行频率估计，获得激光视线方向速度。

2.根据权利要求1所述的一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，所述的声光调制器(2)包括：输入光纤(21)、声光晶体(22)、换能器(23)、第一耦合透镜(24)、本振光输出光纤(25)、第二耦合透镜(26)、信号光输出光纤(27)；声光晶体(22)与输入光纤(21)、本振光输出光纤(25)、信号光输出光纤(27)分别通过光学元件耦合连接，或者直接光纤耦合连接；换能器(23)与声光晶体(22)紧贴粘接；

输入光纤(21)传输的光信号进入声光晶体(22)会产生声光衍射，产生0级输出光和1级输出光，0级输出光和1级输出光分别进入本振光输出光纤(25)和信号光输出光纤(27)。

3.根据权利要求1所述的一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，还包括强度调制器(3)，所述强度调制器(3)设置于所述声光调制器(2)与所述光纤放大器模块(4)之间，并通过光纤分别与所述声光调制器(2)与所述光纤放大器模块(4)相连接；所述信号处理模块(12)与所述强度调制器(3)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，还包括相位调制器模块(9)，所述相位调制器模块(9)设置于所述光延时线(8)与所述耦合器模块(10)之间，并通过光纤分别与所述光延时线(8)与所述耦合器模块(10)相连接；所述信号处理模块(12)与所述相位调制器模块(9)电连接；所述相位调制器模块(9)也可以连接于所述声光调制器(2)至光延时线(8)至耦合器模块(10)所形成的光路上的任意两个相邻模块之间，或者连接于声光调制器(2)至环形器模块(5)至耦合器模块(10)所形成的光路上的任意两个相邻模块之间。

5.根据权利要求1所述的一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，所述的光延时线(8)选用具有一定长度的光纤，或者为反射镜组构成的空间折返光路。

6.根据权利要求1所述的一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，所述光纤放大器模块(4)包括一个光纤放大器、所述环形器模块(5)包括一个环形器、所述光学天线模块(6)包括一个光学天线、所述相位调制器模块(9)包括一个相位调制器、所述耦合器模块(10)包括一个耦合器、所述平衡光电探测器模块(11)包括一个平衡光电探测器。

7.根据权利要求1所述的一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，所述装置还包括第一分束器(41)和第二分束器(42)；

强度调制器(3)与光纤放大器模块(4)之间通过光纤连接有第一分束器(41)；光延时线(8)与相位调制器模块(9)之间通过光纤连接有第二分束器(42)；

光纤放大器模块(4)包括多个光纤放大器、环形器模块(5)包括多个环形器、光学天线模块(6)包括多个光学天线、相位调制器模块(9)包括多个相位调制器、耦合器模块(10)包括多个耦合器、平衡光电探测器模块(11)包括多个平衡光电探测器；

多个光纤放大器、多个环形器、多个光学天线依次一一对应连接；

多个相位调制器与多个耦合器、多个平衡光电探测器依次一一对应连接；

多个环形器与多个耦合器、多个平衡光电探测器依次一一对应连接。

8.一种多普勒激光测速方法，采用权利要求1－7所述的一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，所述方法包括：

种子激光器(1)射出激光经过声光调制器(2)后产生声光衍射，产生本振光与信号光；本振光依次进入光衰减器(7)、光延时线(8)和耦合器模块(10)；信号光依次进入光纤放大器模块(4)、环形器模块(5)，通过光学天线模块(6)发射到空气中，光学天线模块(6)同时接收大气气溶胶粒子散射回的回波信号光，回波信号光经环形器模块5进入耦合器模块10，与本振光外差干涉，由平衡光电探测器模块(11)探测外差干涉信号，产生中频电信号；信号处理模块(12)采集探测到的中频电信号，量化后得到数字中频信号，提取大气回波数字中频信号进行频率估计，可以进一步计算出激光视线方向的速度，测量多个激光视线方向速度可以计算出三轴速度以及速度方向。

9.一种实现相干累加的方法，采用权利要求1－7任意一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，包括如下步骤：

种子激光器(1)射出激光经过声光调制器(2)后产生声光衍射，0级光不产生移频，1级光产生与加载的射频信号频率相同的频移量，0级光输出作为本振光，1级光输出作为信号光，本振光依次进入光衰减器(7)、光延时线(8)和耦合器模块(10)，信号光依次进入光纤放大器模块(4)、环形器模块(5)，通过光学天线模块(6)发射到空气中，光学天线模块(6)同时接收大气气溶胶粒子散射回的回波信号光，回波信号光经环形器模块(5)进入耦合器模块(10)，与本振光外差干涉，由平衡探测器模块探测外差干涉信号，产生中频电信号；信号光经过环形器二端口的光纤端面及光学镜头表面传输时会产生幅值远大于大气散射回波信号的反射信号；

AD采集量化脉冲中频信号，提取幅值较小的端面反射中频数字信号，通过FFT分析，得到该段信号的频率－幅值谱和频率－相位谱，求得幅度谱的最大值对应的频率f0，该频率f0对应相位谱中的相位Φ0即为提取的端面反射中频信号的初始相位；给定用于相位对齐的基准相位值，计算得到的初始相位与该基准相位的差值，计算出实现相位对齐所需要移动的数据位数；通过数据移位使各中频脉冲信号的相位与基准相位对齐，实现一定数量的中频脉冲信号相位对齐后，将这些脉冲信号相累加，实现相干累加。

10.一种实现相干累加的方法，采用权利要求1－7任意一种多普勒激光测速雷达装置，其特征在于，包括如下步骤：

根据端面反射中频信号，信号处理模块(12)计算相位调整量实时改变相位调制器模块(9)的相移，将不同回波中频信号的初始相位调整到固定值，满足脉冲相干累加条件。

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