RU2365942C1

RU2365942C1 - Way of determination of disseminating spatially distributed object speed and doppler low-coherent lidar for its realisation

Info

Publication number: RU2365942C1
Application number: RU2008104448/28A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Григорьевич Матвиенко (RU); Геннадий Григорьевич Матвиенко; Сергий Николаевич Поляков (RU); Сергий Николаевич Поляков; Виктор Константинович Ошлаков (RU); Виктор Константинович Ошлаков
Original assignee: Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2009-08-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: in the inventions, the pulse wave generated by the laser, is divided by a beam splitter on two components, one of them, the probing wave, goes to the probed volume of atmosphere by means of the aerial while another is entered in KOP with the help of a focuser and is led out from it in the form of frequency-repeating (with the T_ring period) subsequent pulses, is passed through a fiber-optical splitter and arrives on an input terminal of the fibre-optical multiplexer. The specified frequency-response (with period T_ring) sequence of intrafiber impulses is transformed in a quasi-continuous (with slow exponential damping) intrafiber basic wave allocated with MTC property with the time of multiplexed temporal coherence τ_M=T_ring in the fiber-optical multiplexer. Further the basic wave arrives in a fiber-optical splitter from an exit of the fiber-optical multiplexer; the fiber-optical adder is passed through it and the AOM. In the adder the basic wave undergoes intrafiber mixture with a signal wave which arrives from the fiber-interfaced reception of the aerial, is interfaced to a reception part of a lidar fiber-optical path and through a fiber-optical splitter is entered in the fiber-optical multiplexer. In the fiber-optical multiplexer the intrafiber signal wave is exposed to a replicating, getting thus property MTC, and through a fiber-optical splitter arrives in the adder. In the course of replicating of a signal wave, its each fragment duration Δt1 will be transformed to a compound fragment by duration τ_M=T_ring and allocated with MTC properties.

EFFECT: increase in the functionality expressed in increase of sounding range of and simplification of the scheme, improvement of service characteristics and lidar price reduction.

1 dwg

Description

Группа изобретений относится к способам и устройствам для определения скорости рассеивающих пространственно распределенных объектов, например для определения профиля скорости ветра в аэрозолесодержащих слоях атмосферы.The group of inventions relates to methods and devices for determining the speed of dispersing spatially distributed objects, for example, for determining the profile of wind speed in aerosol-containing layers of the atmosphere.

Известны способ импульсной доплеровской анемометрии рассеивающих/отражающих объектов и реализующий его лидар (Adrian A. Dorrington, Rainer Künnemeyer, and Paul M. Danehy. Reference-beam storage for long-range low-coherence pulsed Doppler lidar // APPLIED OPTICS. 2001, Vol.40, No.18, pp.3076-3081), который заключается в том, что объект просвечивают (зондируют) импульсной оптической волной, рассеянную/отраженную объектом с доплеровским смещением спектра сигнальную волну и внутриволоконную опорную волну после их внутриволоконного смешения направляют в фотоприемник. Частотную характеристику фототока приемника используют для определения скорости объекта, усредненной в пределах его разрешаемого зондируемого объема, лимитируемого длительностью зондирующего импульса. В лидаре, реализующем способ, внутриволоконная опорная волна после ее выделения из импульсного лазерного пучка аккумулируется на время измерений в кольцевом оптоволоконном резонаторе (КОР), временной период которого не уступает длительности лазерного импульса. На выходе КОР опорная волна существует уже в виде экспоненциально затухающей частотно повторяющейся импульсной волны с временным периодом КОР.A known method of pulsed Doppler anemometry of scattering / reflecting objects and implementing its lidar (Adrian A. Dorrington, Rainer Künnemeyer, and Paul M. Danehy. Reference-beam storage for long-range low-coherence pulsed Doppler lidar // APPLIED OPTICS. 2001, Vol. 2001 .40, No.18, pp.3076-3081), which consists in the fact that the object is illuminated (probed) by a pulsed optical wave, the signal wave scattered / reflected by the object with Doppler shift of the spectrum and the intra-fiber reference wave are sent to the photodetector after their intrafiber mixing . The frequency response of the receiver photocurrent is used to determine the speed of an object averaged within its resolved probed volume, limited by the duration of the probe pulse. In the lidar that implements the method, the intrafiber reference wave after it is extracted from the pulsed laser beam is accumulated for the duration of the measurements in a ring fiber optic resonator (CDF), the time period of which is not inferior to the duration of the laser pulse. At the output of the CDF, the reference wave already exists in the form of an exponentially decaying frequency-repeated pulse wave with a time period of the CDF.

Недостаток способа и лидара состоит в том, что для осуществления сплошного (без «слепых зон») зондирования пространственно распределенного рассеивающего объекта (например, аэрозолесодержащих слоев атмосферы) необходимо применение лазера, способного генерировать импульсы прямоугольной формы (что весьма проблематично) в одночастотном режиме (при котором время их когерентности τ_coh не уступает их длительности τ_pulse). Одночастотный режим генерации импульсных ОКГ освоен благодаря применению:The disadvantage of this method and lidar is that for the implementation of continuous (without "blind spots") sensing of a spatially distributed scattering object (for example, aerosol-containing layers of the atmosphere), it is necessary to use a laser capable of generating rectangular pulses (which is very problematic) in the single-frequency mode (at where the coherence time τ _{coh is} not inferior to their duration τ _pulse ). The single-frequency pulsed laser generation mode has been mastered through the use of:

1) внутрирезонаторной селекции продольных мод - в наносекундных твердотельных лазерах;1) intracavity selection of longitudinal modes - in nanosecond solid-state lasers;

2) использованию инициирующего внешнего высококогерентного осциллятора (Seeding system) как в наносекундных твердотельных лазерах, так и в волоконных лазерах для диапазона длительностей генерации от субнаносекунд до микросекунд.2) the use of an initiating external highly coherent oscillator (Seeding system) both in nanosecond solid-state lasers and in fiber lasers for a range of generation durations from subnanoseconds to microseconds.

Поскольку нижний предел определения скорости, усредненной в разрешаемом зондируемом объеме, лимитируется отношением длины зондирующей волны и длительности ее импульса τ_pulse, то применение одночастотного наносекундного лазера равнозначно снижению разрешения (по скорости) до практически незначимых величин. Кроме того, формирование опорной волны с помощью КОР с наносекундным периодом τ_pulse не целесообразно из-за ее чрезмерно быстрого экспоненциального затухания - свыше (0,1÷0,2)·τ_prob/τ_pulse, дБ (где τ_prob - продолжительность зондирования). Не случайно в работе (Jyi-Lai Shen, Rainer Künnemeyer. Amplified reference pulse storage for low-coherence pulsed Doppler lidar // APPLIED OPTICS / Vol.45, No.32/10, November, 2006, pp.8346-8349) одного из авторов этого технического решения рассматривается КОР с внутренним волоконным усилителем.Since the lower limit for determining the velocity averaged in the resolved probed volume is limited by the ratio of the probe wavelength and its pulse duration τ _pulse , the use of a single-frequency nanosecond laser is equivalent to a decrease in resolution (in speed) to practically insignificant values. In addition, the formation of a reference wave with the help of a Raman wave with a nanosecond period of τ _{pulse is} not advisable because of its excessively fast exponential attenuation - above (0.1 ÷ 0.2) · τ _prob / τ _pulse , dB (where τ _prob is the duration of sounding ) It is no accident in the work (Jyi-Lai Shen, Rainer Künnemeyer. Amplified reference pulse storage for low-coherence pulsed Doppler lidar // APPLIED OPTICS / Vol.45, No.32 / 10, November, 2006, pp.8346-8349) of one Of the authors of this technical solution, KOR with an internal fiber amplifier is considered.

Применение же субмикросекундных лазерных источников с Seeding systems, которые традиционно используются в ветровых доплеровских когерентных лидарах для формирования непрерывной опорной волны и образуют до половины стоимости источника, избавляет от необходимости применения КОР для формирования опорной волны и реализации лидара по классической схеме МОРА (Master Oscillator Power Amplifier). Вероятно, по этой причине это техническое решение до сих пор не реализовано.The use of submicrosecond laser sources with Seeding systems, which are traditionally used in wind Doppler coherent lidars to form a continuous reference wave and form up to half the cost of the source, eliminates the need for using the CDF to form a reference wave and realize the lidar according to the classical MOPA scheme (Master Oscillator Power Amplifier ) Probably, for this reason, this technical solution has not yet been implemented.

Наиболее близкими к заявляемой группе изобретений являются способ определения скорости пространственно распределенного рассеивающего объекта и реализующий его высокоразрешающий ветровой низкокогерентный доплеровский низкокогерентный лидар - ВВДНЛ (Matvienco G.G., Polyakova S.N. и Oshlakova V.K. Low-Coherence Doppler Lidar with Multiple Time Coherence of Reference and Probe Waves // LASER PHYSICS, 2007, Vol.17, No.11, pp.1327-1332), позволяющий формировать опорную волну с помощью КОР и при этом использовать в ВВДНЛ в качестве источника света лазеры с наносекундными длительностью генерации и временем когерентности. При этом наносекундная внутриволоконная импульсная лазерная волна перед ее разделением на опорную волну и зондирующую волну предварительно последовательными преобразованиями мультиплицирования (ПМ) трансформируется в субмикросекундную/микросекундную внутриволоконную составную импульсную волну, что создает условие для получения высокого (по скорости) разрешения. При этом составная волна наделяется свойством мультиплицированной (составной) временной когерентности (МВК), при котором ее произвольные волновые фронты многократно воспроизводят волновой фронт исходного лазерного импульса с временным периодом, не превосходящим длительность его когерентного цуга τ_соh. Для этого исходную лазерную волну в каждом ПМ разделяют на несколько внутриволоконных компонент, придают им временные сдвиги, возрастающие в арифметической прогрессии, и объединяют в составные волны. Общее число ПМ внутриволоконных волновых компонент и суммарный временной сдвиг волнового фронта исходной лазерной волны задают с учетом достижения им значения не ниже заданного предела - времени мультиплицированной когерентности τ_М. При этом шаги арифметических прогрессий ПМ образуют возрастающую последовательность, в которой наименьший ее член не превосходит длительности когерентного цуга лазераClosest to the claimed group of inventions is a method for determining the speed of a spatially distributed scattering object and implementing its high-resolution wind low-coherent Doppler low-coherent lidar - VVDNL (Matvienco GG, Polyakova SN and Oshlakova VK Low-Coherence Doppler Lidar with Multiple Time Coherence of Reference and LASER PHYSICS, 2007, Vol.17, No.11, pp.1327-1332), which makes it possible to form a reference wave with the help of CDF and at the same time use lasers with nanosecond generation duration and coherence time as a light source in VVDNL. In this case, a nanosecond intra-fiber pulsed laser wave, before it is divided into a reference wave and a probe wave, is preliminarily converted by multiplication transformations (PM) into a sub-microsecond / microsecond intra-fiber composite pulse wave, which creates a condition for obtaining high (in speed) resolution. In this case, a composite wave is endowed with the property of multiplied (composite) temporal coherence (MVC), in which its arbitrary wave fronts repeatedly reproduce the wave front of the initial laser pulse with a time period not exceeding the duration of its coherent train τ _сoh . For this, the initial laser wave in each PM is divided into several intra-fiber components, give them temporary shifts that increase in arithmetic progression, and combine them into composite waves. The total number of PM of the intra-fiber wave components and the total time shift of the wave front of the initial laser wave are set taking into account the achievement of a value not lower than a predetermined limit - the time of the multiplicated coherence τ _M. Moreover, the steps of the arithmetic progressions of the PM form an increasing sequence in which its smallest term does not exceed the duration of the coherent laser train

τ_coh, а каждый последующий равен максимальному временному сдвигу волнового фронта в ПМ, соответствующем предыдущему члену последовательности.τ _coh , and each subsequent one is equal to the maximum time shift of the wavefront in the PM corresponding to the previous member of the sequence.

Для придания опорной волне и зондирующей волне указанных свойств используется оптоволоконный мультипликатор, состоящий из нескольких однотипных по топологии оптоволоконных схем мультиплицирования. При этом каждая из них, по крайней мере, содержит входной пассивный оптоволоконный разветвитель с подключенными к его выходным портам оптоволоконными линиями задержки (ОЛЗ). Схема мультиплицирования может завершаться выходным оптоволоконным разветвителем, осуществляющим объединение мощности внутриволоконных пучков, либо может быть подключенной к входным портам выходного оптоволоконного разветвителя типа «звезда» последующей схемы мультиплицирования, который в этом случае совмещает роли объединителя и разделителя мощности внутриволоконных компонент.To give the reference wave and the probe wave of the indicated properties, an optical fiber multiplier is used, consisting of several fiber optic multiplication schemes of the same topology. Moreover, each of them, at least, contains an input passive fiber optic splitter with fiber optic delay lines (OLZ) connected to its output ports. The multiplication scheme can end with an output fiber splitter combining the power of the intrafiber beams, or it can be connected to the input ports of the output fiber splitter like the star of the subsequent multiplication circuit, which in this case combines the roles of a combiner and a power splitter of the intra-fiber components.

Недостатком вышеописанного способа и реализующего его устройства является то, что формирование составного субмикросекундного/микросекундного импульса операциями мультиплицирования происходит непосредственно на стадии подготовки зондирующего импульса. Большая (в интересах увеличения дальности зондирования) выходная мощность лазера, оптически сопряженного с оптоволоконным мультипликатором, диктует необходимость его построения на основе устойчивых к соляризации и имеющих высокий порог лазерного разрушения многомодовых оптоволокон большого диаметра (так называемых High-Power Density Fibers) и многомодовых пассивных оптоволоконных разветвителей, предназначенных для работы с потоками высокой мощности. Причем это сопряжено с потерями исходной мощности лазера.The disadvantage of the above method and the device implementing it is that the formation of a composite submicrosecond / microsecond pulse by multiplication operations occurs directly at the stage of preparation of the probe pulse. The large (in the interest of increasing the sensing range) output power of a laser optically coupled to an optical fiber multiplier necessitates its construction on the basis of multimode large-diameter optical fibers (so-called High-Power Density Fibers) and multimode passive optical fiber that are resistant to solarization and have a high threshold for laser destruction splitters designed to work with high power flows. Moreover, this is associated with loss of the original laser power.

Так, например, для формирования внутриволоконной составной импульсной волны с 500-наносекундными длительностью и временем МВК из лазерного импульса со временем когерентности ~1,5 нс, реализуемой за счет внутрирезонаторной селекции продольных мод лазера, достаточно применения оптоволоконного мультипликатора, состоящего из двух последовательно волоконно-сопряженных схем мультиплицирования, в свою очередь состоящих их пассивных многомодовых оптоволоконных разветвителей с конфигурацией (1 входной порт)*(19 выходных портов), 19-ти из выполненных многомодовых волокон оптоволоконными линиями задержки, а также аналогичного оптоволоконного разветвителя, подключенного своими 19-ю входными портами к выходам оптоволоконным линиями задержки. Такие оптоволоконные разветвители промышленно освоены (см. http://www.sifamfo.com/data_pdfs/multimode_power_combiner.pdf), именуются в англоязычной научной литературе термином «Power Combiners» и считаются оптоволоконными элементами с высоким порогом лазерного разрушения. Однако их пропускная мощность не превышает 0,2 кВт (при освещении наносекундными импульсами с длиной волны λ=1064 нм), а коэффициент потерь энергии достигает значения ε₁₉=0,9. При описанной топологии оптоволоконного мультипликатора коэффициент потерь энергии в нем ε_OM<0,9⁴≈0,66. В совокупности это указывает на весьма ограниченную область практической применимости такой реализации технического решения.So, for example, for the formation of an intrafiber composite pulsed wave with a 500-nanosecond duration and MVC time from a laser pulse with a coherence time of ~ 1.5 ns, which is realized due to intracavity selection of longitudinal laser modes, the use of an optical fiber multiplier consisting of two sequentially fiber coupled multiplication circuits, in turn consisting of passive multimode fiber optic splitters with the configuration (1 input port) * (19 output ports), 19 of them multimode fibers with fiber-optic delay lines, as well as a similar fiber-optic splitter connected with its 19th input ports to the outputs of the fiber-optic delay lines. Such fiber-optic splitters are commercially available (see http://www.sifamfo.com/data_pdfs/multimode_power_combiner.pdf), are referred to in the English-language scientific literature by the term “Power Combiners” and are considered fiber-optic elements with a high threshold for laser destruction. However, their bandwidth does not exceed 0.2 kW (when illuminated by nanosecond pulses with a wavelength of λ = 1064 nm), and the energy loss coefficient reaches ε ₁₉ = 0.9. With the described topology of the fiber optic multiplier, the energy loss coefficient in it is ε _OM <0.9 ⁴ ≈0.66. Together, this indicates a very limited area of practical applicability of such an implementation of a technical solution.

При изготовлении оптоволоконного разветвителя из специальных волокон модели F-MFC (см. http://www.newport.com/Power-Delivery-Fibers/162133/1033/catalog.aspx), превосходящих волокна вышеописанных промышленно освоенных оптоволоконных разветвителей (в 2 раза по диаметру и в 10⁴ раз по порогу лазерного разрушения), пропускная мощность рассматриваемого оптоволоконного мультипликатора может быть гипотетически (при условии равенства порогов лазерного разрушения волокон и места их сплавления в ОР) доведена значения 0,2·4·10⁴ кВт=8 МВт. В этом случае энергия зондирования при τ_рrob=τ_М~1 мкс может достигать значений Е_рrоb=0,66·8 МВт·мкс=5,28 Дж. С учетом того, что имеются промышленно освоенные, коммерческие и технически совершенные наносекундные Nd:YAG-лазеры с выходной энергией E_pulse~1 Дж (как одночастотные или допускающие внутрирезонаторную селекцию продольных мод), это решение может быть перспективным. Естественно, что это сопряжено с необходимостью принудительного охлаждения оптоволоконного разветвителя, удорожанием оптоволоконного мультипликатора, в частности, и самого лидара, в целом.In the manufacture of a fiber optic splitter from special fibers of the F-MFC model (see http://www.newport.com/Power-Delivery-Fibers/162133/1033/catalog.aspx), superior to the fibers of the above-described industrially developed fiber optic splitters (2 times in diameter and 10 ⁴ times the threshold of laser destruction), the transmission power of the considered fiber optic multiplier can be hypothetically (provided that the thresholds of laser destruction of fibers and the place of their fusion in the PR are equal) the values 0.2 · 4 · 10 ⁴ kW = 8 MW . In this case, the probe energy at τ _Рrob = τ _М ~ 1 μs can reach the values Е _рrоb = 0.66 · 8 MW · μs = 5.28 J. Considering that there are industrially developed, commercial and technically advanced nanosecond Nd: YAG lasers with an output energy E _pulse ~ 1 J (as single-frequency or allowing intracavity selection of longitudinal modes), this solution can be promising. Naturally, this is associated with the need for forced cooling of the optical fiber splitter, the cost of the optical fiber multiplier, in particular, and the lidar itself as a whole.

Кроме того, реализация оптоволоконного мультипликатора на основе многомодовых элементов не обеспечивает сохранения в зондирующей волне (и, соответственно, в сигнальной) исходных поляризационных характеристик лазерного импульса. В результате при детектировании внутриволоконно-смешанных опорной и сигнальной волн возможны дополнительные энергопотери. Для их предотвращения в способе (и реализующем его лидаре) перед детектированием предусмотрены затратные и усложняющие способ и лидар операции: такие как деполяризация смешанных опорной и сигнальной волн (применением волоконно-сопряженного деполяризатора), последующая их поляризация, разделение на ортогональные поляризационные компоненты (применением волоконно-сопряженного поляризационного делителя) и направление последних в независимые фотоприемные каналы волоконно-сопряженного балансного фотоприемника.In addition, the implementation of a fiber-optic multiplier based on multimode elements does not ensure the initial polarization characteristics of the laser pulse in the probe wave (and, accordingly, in the signal wave). As a result, additional energy losses are possible during the detection of mixed-fiber reference and signal waves. To prevent them in the method (and its lidar), expensive and complicating methods and lidar operations are foreseen before detection: such as depolarization of mixed reference and signal waves (using a fiber conjugate depolarizer), their subsequent polarization, separation into orthogonal polarizing components (using fiber - conjugate polarizing divider) and the direction of the latter in the independent photodetector channels of the fiber-conjugate balanced photodetector.

Задача заявляемой группы изобретений состоит в трансформации когерентных свойств оптического излучения для обеспечения возможности когерентного гетеродинирования сигнальной волны с доплеровским смещением спектра во временных интервалах, многократно превосходящих время когерентности и длительность генерации источника излучения.The task of the claimed group of inventions is to transform the coherent properties of optical radiation to enable coherent heterodyning of the signal wave with Doppler shift of the spectrum in time intervals that are many times greater than the coherence time and the duration of the generation of the radiation source.

Основным техническим результатом является увеличение функциональных возможностей, выражающихся в увеличении дальности зондирования и упрощении схемы, улучшение эксплуатационных характеристик и удешевление лидара.The main technical result is an increase in functionality, expressed in an increase in the sensing range and simplification of the circuit, improved operational characteristics and cheaper lidar.

Основной технический результат достигается тем, что в способе определения скорости рассеивающего пространственно распределенного объекта, заключающемся в том, что объект зондируют импульсной оптической когерентной волной, сигнальную волну, рассеянную объектом и имеющую доплеровское смещение спектра, и опорную волну затем подвергают внутриволоконному смешению, причем одну из волн подвергают еще и предварительной частотной модуляции, и направляют волны в фотоприемник и полученную частотную характеристику фототока фотоприемника используют для определения компоненты скорости объекта в направлении его зондирования, усредненной в пределах его разрешаемого зондируемого объема, при этом как сигнальную, так и опорную волну в процессе предварительного и одновременного мультиплицирования наделяют свойством мультиплицированной временной когерентности, при котором произвольные волновые фронты обеих волн многократно воспроизводят волновой фронт исходного лазерного импульса с периодом, не превосходящим длительность когерентного цуга лазера, причем в процессе мультиплицирования волн их преобразуют во множество пространственно разделенных внутриволоконных волновых компонент, подвергают последовательным преобразованиям мультиплицирования, в процессе которых им придают временные сдвиги, возрастающие в арифметической прогрессии, и объединяют, при этом общее число мультиплицирующих преобразований внутриволоконных волн и суммарный временной сдвиг волнового фронта исходной волны задают с учетом достижения им значения, равного временному периоду кольцевого оптоволоконного резонатора, а шаги арифметических прогрессий преобразований образуют возрастающую последовательность, в которой наименьший ее член не превосходит длительности когерентного цуга источника волны, а каждый последующий равен максимальному временному сдвигу волнового фронта в преобразовании, соответствующем предыдущему члену последовательности, причем все перечисленные операции выполняют, по крайней мере, для трех независимых направлений зондирования и полученные для них компоненты скорости используют для определения скорости объекта, согласно предложенному решению процесс мультиплицирования осуществляют непосредственно по отношению к внутриволоконной сигнальной волне и к волне, выделенной из исходной лазерной волны и пропускаемой через кольцевой оптоволоконный резонатор с временным периодом, равным времени мультиплицированной временной когерентности сигнальной волны, превращая ее в результате мультиплицирования в квазинепрерывную опорную волну, причем мультиплицирование сигнальной волны и волны, выводимой из оптоволоконного кольцевого резонатора, осуществляют при противонаправленном их пропуске через оптоволоконный мультипликатор и после этого подвергают их внутриволоконному смешению.The main technical result is achieved by the fact that in the method for determining the speed of a scattering spatially distributed object, namely, that the object is probed by a pulsed optical coherent wave, the signal wave scattered by the object and having a Doppler shift of the spectrum, and the reference wave is then subjected to intra-fiber mixing, one of which the waves are also subjected to preliminary frequency modulation, and the waves are directed to the photodetector and the obtained frequency response of the photodetector of the photodetector isp they are used to determine the velocity components of the object in the direction of its sounding, averaged within its resolved probed volume, while both the signal and the reference wave in the process of preliminary and simultaneous multiplication are endowed with the property of the multiplied temporal coherence, in which arbitrary wave fronts of both waves repeatedly reproduce the wave the front of the initial laser pulse with a period not exceeding the duration of the coherent laser train, and during the multipl they are converted into many spatially separated intra-fiber wave components, subjected to successive multiplication transformations, during which they are given time shifts that increase in arithmetic progression, and combined, the total number of multiplicative transformations of intra-fiber waves and the total time shift of the wave front of the original wave are specified taking into account his achievement of a value equal to the time period of the ring fiber optic resonator, and the steps of the arithmetic of the transformation progressions form an increasing sequence in which its smallest term does not exceed the duration of the coherent train of the wave source, and each subsequent one is equal to the maximum time shift of the wavefront in the transformation corresponding to the previous term of the sequence, and all these operations are performed for at least three independent sounding directions and the velocity components obtained for them are used to determine the speed of the object, according to the proposed To solve this problem, the multiplication process is carried out directly with respect to the intrafiber signal wave and to the wave extracted from the initial laser wave and transmitted through the ring optical fiber resonator with a time period equal to the time of the multiplied time coherence of the signal wave, turning it as a result of multiplication into a quasicontinuous reference wave, and multiplication the signal wave and the wave output from the fiber optic ring resonator, is carried out in counter direction pass them through the fiber optic multiplier and then subject them to intrafiber mixing.

Основной технический результат достигается также тем, что в доплеровском низкокогерентном лидаре, состоящем из импульсного лазера, сопряженных с ним сканирующей передающей оптической антенны и кольцевого оптоволоконного резонатора, а также из волоконно-сопряженных сканирующей приемной оптической антенны и фотоприемника, акустооптического модулятора опорной волны, оптоволоконного мультипликатора и оптоволоконного сумматора опорной и сигнальной волн, при этом оптоволоконный мультипликатор включает цепочку последовательно соединенных оптоволоконных схем мультиплицирования, каждая из которых составлена пассивным оптоволоконным разветвителем и подключенными к его выходным портам параллельными оптоволоконными линиями задержки, причем в первой схеме входной разветвитель имеет единственный входной порт, а в остальных схемах он выполнен по типу «звезда», последняя из схем дополнительно содержит выходной пассивный оптоволоконный разветвитель, подключенный через свои выходные к ее линиям задержки и имеющий единственный выходной порт, при этом общее число схем мультиплицирования и количество содержащихся в них оптоволоконных задержек и постоянные их времени заданы с учетом реализации суммарных временных сдвигов волновых фронтов мультиплицируемых волн значения, равного временному периоду кольцевого оптоволоконного резонатора, согласно предложенному решению лазер оптически сопряжен с оптической передающей антенной и с кольцевым оптоволоконным резонатором, исполненный на основе пассивных трех- и четырехполюсных оптоволоконных разветвителей оптоволоконный мультипликатор через входной и выходной разветвители соединен с входами дополнительно введенных пассивных оптоволоконных разветвителей с неравномерными коэффициентами деления и конфигураций портов 1*2, реализующие большее значение коэффициента выходы которых подключены к входам сумматора опорной и сигнальной волн, соединенного с фотоприемником, а к реализующим меньшие значения коэффициента деления выходам соединенных с мультипликатором разветвителей подключены соответственно кольцевой оптоволоконный резонатор и приемная оптическая антенна, причем кольцевой оптоволоконный резонатор выполнен из сохраняющих поляризацию, а остальная часть оптоволоконного тракта лидара выполнена из одномодовых волоконных элементов, при этом акустооптический модулятор установлен на участке оптоволоконного тракта между мультипликатором и сумматором опорной и сигнальной волн.The main technical result is also achieved by the fact that in the Doppler low coherent lidar, consisting of a pulsed laser coupled to it with a scanning transmitting optical antenna and a ring fiber optic resonator, as well as from fiber-conjugated scanning receiving optical antennas and a photodetector, an acousto-optical reference wave modulator, an optical fiber multiplier and an optical fiber adder of the reference and signal waves, while the optical fiber multiplier includes a chain connected in series optical fiber multiplication circuits, each of which is composed of a passive fiber optic splitter and parallel fiber-optic delay lines connected to its output ports, moreover, in the first circuit, the input splitter has a single input port, and in the remaining circuits it is made in the form of a “star”, the last of which is additionally contains an output passive fiber optic splitter connected through its output to its delay lines and having a single output port, with the total number of mule circuits the typifications and the number of optical fiber delays contained in them and their time constants are specified taking into account the implementation of the total time shifts of the wave fronts of the multiplicated waves to a value equal to the time period of the ring optical fiber resonator, according to the proposed solution, the laser is optically coupled to an optical transmitting antenna and to a ring optical fiber resonator, executed on based passive three- and four-pole fiber optic splitters fiber optic multiplier through input and output one of the splitters is connected to the inputs of additionally introduced passive fiber-optic splitters with uneven division ratios and port configurations 1 * 2, which realize a higher coefficient value, the outputs of which are connected to the inputs of the adder of the reference and signal waves connected to the photodetector, and to the outputs that realize lower values of the division coefficient, the outputs connected to a multiplier of the splitters connected respectively to a ring optical fiber resonator and a receiving optical antenna, and the ring opt fiber resonator is made of preserving polarization, and the remainder of the fiber optic tract lidar is made of single-mode fiber elements, wherein the acousto-optic modulator is mounted in the area of fiber optic path between the multiplier and the adder and the reference signal wave.

На чертеже приведена блок-схема варианта исполнения заявляемого доплеровского низкокогерентного лидара.The drawing shows a block diagram of an embodiment of the inventive Doppler low coherent lidar.

Доплеровский низкокогерентный лидар включает импульсный лазер 1 и оптически сопряженные с ним сканирующую передающую оптическую антенну 2 и КОР 3, для сопряжения с которым применяется светоделитель 4 и линзовый фокусатор 5. КОР 3 состоит из 4-полюсного пассивного оптоволоконного разветвителя 6 с конфигурацией портов 2*2, реализующего разделение/объединение внутриволоконных пучков с отношением 5:95 (по мощности), и оптоволоконными линиями задержки 7. Оптоволоконный разветвитель 6 с такой конфигурацией портов относится к классификации оптоволоконный разветвитель типа «звезда». КОР 3 и его входной и выходной оптоволоконные кабели исполнены из сохраняющих поляризацию оптоволоконных элементов и волокон. В лидар входят оптоволоконный мультипликатор 8, сканирующая приемная оптическая антенна 9, фотоприемник 10, волоконно-сопряженный АОМ 11, сумматор опорной и сигнальной волн 12 (выполненный как пассивный оптоволоконный разветвитель с конфигурацией портов 2*1 или с конфигурацией 2*2 - для случая применения балансного приемника) и пассивные оптоволоконные разветвители 13 и 14 с конфигурацией портов 2*1, подключенные соответственно к входу и выходу оптоволоконного мультипликатора 8. Все элементы этой части оптоволоконного тракта лидара имеют одномодовое исполнение. Оптоволоконный мультипликатор 8 включает последовательно соединенные входную схему мультиплицирования 15 и 16 в количестве (М-1), а также выходной пассивный 1 оптоволоконный разветвитель 17 с конфигурацией портов 2*1, подключенный через свои входные порты к последней схеме мультиплицирования 16 оптоволоконного мультипликатора 8. Схемы мультиплицирования состоят из оптоволоконного разветвителя 18 (в первой схеме 15) с конфигурацией портов 1*2 или оптоволоконных разветвителей 19 (в остальных схемах 16) с конфигурацией портов 2*2 с отношением коэффициентов деления 50:50 и оптоволоконных линий задержки 20, подключенных к входному порту оптоволоконного разветвителя следующей схемы мультиплицирования (или к входному порту выходного оптоволоконного разделителя 17 для случая последней схемы мультиплицирования 16). При этом вторые выходные порты оптоволоконного разветвителя 19 каждой схемы мультиплицирования 15 и 16 (кроме последней) напрямую подключены ко второму входному порту оптоволоконного разветвителя 19 следующей схемы мультиплицирования (или к входному порту выходного оптоволоконного разветвителя 17 для случая последней схемы мультиплицирования).The Doppler low coherent lidar includes a pulsed laser 1 and a scanning transmitting optical antenna 2 and KOP 3 optically coupled to it, for coupling with which a beam splitter 4 and a lens focuser 5 are used. KOP 3 consists of a 4-pole passive fiber optic splitter 6 with a 2 * 2 port configuration that implements the separation / combining of intra-fiber beams with a ratio of 5:95 (power), and fiber optic delay lines 7. Fiber optic splitter 6 with this port configuration refers to the classification of fiber optic equestrian star-type splitter. KOR 3 and its input and output fiber optic cables are made of polarizing fiber-optic elements and fibers. The lidar includes a fiber optic multiplier 8, a scanning receiving optical antenna 9, a photodetector 10, a fiber-coupled AOM 11, a reference and signal wave adder 12 (made as a passive fiber optic splitter with a 2 * 1 port configuration or 2 * 2 configuration - for use balanced receiver) and passive fiber-optic splitters 13 and 14 with a 2 * 1 port configuration, respectively connected to the input and output of the fiber-optic multiplier 8. All elements of this part of the lidar fiber optic path have one ovoe execution. Fiber optic multiplier 8 includes a series-connected input multiplier 15 and 16 in number (M-1), as well as output passive 1 fiber optic splitter 17 with a 2 * 1 port configuration, connected through its input ports to the last multiplier multiplier 16 of fiber optic multiplier 8. Schemes the multiplications consist of a fiber optic splitter 18 (in the first circuit 15) with a configuration of ports 1 * 2 or a fiber optic splitter 19 (in other circuits 16) with a configuration of ports 2 * 2 with a ratio of 50:50 divisions and fiber delay lines 20 connected to the input port of the fiber splitter of the next multiplier circuit (or to the input port of the output fiber splitter 17 for the case of the last multiplier 16). In this case, the second output ports of the fiber splitter 19 of each multiplier 15 and 16 (except the last) are directly connected to the second input port of the fiber splitter 19 of the next multiplier (or to the input port of the output fiber splitter 17 for the case of the last multiplier).

Пассивные оптоволоконные разветвители 13 и 14 (с конфигурацией портов 2*1), подключенные соответственно к входу и выходу оптоволоконного мультипликатора 8, имеют соотношение коэффициентов деления 1:99. При этом порты, реализующие меньшие значения коэффициента деления, подключены соответственно КОР 3 и приемной оптической антенне 9. Напротив, порты, реализующие меньшие значения коэффициента деления, сопряжены с входными портами сумматора опорной и сигнальной волн 12. При этом акустооптический модулятор может быть установлен между оптоволоконным мультипликатором 8 и сумматором 12, как после оптоволоконного разветвителя 13, так и после оптоволоконного разветвителя 14. Для управления и контроля антенн в составе лидара используется система их управления 21, функционально связанная с процессором 22. Последний электрически соединен системой 21 и фотоприемником 10.Passive fiber optic splitters 13 and 14 (with 2 * 1 port configuration), respectively connected to the input and output of the fiber optic multiplier 8, have a division ratio of 1:99. In this case, ports that implement lower values of the division ratio are connected respectively to KOP 3 and the receiving optical antenna 9. On the contrary, ports that implement lower values of the division ratio are interfaced with the input ports of the adder of the reference and signal waves 12. In this case, an acousto-optical modulator can be installed between the fiber the multiplier 8 and the adder 12, both after the fiber optic splitter 13, and after the fiber optic splitter 14. To control and monitor the antennas in the lidar uses their system control 21, functionally associated with the processor 22. The latter is electrically connected by the system 21 and the photodetector 10.

Способ определения скорости рассеивающего пространственно распределенного объекта, реализуемый с помощью предложенного лидара, осуществляется следующим образом. Генерируемая лазером 1 импульсная волна разделяется светоделителем 4 на две компоненты, одна из которых, зондирующая волна, с помощью антенны 2 направляется в зондируемый объем атмосферы, в то время как другая с помощью фокусатора 5 вводится в КОР 3 и выводится из него в виде частотно-повторяющейся (с периодом Т_ring) последовательности импульсов, пропускается через оптоволоконный разветвитель 13 и поступает на вход оптоволоконного мультипликатора 8. В оптоволоконном мультипликаторе 8 указанная частотно-повторяющаяся (с периодом T_ring) последовательность внутриволоконных импульсов трансформируется в квазинепрерывную (с медленным экспоненциальным затуханием) внутриволоконную опорную волну, наделенную свойством МВК со временем мультиплицированной временной когерентности τ_М=T_ring. Далее с выхода оптоволоконного мультипликатора опорная волна поступает в оптоволоконный разветвитель 14 пропускается через него и АОМ 11, приобретая при этом частотный опорный сдвиг Ω_АОМ, и направляется в установленный на входе фотоприемника 10 оптоволоконный сумматор 12. В сумматоре оптоволоконный мультипликатор 8 претерпевает внутриволоконное смешение с сигнальной волной, являясь результатом рассеянии на аэрозоли зондируемого объема атмосферы и приобретающая при этом частотный доплеровский сдвиг Ω_D(t)=2·V_||(t)/λ (где V_|| - скорость ветра в зондируемом объеме атмосферы в направлении распространения зондирующей волны), поступает в приемную антенну 9, сопрягается с приемной частью оптоволоконного тракта лидара и через оптоволоконный разветвитель 14 вводится в оптоволоконный мультипликатор 8. В оптоволоконном мультипликаторе 8 внутриволоконная сигнальная волна подвергается мультиплицированию, приобретая при этом свойство МВК, и поступает в сумматор 12, в котором смешивается с опорной волной. В процессе мультиплицирования сигнальной волны каждый ее фрагмент длительностью Δt₁, лимитируемой условием 2, который можно рассматривать как изолированный импульс, наделяется свойствами мультиплицированной временной когерентности, благодаря которым он становится взаимно когерентным с синхронным ему фрагментом мультиплицированной опорной волны. В результате реализуется условие когерентного квадратичного детектирования сигнальной волны, позволяющее выделить частоту биений (Ω_АОМ-Ω_D) из фототока приемника 10, являющуюся целевым параметром измерений и позволяющую определить V_||.A method for determining the speed of a scattering spatially distributed object, implemented using the proposed lidar, is as follows. The pulse wave generated by the laser 1 is divided by the beam splitter 4 into two components, one of which, the probing wave, is sent through the antenna 2 to the probed volume of the atmosphere, while the other is introduced into the KOP 3 using the focuser 5 and output from it in the form of a frequency repeated (with period T _ring) pulse sequence is transmitted through the fiber optic coupler 13 and input to a multiplier 8. The fiber optical fiber multiplier 8, said frequency-repetitive (with period T _ring) followed by atelnost vnutrivolokonnyh pulses transformed into quasi-continuous (slow exponential decay) vnutrivolokonnuyu reference wave endowed with the property with time multiplexed IAC temporal coherence τ _M = T _ring. Then, from the output of the fiber optic multiplier, the reference wave enters the fiber optic splitter 14 and passes through it AOM 11, acquiring the frequency reference shift Ω _AOM , and is sent to the fiber optic adder 12 installed at the input of the photodetector 10. In the adder, the fiber optic multiplier 8 undergoes intrafiber mixing with the signal wave, being the result of scattering of the probed volume of the atmosphere by aerosols and acquiring the frequency Doppler shift Ω _D (t) = 2 · V _|| (t) / λ (where V _|| is the wind speed in the sensed volume of the atmosphere in the direction of propagation of the sounding wave), enters the receiving antenna 9, mates with the receiving part of the lidar fiber optic path, and is introduced into the fiber optic multiplier 8 through the fiber splitter 14. In the fiber optic multiplier 8, the intrafiber signal wave undergoes multiplication, acquiring the MVK property, and enters the adder 12, in which it is mixed with the reference wave. In the process of multiplying a signal wave, each of its fragments with a duration of Δt ₁ limited by condition 2, which can be considered as an isolated pulse, is endowed with the properties of the multiplied temporal coherence, due to which it becomes mutually coherent with the synchronized fragment of the multiplied reference wave. As a result, the condition of coherent quadratic detection of the signal wave is realized, which allows one to select the beat frequency (Ω _AOM -Ω _D ) from the photocurrent of receiver 10, which is the target parameter of measurements and allows one to determine V _|| .

При построении лидара на описанных принципах его сигнал из произвольной точки зондируемого объема может быть когерентно детектирован в пределах интервала T_ring, равного временному периоду КОР, а суммарный ток фотоприемника в каждый момент времени будет усредненно характеризовать весь разрешаемый зондируемый объем протяженностью, лимитируемой тем же периодом.When constructing a lidar based on the described principles, its signal from an arbitrary point of the probed volume can be coherently detected within the interval T _ring equal to the time period of the RRF, and the total current of the photodetector at each moment of time will average characterize the entire resolved probed volume with a length limited by the same period.

Постоянную времени оптоволоконной линии задержки 7 КОР T_ring задают с учетом требуемого разрешения скорости:The time constant of the fiber optic delay line 7 KOR T _{ring is} set taking into account the required speed resolution:

гдеWhere

T_ring - постоянная времени оптоволоконных линий задержки КОР;T _ring - time constant of fiber optic delay lines KOR;

V_||min - порог разрешения измеряемых скоростей;V _{|| min} - resolution threshold of measured speeds;

λ - длина волны зондирования.λ is the sounding wavelength.

Для реализации разрешения лидара по скорости V_||min≅0,5 м/с в варианте реализации лидара на основе Nd:YAG-лазера (λ=1064 нм) мультипликатор 8 должен удовлетворять условиям Δt₁=0,977 нc и М=10. Коэффициент потерь энергии при мультиплицировании опорной волны и сигнальной волны в оптоволоконном мультипликаторе 8 с учетом потерь в оптоволоконных разветвителях 13, 14 и в сумматоре 12 составит значение ε_sum, дБ=(М+2)·ε_OP, дБ=0,72 (где ε_OP=0,06 дБ - коэффициент потерь трех- и четырехполюсного одномодового оптоволоконного разветвителя высшей категории).To realize the lidar resolution in velocity V _{|| min} ≅ 0.5 m / s in the embodiment of the lidar based on an Nd: YAG laser (λ = 1064 nm), the multiplier 8 must satisfy the conditions Δt ₁ = 0.977 ns and M = 10. The energy loss coefficient when multiplying the reference wave and the signal wave in the fiber optic multiplier 8, taking into account losses in the fiber optic splitters 13, 14 and in the adder 12, will be ε _sum , dB = (M + 2) · ε _OP , dB = 0.72 (where ε _OP = 0.06 dB - loss factor of a three- and four-pole single-mode fiber optic splitter of the highest category).

Число схем мультиплицирования М и постоянные времени оптоволоконных линий задержки Δt_j (

) задают с учетом условия:The number of multiplication schemes M and the time constants of the fiber delay lines Δt _j (

) are given subject to the conditions:

В частности для получения времени мультиплицированной когерентности τ_M=1 мкc при использовании лазера с τ_coh=0,977 нc (длина когерентности ~29 см) - тоже перенести в описание реализации способа.In particular, to obtain the time of multiplied coherence τ _M = 1 μs when using a laser with τ _coh = 0.977 ns (coherence length ~ 29 cm) - also transfer to the description of the implementation of the method.

Представляется важным отметить, что нижний предел чувствительности измерений скорости V_|| может задаваться конструктивным параметром лидара (временным периодом КОР T_ring), а не длительностью зондирующих импульсов τ_рrоb. Кроме того, в этой характеристике такой лидар не уступает когерентным лидарам с микросекундными зондирующими импульсами, реализуемым по схеме МОРА на базе промышленно неосвоенных и весьма дорогостоящих лазерных излучателей.It seems important to note that the lower limit of the sensitivity of the velocity measurements V _|| can be set by the structural parameter of the lidar (the time period of the KOR T _ring ), and not by the duration of the probing pulses τ _rrоb . In addition, in this characteristic, such a lidar is not inferior to coherent lidars with microsecond probe pulses, implemented according to the MORA scheme on the basis of industrially undeveloped and very expensive laser emitters.

Для определения вектора скорости описанная последовательность операций выполняется, по крайней мере, для трех направлений зондирования, программно задаваемых системой управления сканирующих передающей и приемной антенн. Векторы направлений зондирования и приема сигнальной волны задаются и контролируются этой же системой, функционально связанной исполнительным процессором лидара, осуществляющим вычисление вектора скорости ветра.To determine the velocity vector, the described sequence of operations is performed for at least three sensing directions programmed by the control system of the scanning transmitting and receiving antennas. The vectors of the sensing and receiving directions of the signal wave are set and controlled by the same system, functionally connected by the lidar executive processor, which calculates the wind speed vector.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемая группа изобретений позволяет:Thus, in comparison with the prototype of the claimed group of inventions allows:

1) увеличить функциональные возможности, выражающиеся в увеличении дальности зондирования за счет:1) increase the functionality, expressed in increasing the sensing range due to:

- увеличения пропускной мощности мультипликатора,- increase the throughput of the multiplier,

- снижения энергопотерь при мультиплицировании;- reduction of energy losses during multiplication;

- возможности комплексного использования лидара для контроля пространственно-временного распределения аэрозольных загрязнений атмосферы с пространственным разрешением уровня загрязнений, лимитируемым наносекундной длительностью зондирующих импульсов в сочетании с гетеродинным усилением СВ);- the possibility of the integrated use of the lidar to control the spatio-temporal distribution of aerosol pollution of the atmosphere with a spatial resolution of the level of pollution limited by the nanosecond duration of the probe pulses in combination with heterodyne amplification of CB);

2) упростить схему, улучшить эксплуатационные характеристики и удешевить лидар за счет:2) to simplify the scheme, improve operational characteristics and reduce the cost of lidar due to:

- исключения «цепочки деполяризатор - поляризатор», устраняющей в прототипе в интересах снижения энергопотерь при детектировании последствия усложнения поляризационной характеристики зондирующей волны в процессе формирования составного импульса многомодовым оптоволоконным мультипликатором;- exceptions of the “depolarizer-polarizer chain”, eliminating in the prototype in the interest of reducing energy loss when detecting the consequences of complicating the polarization characteristics of the probe wave during the formation of a composite pulse by a multimode fiber optic multiplier;

- отсутствия необходимости охлаждения оптоволоконного тракта лидара ввиду значительного снижения требований к его пропускной мощности;- the absence of the need for cooling the lidar optical fiber path due to a significant reduction in the requirements for its bandwidth;

- увеличения срока эксплуатации оптоволоконного тракта лидара вследствие снижения плотностей мощности, циркулирующих в нем внутриволоконных пучков;- increase the life of the lidar fiber optic path due to a decrease in the power densities of the intrafiber bundles circulating in it;

- снижения требований к энергетике лазера для реализации заданной дальности зондирования вследствие снижения энергопотерь при мультиплицировании.- reducing the requirements for laser energy for the implementation of a given sensing range due to the reduction of energy loss during multiplication.

Кроме того, возможно измерение скорости пространственно распределенного объекта (измерения скорости ветра, в частности) с использованием наносекундных лазеров, достигая при этом разрешения по скорости, обеспечиваемого при применении микросекундных лазеров. Применительно к ветровым доплеровским когерентным лидарам решение поставленной задачи равнозначно возможности их реализации на основе промышленно освоенных, технически совершенных и недорогих низкокогерентных (с длиной когерентности >20 см) наносекундных твердотельных лазеров вместо традиционно применяемых субмикросекундных высококогерентных лазерных излучателей, реализуемых по схеме МОРА. Последние в силу технической сложности их конструкции в настоящее время не имеют промышленного освоения и коммерческой привлекательности для потенциальных потребителей ветровых лидаров - метеорологических служб, авиации, космического приборостроения и т.д.In addition, it is possible to measure the speed of a spatially distributed object (measuring wind speed, in particular) using nanosecond lasers, while achieving the speed resolution provided by the use of microsecond lasers. As applied to wind Doppler coherent lidars, the solution of the problem posed is equivalent to the possibility of their implementation on the basis of industrially developed, technically advanced and inexpensive low-coherent (with a coherence length> 20 cm) nanosecond solid-state lasers instead of the traditionally used submicrosecond high-coherent laser emitters implemented according to the MPAA scheme. Due to the technical complexity of their design, the latter currently do not have industrial development and commercial attractiveness for potential consumers of wind lidars - meteorological services, aviation, space instrumentation, etc.

Claims

1. The method of determining the speed of a scattering spatially distributed object, which consists in the fact that the object is probed by a pulsed optical coherent wave, the signal wave scattered by the object and having a Doppler shift of the spectrum, and the reference wave is then subjected to intra-fiber mixing, and one of the waves is also subjected to a preliminary frequency modulations and direct the waves to the photodetector and the obtained frequency response of the photodetector of the photodetector is used to determine the component of the object’s speed in the direction of its sounding, averaged within its resolved probed volume, while both the signal and reference waves in the process of preliminary and simultaneous multiplication are endowed with the property of multiplied temporal coherence, in which arbitrary wave fronts of both waves repeatedly reproduce the wavefront of the initial laser pulse with a period not exceeding the duration of the coherent train of the wave source, and in the process of multiplying the waves they are converted into many of spatially separated intra-fiber wave components, are subjected to successive multiplication transformations, during which they are given time shifts that increase in arithmetic progression, and are combined, while the total number of multiplicative transformations of intra-fiber waves and the total time shift of the wave front of the original wave are set taking into account the value equal to the time period of the ring optical fiber resonator, and the steps of the arithmetic progressions of the transforms form an increasing sequence in which its smallest term does not exceed the duration of the coherent train of the wave source, and each subsequent one is equal to the maximum time shift of the wavefront in the transformation corresponding to the previous term in the sequence, all of these operations being performed for at least three independent sensing directions and the obtained for them, the velocity components are used to determine the speed of the object, characterized in that the multiplication process It is unique with respect to the intrafiber signal wave and to the wave extracted from the initial laser wave and transmitted through the ring optical fiber resonator with a time period equal to the time of the multiplied time coherence of the signal wave, turning it as a result of multiplication into a quasicontinuous reference wave, moreover, the multiplication of the signal wave and wave, output from the ring fiber optic resonator, is carried out with their directional passage through the fiber optic multiplier, and then subject them to intrafiber mixing.

2. The Doppler low coherent lidar, consisting of a pulsed laser, a scanning optical antenna coupled to it and a ring optical fiber resonator, as well as a fiber-conjugated scanning optical receiving antenna and a photodetector, an acousto-optical reference wave modulator, an optical fiber multiplier and an optical fiber wave adder and a reference wherein the fiber optic multiplier includes a chain of series-connected fiber optic multiplication schemes, each of which It is composed of a passive fiber optic splitter and parallel fiber optic delay lines connected to its output ports. In the first circuit, the input splitter has a single input port, and in the other circuits it is made in the form of a star, the last of the circuits additionally contains an output passive fiber splitter connected through its output to its delay lines and having a single output port, while the total number of multiplication schemes and the number of optical fiber contained in them of the delay lines and their time constants are set taking into account the implementation of the total time shifts of the wave fronts of the waves being multiplied equal to the time period of the ring optical fiber resonator, characterized in that the laser is optically coupled to a scanning transmitting optical antenna and a ring optical fiber resonator, made on the basis of passive three- and four-pole fiber-optic splitters, an optical fiber multiplier is connected to the inputs through the input and output splitters about introduced passive fiber optic splitters with non-uniform division ratios and 1 * 2 port configurations that implement a larger coefficient, the outputs of which are connected to the inputs of the fiber optic combiner of the reference and signal waves connected to the photodetector, and to realize lower values of the division ratio of the outputs connected to the fiber optic splitter multiplier respectively, a ring optical fiber resonator and a scanning receiving optical antenna are connected, and a ring optical fiber onny resonator is made of preserving polarization, and the remainder of the fiber optic tract lidar is made of single-mode fiber elements, wherein the acousto-optic modulator is mounted on the portion of fiber optic path between the multiplier and the adder fiber optic reference and signal waves.