CN116719057A - 一种激光雷达系统及系统的相干测风方法、装置以及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种激光雷达系统及系统的相干测风方法、装置以及介质，应用于激光测风技术领域。该系统包括多个调制器、合束器以及控制器，调制器与种子激光器连接，各调制器与合束器连接，控制器与各调制器连接，用于控制调制器工作；其中，调制器工作时将种子激光器产生的激光进行频移后发射至合束器，控制器在同一时刻仅控制一个调制器工作，且各调制器发射激光的频率不同。合束器连接至光学镜筒，以便于激光雷达系统通过光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号，从而确定风场信息。本方案对种子激光的移频进行优化，通过不同的移频控制来区分不同的信号，达到在不降低整体的发射重频的前提下，提高有效探测距离。
Description
技术领域
本申请涉及激光测风技术领域，特别是涉及一种激光雷达系统及系统的相干测风方法、装置以及介质。
背景技术
传统的激光雷达系统中设置有一个声光调制器，用于将系统的种子激光器的激光按固定频率通过光学镜筒发射至大气中，而激光雷达的探测距离与激光发射重频之间存在限制，如激光发射重频为10KHz，则雷达的最远探测距离为15Km，更远距离的回波信号将会被下一个脉冲的近场回波信号覆盖。因此，如需要更远的探测距离，激光雷达激光器的重频需要降低，避免当前脉冲的远场信号被下一个脉冲的近场信号覆盖。可见，常规的激光雷达中，要提高最大探测距离，需要限制激光脉冲最高发射频率。如30Km的探测范围，激光发射脉冲重频不能超过5KHz，才能保证远场的信号不受下一个脉冲近场回波的影响。
但是，为保证系统的远场信号探测，需要一定数量的信号累积才能达到足够的信噪比，实现正常测量。因此长距雷达系统降低了发射光重频，需要更长时间的累积实现远场信号的探测。而又由于风的波动性，延长累积时间将降低数据更新的实时性，影响风场的准确测量。
由此可见，如何提高测风时采集数据的实时性，并提高风场测量的准确性，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种激光雷达系统及系统的相干测风方法、装置以及介质，以提高测风时采集数据的实时性，并提高风场测量的准确性。
为解决上述技术问题，本申请提供一种激光雷达系统，包括：多个调制器、合束器以及控制器；
所述调制器的输入端与所述激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各所述调制器的输出端与所述合束器的输入端连接；
所述控制器与各所述调制器的控制端连接，用于控制所述调制器工作；其中，所述调制器工作时将所述种子激光器产生的激光进行频移后发射至所述合束器，同一时刻仅控制一个所述调制器工作，各所述调制器发射激光的频率不同；
所述合束器的输出端连接至所述激光雷达系统的光学镜筒，以便于所述激光雷达系统通过所述光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号，并根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息。
优选地，各所述调制器依次相互连接，位于连接首位的所述调制器的输入端与所述种子激光器连接；
其中，所述调制器不工作时，将接收到的激光直接发射至所连接的下一个所述调制器。
优选地，所述控制器控制各所述调制器按固定顺序循环工作。
优选地，包括：光纤放大器、光纤环形器、光纤耦合器、平衡探测器、数据采集板、工控机；
所述光学镜筒为收发一体光学镜筒，所述工控机包括所述控制器；
所述合束器的输出端与所述光纤放大器的输入端连接，所述光纤放大器的输出端与所述光纤环形器的第一端口连接，所述光纤环形器的第二端口与所述收发一体光学镜筒连接，所述光纤环形器的第三端口与所述光纤耦合器输入端的第一端连接；其中，所述光纤环形器的所述第一端口接收的激光从所述第二端口射出，所述第二端口接收的激光从所述第三端口射出；
所述种子激光器的输出端与所述光纤耦合器的输入端的第二端连接，所述光纤耦合器的输出端与所述平衡探测器的输入端连接，所述平衡探测器的输出端与所述数据采集板的输出端连接，所述数据采集板的输出端与所述工控机的输入端连接；
其中，所述种子激光器用于发射同样的激光至所述调制器和所述光纤耦合器，以便于所述工控机根据发射的激光和所述回波信号确定所述风场信息。
优选地，所述根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息包括：
将对应频率下的信号进行傅里叶变换获取谱数据，根据所述谱数据确定所述风场信息。
优选地，所述根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息包括：
将各频率下的信号进行转换得到标准频率的信号，根据标准频率的信号确定所述风场信息。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种激光雷达系统的相干测风方法，应用于包括多个调制器、合束器以及控制器的激光雷达系统，所述调制器的输入端与所述激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各所述调制器的输出端与所述合束器的输入端连接；所述控制器与各所述调制器的控制端连接，所述合束器的输出端连接至所述激光雷达系统的光学镜筒，以便于所述激光雷达系统通过所述光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号；所述方法包括：
控制所述调制器工作；其中，所述调制器工作时将所述种子激光器产生的激光进行频移后发射至所述合束器，同一时刻仅控制一个所述调制器工作，各所述调制器发射激光的频率不同；
获取发射的激光以及所述回波信号；
根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种激光雷达系统的相干测风装置，应用于包括多个调制器、合束器以及控制器的激光雷达系统，所述调制器的输入端与所述激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各所述调制器的输出端与所述合束器的输入端连接；所述控制器与各所述调制器的控制端连接，所述合束器的输出端连接至所述激光雷达系统的光学镜筒，以便于所述激光雷达系统通过所述光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号；所述装置包括：
控制模块，用于控制所述调制器工作；其中，所述调制器工作时将所述种子激光器产生的激光进行频移后发射至所述合束器，同一时刻仅控制一个所述调制器工作，各所述调制器发射激光的频率不同；
获取模块，用于获取发射的激光以及所述回波信号；
确定模块，用于根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种激光雷达系统的相干测风装置，包括：存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现上述激光雷达系统的相干测风方法的步骤。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述激光雷达系统的相干测风方法的步骤。
本申请所提供的一种激光雷达系统，包括多个调制器、合束器以及控制器。其中，调制器的输入端与激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各调制器的输出端与合束器的输入端连接，控制器与各调制器的控制端连接，用于控制调制器工作；其中，调制器工作时将种子激光器产生的激光进行频移后发射至合束器，控制器在同一时刻仅控制一个调制器工作。且各调制器发射激光的频率不同，将不同回波信号在时间上的重叠在频率上彼此错开。合束器的输出端连接至激光雷达系统的光学镜筒，以便于激光雷达系统通过光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号，并根据发射的激光、回波信号以及对应的频率确定风场信息。本申请提供的激光雷达系统对种子激光的移频进行优化，通过不同的移频控制来区分不同的信号，相较于传统的方案，本方案达到在不降低整体的发射重频的前提下，提高有效探测距离，从而提高了测风时采集数据的实时性，并提高了风场测量的准确性。
本申请还提供了一种激光雷达系统的相干测风方法，应用于上述激光雷达系统，故具有与上述激光雷达系统相同的有益效果。
本申请还提供了一种激光雷达系统的相干测风装置和计算机可读存储介质，与上述方法对应，故具有与上述方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种光纤环形器的工作方式的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种激光雷达系统的相干测风方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的激光雷达系统的相干测风装置的结构图；
图5为本申请另一实施例提供的激光雷达系统的相干测风装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护范围。
本申请的核心是提供一种激光雷达系统及系统的相干测风方法、装置以及介质，以提高测风时采集数据的实时性，并提高风场测量的准确性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
现在的科研及生产需求中，有部分需要高速数据更新率的测风需求。而精确的遥感测风手段，基本只能使用激光雷达的形式来实现。相干激光雷达系统就是一种满足现实化需求的成熟技术。在实际应用中，远距离探测系统的激光发射脉冲频率将受到限制，而远场弱信号的探测需要累积足够的回波次数，因此在发射重频受限的前提下，需要更长的累积时间才能进行远场风信息的有效探测。而又由于风的时间波动性，延长累积时间将降低数据更新的实时性，影响风场的准确测量。
因此，为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种长距离相干测风激光雷达系统，使用不同移频的光脉冲交替发射，避免相邻脉冲光之间的回波相互重叠，影响远场信号的测量。
本申请实施例提供的激光雷达系统包括：多个调制器、合束器以及控制器。调制器的输入端与激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各调制器的输出端与合束器的输入端连接；控制器与各调制器的控制端连接，用于控制调制器工作；其中，调制器工作时将种子激光器产生的激光进行频移后发射至合束器，同一时刻仅控制一个调制器工作，各调制器发射激光的频率不同；合束器的输出端连接至激光雷达系统的光学镜筒，以便于激光雷达系统通过光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号，并根据发射的激光以及回波信号确定风场信息。
需要注意的是，本实施例中的调制器（移频器）的数量并不作限定，可根据实际需要灵活设置移频器数量，增加或减少调制器数量达到不同的系统测量性能，调制器具体可采用声光调制器，相较于电光调制器的速度更快。本申请的核心在于利用多个调制器发出不同频率的激光，从而区分不同的信号，达到在不降低整体的发射重频的前提下，提高有效探测距离。
在实际应用中，激光雷达系统的具体结果不作要求，这里提供一种具体的结构方案，但本申请的激光雷达系统并不限于该方案。图1为本申请实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图；如图1所示，该激光雷达系统包括：种子激光器1、第一声光调制器2、第二声光调制器3、第三声光调制器4、第四声光调制器5、合束器6、光纤放大器7、光纤环形器8、收发一体光学镜筒9、光纤耦合器10、平衡探测器11、数据采集板12、工控机13。
种子激光器1产生两束连续的窄带宽激光，其中一束光进入第一声光调制器2。其中，声光调制器2工作时会将种子激光器1发出的连续光变为脉冲光，脉冲光再进入光纤放大器8进行能量放大，生产大脉冲能量的激光脉冲；声光调制器2不工作时，会将接收到的激光直接发射至所连接的下一个声光调制器2，最末端的声光调制器2在不工作状态下将激光直接截止。如第一声光调试器2受控工作，将连续光变为脉冲光且叠加一个aMHz的频移。如第一声光调制器2未受控工作，则连续光直接输出进入第二声光调制器3，第二声光调制器3在正常工作的情况下将生成叠加bMHz频移的脉冲光。如第二声光调制器3未受控工作，则连续光直接输出进入第三声光调制器4，第三声光调制器4在正常工作的情况下将生成叠加cMHz频移的脉冲光。如第三声光调制器4未受控工作，则连续光直接输出进入第四声光调制器5，第四声光调制器5在正常工作的情况下将生成叠加dMHz频移的脉冲光。所有声光调制器正常工作的输出光纤均进入合束器6，将频移后的脉冲光引入光纤放大器7，产生高脉冲能量的脉冲光，然后由光纤环形器8的第一端口接收再由第二端口出射传输进入收发一体光学镜筒9发射至大气中。
激光脉冲在大气中的后向回波经过相同的收发一体光学镜筒9回收耦合进入光纤环形器8的第二端口，并由第三端口出射。种子激光器1发出的另外一束连续光，与回波信号一同进入光纤耦合器10。两束光经过混合后输出，进入平衡探测器11。平衡探测器11将光信号转换为电信号，使用数据采集板12进行高速采集，转换为数字信号。数字信号传输进入工控机13。
以上系统设置中，第一声光调制器2、第二声光调制器3、第三声光调制器4、第四声光调制器5所赋予的移频量为具有一定差值且递加的形式，如第一声光调制器2的移频值a为50MHz，第二声光调制器3的移频值b为150MHz，第三声光调制器4的移频值c为250MHz，第四声光调制器5的移频值d为350MHz。从而保证了频移的差异值，在测风中均保证各自的风速测量覆盖范围。
在以上声光调制器工作中，可采用固定顺序循环生效的测量方式，脉冲光的频移数值按照abcdabcd....进行工作。移频值a的脉冲进行设定数量的快速傅里叶变换FFT累加获取谱数据A；移频值b的脉冲进行设定数量的快速傅里叶变换FFT累加获取谱数据B；移频值c的脉冲进行设定数量的快速傅里叶变换FFT累加获取谱数据；移频值d的脉冲进行设定数量的快速傅里叶变换FFT累加获取谱数据D。由于移频值并不相同，在较高的发射频率下，虽然新脉冲的近场信号与上一个脉冲的远场回波在时间上是重合的，但可以通过频率谱区间的差异性进行区分。
数据采集板在连续数据采集中，通过各自频移脉冲的时间序列进行多路的移频处理，再检索各自的距离门的谱移频范围，其中，一个垂直距离范围或水平距离范围称为一个距离门。获取的4列长距谱数据结果，通过谱数据平移，进行同距离门的结果累加。如移频值a为50MHz，移频值b为150MHz，移频值c为250MHz，移频值d为350MHz。则移频值a对应的谱数据不变，移频值b对应的谱数据数值减小100MHz，移频值c对应的谱数据数值减小200MHz，移频值c对应的谱数据数值减小300MHz，再将同距离门的谱数据结果叠加，获取到单数组的长距探测结果，再基于50MHz的移频数值进行风速数值的计算。即将各不同频率下的信号进行统一，转换得到标准频率的信号，然后根据标准频率的信号确定风场信息。
上述示例使用移频量不同的声光调制器进行顺序循环工作，通过移频量的不同，将不同距离回波在时间上的重叠在频率上彼此错开，再通过频谱平移叠加的形式，完成多脉冲在相同距离点的信号累积。频率变换的切换按照固定顺序循环的形式进行，数据采集时间点与脉冲发射时间点相匹配，保证数据采集信号与不同脉冲之间匹配，将不同频率点的数据来进行移频拼接。可见，上述示例基于移频频率的循环切换工作，保证在远距离信号采集中，新脉冲的近场回波信号不会影响前一个脉冲的回波提取。若探测距离设定为30Km，则现有体制下单频移状态的脉冲重频不能高于5Khz。本示例中每一个相同频移的脉冲重频设定为4KHz，整体脉冲发射重频可达到16KHz，相同脉冲数量的数据累积效率，相比传统限制至少提高三倍以上。同时，适当提高移频数组的数量，可进一步提升整体系统的脉冲发射重频，提高数据的累积效率。
本申请实施例所提供的一种激光雷达系统，包括多个调制器、合束器以及控制器。其中，调制器的输入端与激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各调制器的输出端与合束器的输入端连接，控制器与各调制器的控制端连接，用于控制调制器工作；其中，调制器工作时将种子激光器产生的激光进行频移后发射至合束器，控制器在同一时刻仅控制一个调制器工作。且各调制器发射激光的频率不同，将不同回波信号在时间上的重叠在频率上彼此错开。合束器的输出端连接至激光雷达系统的光学镜筒，以便于激光雷达系统通过光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号，并根据发射的激光、回波信号以及对应的频率确定风场信息。本申请实施例提供的激光雷达系统对种子激光的移频进行优化，通过不同的移频控制来区分不同的信号，相较于传统的方案，本方案达到在不降低整体的发射重频的前提下，提高有效探测距离，从而提高了测风时采集数据的实时性，并提高了风场测量的准确性。
上述实施例中提到的种子激光器用于产生频谱宽度很窄的连续光，能量低。声光调制器可控制光路的通断，可将连续光变为脉冲光，同时叠加一个频率变化。激光放大器可将引入的小能量光脉冲信号变为大能量光脉冲信号。脉冲长度与引入的信号光基本相同，频谱宽度也受注入光影响较窄。此外，上述提到的光纤环形器是三端口器件，光只能沿一个方向传播。图3为本申请实施例提供的一种激光雷达系统的相干测风方法的流程图；如图3所示，信号若从光纤环形器8的第一端口输入，则从第二端口输出；而信号从第二端口输入，则将从第三端口输出，其输出损耗都很小。光从第二端口输入时，从第一端口输出时损耗很大，同样光从第三端口输入时，从第一端口以及第二端口中输出时损耗也很大。光学环形器是不可逆光学器件。
上文中提到，本申请并不限定各调制器的数量，通常情况下，各调制器依次相互连接，位于连接首位的调制器的输入端与种子激光器连接，具体连接结构可参考图1。在调制器不工作时，会将接收到的激光直接发射至所连接的下一个调制器，最末端的调制器在不工作状态下将激光直接截止。在应用时，控制器在同一时刻仅控制一个调制器工作，还会控制各调制器按固定顺序循环工作，从而实现各调制器对应信号的累积。这是因为远场弱信号的探测需要累积足够的回波次数，因此需要多次数据累积来进行计算。
需要注意的是，本申请并不限定激光雷达系统的具体结构，在实际应用时，可具体包括：光学镜筒、光纤放大器、光纤环形器、光纤耦合器、平衡探测器、数据采集板、工控机等。光学镜筒具体可采用收发一体光学镜筒，工控机包括上述控制器，以实现控制调制器的功能。合束器的输出端与光纤放大器的输入端连接，光纤放大器的输出端与光纤环形器的第一端口连接，光纤环形器的第二端口与收发一体光学镜筒连接，光纤环形器的第三端口与光纤耦合器输入端的第一端连接；其中，光纤环形器的第一端口接收的激光从第二端口射出，第二端口接收的激光从第三端口射出；种子激光器的输出端与光纤耦合器的输入端的第二端连接，光纤耦合器的输出端与平衡探测器的输入端连接，平衡探测器的输出端与数据采集板的输出端连接，数据采集板的输出端与工控机的输入端连接。具体的连接结构可参考图1，其中，种子激光器用于发射同样的激光至调制器和光纤耦合器，以便于工控机根据发射的激光和回波信号确定风场信息。
上述数据采集板发射给工控机的数字信号是时域上的信号，而一般通过频域信号获取风场信息，因此根据发射的激光以及回波信号确定风场信息包括：将对应的信号进行傅里叶变换获取谱数据，根据谱数据确定风场信息。
为解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种激光雷达系统的相干测风方法，该方法应用于包括多个调制器、合束器以及控制器的激光雷达系统，调制器的输入端与激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各调制器的输出端与合束器的输入端连接；控制器与各调制器的控制端连接，合束器的输出端连接至激光雷达系统的光学镜筒，以便于激光雷达系统通过光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号。图3为本申请实施例提供的一种激光雷达系统的相干测风方法的流程图，如图3所示，该方法包括：
S10：控制调制器工作。
其中，调制器工作时将种子激光器产生的激光进行频移后发射至合束器，同一时刻仅控制一个调制器工作，各调制器发射激光的频率不同。
S11：获取发射的激光以及回波信号。
S12：根据发射的激光、回波信号以及对应的频率确定风场信息。
由于本实施例提供的相干测风方法应用于上述实施例中的激光雷达系统，因此方法部分对应的实施例与系统部分的实施例相互对应，因此方法部分的实施例请参见系统部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
本实施例提供的激光雷达系统的相干测风方法，应用于上述激光雷达系统，故具有与上述系统相同的有益效果。
在上述实施例中，对于激光雷达系统的相干测风方法进行了详细描述，本申请还提供激光雷达系统的相干测风装置对应的实施例。需要说明的是，本申请从两个角度对装置部分的实施例进行描述，一种是基于功能模块的角度，另一种是基于硬件的角度。
基于功能模块的角度，本实施例提供一种激光雷达系统的相干测风装置，该装置应用于包括多个调制器、合束器以及控制器的激光雷达系统，调制器的输入端与激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各调制器的输出端与合束器的输入端连接；控制器与各调制器的控制端连接，合束器的输出端连接至激光雷达系统的光学镜筒，以便于激光雷达系统通过光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号。图4为本申请实施例提供的激光雷达系统的相干测风装置的结构图，如图4所示，该装置包括：
控制模块14，用于控制调制器工作；其中，调制器工作时将种子激光器产生的激光进行频移后发射至合束器，同一时刻仅控制一个调制器工作，各调制器发射激光的频率不同；
获取模块15，用于获取发射的激光以及回波信号；
确定模块16，用于根据发射的激光、回波信号以及对应的频率确定风场信息。
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
本实施例提供的激光雷达系统的相干测风装置，与上述方法对应，故具有与上述方法相同的有益效果。
基于硬件的角度，本实施例提供了另一种激光雷达系统的相干测风装置，图5为本申请另一实施例提供的激光雷达系统的相干测风装置的结构图，如图5所示，激光雷达系统的相干测风装置包括：存储器20，用于存储计算机程序；
处理器21，用于执行计算机程序时实现如上述实施例中所提到的激光雷达系统的相干测风方法的步骤。
其中，处理器21可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器21可以采用数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）、可编程逻辑阵列（Programmable LogicArray，PLA）中的至少一种硬件形式来实现。处理器21也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称中央处理器（CentralProcessing Unit，CPU）；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器21可以集成有图像处理器（Graphics Processing Unit，GPU），GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器21还可以包括人工智能（Artificial Intelligence，AI）处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器20可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器20还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器20至少用于存储以下计算机程序201，其中，该计算机程序被处理器21加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的激光雷达系统的相干测风方法的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作系统202和数据203等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统202可以包括Windows、Unix、Linux等。数据203可以包括但不限于激光雷达系统的相干测风方法涉及到的数据等。
在一些实施例中，激光雷达系统的相干测风装置还可包括有显示屏22、输入输出接口23、通信接口24、电源25以及通信总线26。
本领域技术人员可以理解，图中示出的结构并不构成对激光雷达系统的相干测风装置的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。
本申请实施例提供的激光雷达系统的相干测风装置，包括存储器和处理器，处理器在执行存储器存储的程序时，能够实现如下方法：激光雷达系统的相干测风方法。
本实施例提供的激光雷达系统的相干测风装置，与上述方法对应，故具有与上述方法相同的有益效果。
最后，本申请还提供一种计算机可读存储介质对应的实施例。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中记载的步骤。
可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例描述的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例提供的计算机可读存储介质，与上述方法对应，故具有与上述方法相同的有益效果。
以上对本申请所提供的一种激光雷达系统的相干测风方法、装置以及介质进行了详细介绍。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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
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，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：多个调制器、合束器以及控制器；
所述调制器的输入端与所述激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各所述调制器的输出端与所述合束器的输入端连接；
所述控制器与各所述调制器的控制端连接，用于控制所述调制器工作；其中，所述调制器工作时将所述种子激光器产生的激光进行频移后发射至所述合束器，同一时刻仅控制一个所述调制器工作，各所述调制器发射激光的频率不同；
所述合束器的输出端连接至所述激光雷达系统的光学镜筒，以便于所述激光雷达系统通过所述光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号，并根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息。
2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，各所述调制器依次相互连接，位于连接首位的所述调制器的输入端与所述种子激光器连接；
其中，所述调制器不工作时，将接收到的激光直接发射至所连接的下一个所述调制器。
3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述控制器控制各所述调制器按固定顺序循环工作。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的激光雷达系统，其特征在于，包括：光纤放大器、光纤环形器、光纤耦合器、平衡探测器、数据采集板、工控机；
所述光学镜筒为收发一体光学镜筒，所述工控机包括所述控制器；
所述合束器的输出端与所述光纤放大器的输入端连接，所述光纤放大器的输出端与所述光纤环形器的第一端口连接，所述光纤环形器的第二端口与所述收发一体光学镜筒连接，所述光纤环形器的第三端口与所述光纤耦合器输入端的第一端连接；其中，所述光纤环形器的所述第一端口接收的激光从所述第二端口射出，所述第二端口接收的激光从所述第三端口射出；
所述种子激光器的输出端与所述光纤耦合器的输入端的第二端连接，所述光纤耦合器的输出端与所述平衡探测器的输入端连接，所述平衡探测器的输出端与所述数据采集板的输出端连接，所述数据采集板的输出端与所述工控机的输入端连接；
其中，所述种子激光器用于发射同样的激光至所述调制器和所述光纤耦合器，以便于所述工控机根据发射的激光和所述回波信号确定所述风场信息。
5.根据权利要求4所述的激光雷达系统，其特征在于，所述根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息包括：
将对应频率下的信号进行傅里叶变换获取谱数据，根据所述谱数据确定所述风场信息。
6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息包括：
将各频率下的信号进行转换得到标准频率的信号，根据标准频率的信号确定所述风场信息。
7.一种激光雷达系统的相干测风方法，其特征在于，应用于包括多个调制器、合束器以及控制器的激光雷达系统，所述调制器的输入端与所述激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各所述调制器的输出端与所述合束器的输入端连接；所述控制器与各所述调制器的控制端连接，所述合束器的输出端连接至所述激光雷达系统的光学镜筒，以便于所述激光雷达系统通过所述光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号；所述方法包括：
控制所述调制器工作；其中，所述调制器工作时将所述种子激光器产生的激光进行频移后发射至所述合束器，同一时刻仅控制一个所述调制器工作，各所述调制器发射激光的频率不同；
获取发射的激光以及所述回波信号；
根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息。
8.一种激光雷达系统的相干测风装置，其特征在于，应用于包括多个调制器、合束器以及控制器的激光雷达系统，所述调制器的输入端与所述激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各所述调制器的输出端与所述合束器的输入端连接；所述控制器与各所述调制器的控制端连接，所述合束器的输出端连接至所述激光雷达系统的光学镜筒，以便于所述激光雷达系统通过所述光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号；所述装置包括：
控制模块，用于控制所述调制器工作；其中，所述调制器工作时将所述种子激光器产生的激光进行频移后发射至所述合束器，同一时刻仅控制一个所述调制器工作，各所述调制器发射激光的频率不同；
获取模块，用于获取发射的激光以及所述回波信号；
确定模块，用于根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息。
9.一种激光雷达系统的相干测风装置，其特征在于，包括存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求7所述的激光雷达系统的相干测风方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7所述的激光雷达系统的相干测风方法的步骤。
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