SU1721513A1 - Доплеровский лидар - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к квантовой электронике и может найти применение в системах навигации, св зи, слежени  за объектами, а также в аэродинамике и метеорологии . Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в доплеровский лидар. включающий лазер 1 с синхронными модами, делительную пластинку 2, приемопередающую оптику 4, фотоприемник 5, спектроанализатор 8, введены широкополосный усилитель 6 и квадратичный преобразователь 7. Это позволило осуществить преобразование частотных комбинационных компонент, в результате чего происходит преобразование частотных компонент, содержащих доплеровскую составл ющую, к компоненте сигнала с доплеровской частотой . При этом увеличиваетс  отношение сигнал/шум за счет когерентного сложени  компонент сигнала с доплеровской частотой и некогерентного сложени  компонент шума, что ведет к увеличению чувствительности . 2 ил. (/ С

Description

ч|

Ю

д

(Я

GJ

Фиг.1

Изобретение относитс  к квантовой электронике и может найти применение в системах навигации, св зи, слежени  за движущимис  объектами, а также в аэродинамике и метеорологии при дистанционных измерени х скорости воздушных потоков.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности доплеровского лидара.

На фиг. 1 представлена структурна  схема доплеровского лидара; на фиг. 2 - спектральный состав сигнала.

Л ид ар состоит из лазера 1 с синхронными модами, делительной пластины 2, зеркала 3, приемопередающей оптики 4, фотоприемника 5, широкополосного уси- лител  б, квадратичного преобразовател  7 и спектроанализатора 8. Излучение лазера поступает на делительную пластину 2, с помощью которой делитс  на опорный 9 и зондирующий 10 пучки.

Лидар работает следующим образом.

Зондирующий пучок с помощью приемопередающей оптики 4 направл етс  на движущийс  объект либо в исследуемую область потока. Спектр зондирующего излуче- ни  ,i представлен на фиг. 2. Частота рассе нного излучени  За приобретает до- плеровский сдвиг it). Рассе нное прин тое излучение, пройд  через приемопередающую оптику 4, отразившись от делительной пластины 2, смешиваетс  на фотоприемнике с опорным пучком. При этом осуществл етс  оптическое гетеродинирование, что приводитк биени м тока фотоприемника на частотах VD, Vk, k v0. Спектральный состав этих биений Зз показан на фиг. 2. Количество составл ющих сигнала, анализируемых устройством, определ етс  шириной полосы усилител  б, При большом числе за- синхронизированных мод п первые No компонент сигнала можно считать равными. С выхода фотоприемника 5 составл ющие сигнала на частотах VD, Vk k v0 i: VD, а также межмодовые биени  на частотах k V0 поступа пают на вход усилител  6. Усилитель обес- печивает такой уровень ko составл ющих сигнала, при котором шумы электронного тракта определ ютс  дробовыми шумами фотоприемника, вызванными действием опорного пучка. С выхода усилител  б сиг- нал поступает на вход квадратичного преобразовател  7, с помощью которого осуществл етс  перемножение комбинационных компонент сигнала и компонент шума на частотах Vk с межмодовыми биени ми на частотах k v0, в результате чего происходит преобразование частот Vk к частоте VD, когерентное сложение комбинационных компонент сигнала и некогерентное сложение компонент шума. Это увеличивает отношение сигнал/шум на выходе квадратичного преобразовател  в , где k0 - число использованных компонент.

Рассмотрим преобразование двух компонент сигнала: a cos(k v0 - VD) t, a cps(k y0+ VD) t и межмодовой компоненты A cos k V0 t, где а и А - амплитуды соответствующих компонент. Сигнал на входе квадратичного преобразовател  х при этом имеет вид

х a cos (k v0 - vo)t + a-cos (kv0 + VD)X

xt + A cos kv0t, где t - текущее врем .

Сигнал на выходе квадратичного преобразовател  после возведени  в квадрат имеет вид

у а (а2 + -у- А2)+ Y a a2 cos2(k v0 - vo)t +

+ -j-a A2cos2 kv01 + 4-a a2cos 2(ki 0 + vo)t+

+ aaAcos2 {kv0 - vn)t + a a A cos2 (kv0 + vo)t + a a2 cos2 k v01 + a a2 cos 2 VD t + + 2 a a A cosvp t; a const.

Последний подчеркнутый член суммы и  вл етс  компонентой преобразованного сигнала, повышающей отношение сигнал/шум .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Дрплеровский лидар, содержащий последовательно установленные и оптически сопр женные лазер с синхронными модами , светоделительную пластину и приемопередающую оптику, а также зеркало, оптически сопр женное со светоделитель- ной пластиной, фотоприемник, оптически сопр женный со светоделительной пластиной , спектроанализатор, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  чувствительности , в него дополнительно введены последовательно соединенные широкополосный усилитель и квадратичный преобразователь , причем вход широкополосного усилител  соединен с выходом фотоприемника , а выход квадратичного преобразовател  соединен с входом спектроанализатора .

   5