專利名稱：多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及激光雷達技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
瑞利散射是指散射光波長等于入射光波長，而且散射粒子遠遠小于入射光波長， 沒有頻率位移的彈性光散射。瑞利散射測風激光雷達是一種大氣風場的探測方式，采用直接測量方式實現(xiàn)，其原理是通過大氣分子的群速來反映大氣的風速。發(fā)射機向大氣中發(fā)射激光，激光遇到大氣分子產(chǎn)生后向散射，后向散射的激光信號被接收機接收，如果大氣分子因風產(chǎn)生運動，那么接收機接收到的瑞利散射信號就會產(chǎn)生多普勒頻移，利用光學(xué)鑒頻器檢測出激光因大氣分子運動而產(chǎn)生的多普勒頻移，就可以反演出風速的大小，再利用多波束原理可以得到矢量風場。瑞利散射的直接探測方法是測量高空大氣的多普勒頻移的最佳途徑，所謂直接探測方法，是測量大氣回波的能量信號，并利用光學(xué)器件對接收到的光信號進行多普勒頻率檢測，目前，國際上采用較多的光學(xué)檢測元件是？？爾油^寸吐時，法布里-珀羅)標準具，該 FP標準具利用標準具的透過率隨頻率變化的關(guān)系，檢測大氣回波信號的多普勒頻率改變， 從而獲得大氣回波信號的徑向速度。目前，國際上采用的FP標準具的雙邊緣技術(shù)，通過望遠鏡1接收到的信號通過光學(xué)分束鏡分別送到邊緣標準具的三個通道，三個通道包括兩個信號通道和一個鎖定通道， 由于鎖定通道中的光信號，來自后向散射光在望遠鏡附近反射回來的光，即將部分后向散射光信號分配到鎖定通道，這樣導(dǎo)致后向散射光信號的損失，進而導(dǎo)致光路接收裝置的接收效率下降；由于FP標準具中三個通道的口徑相同且分布在標準具的一個基板上，這樣FP 標準具的尺寸較大，不利于FP標準具的加工，且增加了加工成本；而且，F(xiàn)P標準具中三個通道的口徑相同且分布在一個FP標準具基板上，光路在空間交叉較大，使得光路系統(tǒng)比較復(fù)雜，不利于光路的調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本申請實施例提供一種多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，減小了 FP標準具的面積、提高了鎖定通道信號的信噪比及系統(tǒng)的測量精度，技術(shù)方案如下一種多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，包括接收光路系統(tǒng)、FP標準具、探測采集系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，其中所述FP標準具包括兩個信號通道和一個鎖定通道，兩個信號通道并列位于該FP 標準具口徑的中心線上，所述鎖定通道位于所述信號通道的上方，且該鎖定通道的直徑小于所述信號通道的直徑；接收光路系統(tǒng)包括鎖定通道光路和信號通道兩個相對獨立的光路，以及光信號探測部，其中
激光器出射的小部分激光，經(jīng)過所述鎖定通道光路中的第一光耦合器、第一分光鏡，進入所述FP標準具中的鎖定通道；大氣后向散射光經(jīng)過信號通道光路中的第二光耦合器、第二分光鏡及第三分光鏡，分別耦合進所述FP標準具的兩個信號通道；光信號探測部通過多個光電探測器探測得到經(jīng)過所述FP標準具各個通道的光信號，提供給所述探測采集系統(tǒng)；所述探測采集系統(tǒng)，通過光子采集卡采集所述光子探測器探測得到的所述信號通道的光信號，提供給所述控制系統(tǒng)，通過模擬采集卡采集所述鎖定通道的光信號，提供給所述控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)，根據(jù)兩個信號通道的光信號強度反演出大氣多普勒頻率移動；根據(jù)鎖定通道的光信號，計算得到鎖定通道的透過率，并根據(jù)所述透過率調(diào)整所述FP標準具的腔長，使得所述激光器出射激光頻率位于所述FP標準具的兩個信號通道的透過率曲線的交叉位置。優(yōu)選的，所述接收光路系統(tǒng)具體包括激光器出射的小部分光信號經(jīng)過第一光耦合器耦合進光纖，經(jīng)過第一準直鏡擴束成平行光束，由干涉濾光片過濾背景光，經(jīng)過第一分光鏡的出射光束被第一反射鏡反射進所述鎖定通道，從所述鎖定通道出射的光束，經(jīng)過第二反射鏡反射進第一聚焦透鏡后被第一模擬探測器探測；所述第一分光鏡的反射光束被第三反射鏡反射進第二聚焦透鏡被第二模擬探測器探測；大氣后向散射光經(jīng)過第二光耦合器耦合進光纖，通過第二準直鏡擴束成平行光束，經(jīng)過濾光片過濾背景光后，經(jīng)過第二分光鏡后的反射光束經(jīng)第三分光鏡后的反射光束， 經(jīng)過第四反射鏡進入所述FP標準具的第一信號通道，再經(jīng)過第五反射鏡被第三聚焦透鏡， 被第一光子探測器探測；經(jīng)過第三分光鏡后的透射光束，經(jīng)過第六反射鏡及第七反射鏡進入所述FP標準具的第二信號通道，再經(jīng)過第八反射鏡進入第四聚焦透鏡被第二光子探測器探測；經(jīng)過第二分光鏡后的透射光束，經(jīng)過第九反射鏡進入第五聚焦透鏡被第三光子探測器探測。優(yōu)選的，所述FP標準具包括兩個平行設(shè)置的玻璃平板，通過在玻璃平板上鍍上相應(yīng)厚度的介質(zhì)膜改變FP標準具的腔長，第一信號通道的介質(zhì)膜比鎖定通道的介質(zhì)膜厚度大，第二信號通道未鍍介質(zhì)膜。優(yōu)選的，所述探測采集系統(tǒng)包括光子采集卡和模擬采集卡，所述光子采集卡包括與所述第一光子探測器相連第一光子采集卡、與第二光子探測器相連的第二光子采集卡，以及與第三光子探測器相連的第三光子采集卡；所述模擬采集卡的兩輸入端分別與所述第一模擬探測器及第二模擬探測器相連， 輸出端通過PCI總線與所述控制系統(tǒng)相連。優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)包括控制器模塊；與所述控制器模塊相連的門控電路，用于觸發(fā)第一光子探測器、第二光子探測器、 第三光子探測器、光子采集卡及模擬采集卡工作；
通過RS232串行接口與所述控制器模塊相連的標準具控制箱；所述控制器模塊根據(jù)，模擬采集卡提供的鎖定通道的透過率，計算出所述FP標準具腔長相應(yīng)變化的步長，并通過所述標準具控制箱調(diào)節(jié)所述FP標準具的腔長。優(yōu)選的，所述FP標準具內(nèi)部通過壓電晶體調(diào)節(jié)腔長。優(yōu)選的，所述光子采集卡為MCS-PCI采集卡。綜上所述，所述多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，F(xiàn)P標準具的信號通道和鎖定通道分別采用了兩個獨立的光路，即通過第一耦合器采集激光器出射的小部分光，經(jīng)過分光鏡、反光鏡等光學(xué)元件進入所述FP標準具的鎖定通道，通過第二耦合器采集大氣后向散射光，經(jīng)過分光鏡、反光鏡等光學(xué)元件進入所述FP標準具的信號通道。由于鎖定通道的光是激光器出光口處的散射光，減少了信號通道的光信號損失，又由于這部分散射光的強度比大氣后向散射光的強度大，提高了頻率鎖定效率，提高了大氣風場測量精度，同時，由于 FP標準具的鎖定通道的光強度比較大，因此可以減小FP標準具的鎖定通道的口徑，從而減小了 FP標準具的口徑，進而大大降低了 FP標準具的加工成本。而且，由于采用一路單獨的光路通向FP標準具的鎖定通道，且鎖定通道的口徑較小，光路行走中干涉部分較小，因此， 光路系統(tǒng)較簡單，且有利于光路的調(diào)節(jié)。


為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為采用本申請實施例提供的多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)的整個測風激光雷達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本申請實施例提供的光路接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a為本申請實施例一種FP標準具的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖北為本申請實施例一種FP標準具的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3c為本申請實施例一種FP標準具的俯視接收示意圖；圖3d為圖3c中A的放大示意圖；圖4為本申請實施例一種探測采集系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為瑞利散射和三通道標準具透過率頻譜分布圖；圖6a為利用多普勒測風激光雷達接收系統(tǒng)在激光雷達中測得的風速與氣球的對比廓線；圖6b為利用多普勒測風激光雷達接收系統(tǒng)在激光雷達中測得的風向與氣球的對比廓線；圖7a為利用本接收機系統(tǒng)在激光雷達系統(tǒng)中測得風廓線圖和風廓線雷達在 00:20AM on 25Nov 2009測得風場廓線圖的對比圖；圖7b為利用本接收機系統(tǒng)在激光雷達系統(tǒng)中測得風廓線圖和風廓線雷達在 00:40AM on 25Nov 2009測得風場廓線圖的對比圖。
具體實施例方式為使本申請的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本申請作進一步詳細的說明。請參見圖1，圖1為本申請實施例一種多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括接收光路系統(tǒng)100、FP標準具200、探測采集系統(tǒng)300，以及控制系統(tǒng)400，其中FP標準具200包括三個通道，即第一信號通道El、第二信號通道E2以及鎖定通道 L，其中第一信號通道El和第二信號通道E2并列位于FP標準具口徑的中心線上，鎖定通道L位于第一信號通道El和第二信號通道E2的上方，這樣能夠充分利用FP標準具的口徑， 從而減小了 FP標準具的口徑。接收光路系統(tǒng)100包括鎖定通道光路、信號通道光路及信號探測部，其中激光器10出射的大部分光經(jīng)過掃描系統(tǒng)射向大氣中，只有一小部分光經(jīng)過鎖定通道光路中的第一光耦合器101接收，經(jīng)過第一分光鏡102后的反射光經(jīng)過第一分光鏡102 發(fā)射后，其反射光進入FP標準具200的鎖定通道L，從鎖定通道L射出的光經(jīng)過信號探測部中的信號探測器107提供給探測采集系統(tǒng)300。射向大氣的激光，當遇到大氣分子時會產(chǎn)生后向散射，大氣后向散射光經(jīng)過第二光耦合器103，耦合進光纖中，經(jīng)過第二分光鏡104后的透射光進入FP標準具200的第一信號通道E1，從第一信號通道El射出的光經(jīng)過光電探測部中的光子探測器106提供給探測采集系統(tǒng)300。經(jīng)過第二分光鏡104后的反射光經(jīng)過第三分光鏡105后的反射光進入FP標準具 200的第二信號通道E2，經(jīng)過光子探測器108提供給探測采集系統(tǒng)300。第三分光鏡105的出射光經(jīng)過光電探測部中的光子探測器109提供給探測采集系統(tǒng)300。探測采集系統(tǒng)300包括光子采集卡和模擬采集卡，用于采集探測器得到的光信號，其中經(jīng)過第一分光鏡102后的透射光經(jīng)信號探測器110探測后，被模擬采集卡采集得到，從鎖定通道L射出的光信號經(jīng)過信號探測器107探測后，被模擬采集卡采集得到。從第一信號通道El出射的光經(jīng)光電探測器106探測后，被光子采集卡采集得到， 從第二信號通道E2出射的光經(jīng)光子探測器108探測后，被光子采集卡采集得到，?？刂葡到y(tǒng)400，根據(jù)所述光子采集卡采集得到信號，得到大氣后向散射信號產(chǎn)生的多普勒頻移，進而反演出大氣徑向風速的大小。同時該控制系統(tǒng)還根據(jù)接收到的經(jīng)過鎖定通道L前后的光信號，計算得到鎖定通道L的透過率，根據(jù)該透過率調(diào)整FP標準具200的腔長，來鎖定FP標準具與激光器發(fā)射的激光頻率的頻譜位置。由于發(fā)熱和環(huán)境溫度的影響， 激光器發(fā)射的激光頻率會產(chǎn)生頻率漂移，如果FP標準具200的頻率始終保持不變，無法保證激光器發(fā)射的激光穩(wěn)定的處于相應(yīng)的位置，因此測出的多普勒頻移數(shù)據(jù)存在不確定性和誤差?？刂葡到y(tǒng)400可以根據(jù)模擬采集卡302采集得到的數(shù)據(jù)計算出鎖定通道的透過率值， 從而根據(jù)公式反演確定發(fā)射激光的相對頻率，并確定FP標準具對應(yīng)改變的步長，調(diào)整FP標準具200的腔長，始終使激光器發(fā)射的激光頻率鎖定在FP標準具兩個信號通道透過率交叉點的位置，從而提高了測量精度。本實施例提供的多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，其中，光路接收系統(tǒng)中，通過兩個分離、獨立的光路結(jié)構(gòu)為FP標準具提供光信號，即其中一個光路使激光器發(fā)射的小部分激光信號進入FP標準具的鎖定通道，另一個光路使大氣后向散射信號進入FP標準具的信號通道。因為，進入鎖定通道的散射光的強度比大氣后向散射光的強度大，提高了頻率鎖定效率，提高了測量精度，同時，由于鎖定通道的光信號強度大，故可以減小FP標準具的鎖定通道的口徑，進而減小FP標準具的口徑，降低了 FP標準具的加工成本。而且，由于一路單獨的光路通向FP標準具的鎖定通道，且鎖定通道的口徑較小，光路行走中干涉部分較小，因此，光路系統(tǒng)較簡單，有利于光路的調(diào)節(jié)。請參見圖2，圖2為本申請實施例提供的光路接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，光路接收系統(tǒng)主要用于接收大氣后向散射光信號，并使大氣后向散射光信號按照要求經(jīng)過頻率鑒頻器后被探測器探測。具體的，激光器發(fā)射的激光大部分進入大氣，只有小部分被第一光耦合器1耦合進光纖2中，然后經(jīng)過第一準直鏡3擴束成平行光束，光束經(jīng)過第一濾光片4過濾后的出射光，經(jīng)過第一分光鏡5分成出射光和反射光兩束光，其中，出射光束，被第一反射鏡6反射進 FP標準具的鎖定通道L，從鎖定通道L出射的光束，經(jīng)過第二反射鏡7反射進第一聚焦透鏡 8聚焦，進而被第一模擬探測器9探測；經(jīng)過第一分光鏡5分光后的反射光，被第三反光鏡10反射進第二聚焦透鏡11聚焦，進而被第二模擬探測器12探測。激光器發(fā)射向大氣的激光，遇到大氣分子產(chǎn)生后向散射，大氣后向散射光經(jīng)過第二光耦合器13耦合進光纖14中，經(jīng)過第二準直鏡15擴束成平行光束，光束經(jīng)過第二濾光片16過濾后的出射光經(jīng)過第二分光鏡17后分成出射光和反射光兩束光，其中反射光經(jīng)過第三分光鏡18后的反射光經(jīng)過第四反光鏡19進入FP標準具的第一信號通道El，經(jīng)過第一信號通道El后的出射光經(jīng)過第五反射鏡20進入第三聚焦透鏡21聚焦，進而被第一光子探測器22探測；經(jīng)過第三分光鏡18后的出射光經(jīng)第六反射鏡23及第七反射鏡M進入FP標準具的第二信號通道E2，從所述第二信號通道E2出射的光信號經(jīng)過第八反射鏡25進入第四聚焦透鏡26，被第二光子探測器27探測；經(jīng)過第二分光鏡17后的出射光，經(jīng)過第九反射鏡28進入第五聚焦透鏡四聚焦， 進而被第三光子探測器30探測。通過本實施例提供的光路接收系統(tǒng)，實現(xiàn)了通向FP標準具的鎖定通道和信號通道的兩個光路之間的分離獨立，而且，由于鎖定通道的光信號是來自激光器的光，這部分光信號的強度比大氣后向散射光信號強度強得多。請參見圖3a-圖3d，圖3a為本申請實施例，圖北為本申請實施例一種FP標準具的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖，圖3c為本申請實施例一種FP標準具的俯視接收示意圖，圖3d為圖3c 中A的放大示意圖，F(xiàn)P標準具包括兩個平行放置的剝離平板，通過在剝離平板上相應(yīng)厚度的介質(zhì)膜改變FP標準具的腔長，其中第一信號通道El和第二信號通道E2位于FP標準具口徑的中心線上，鎖定通道L位于第一信號通道El和第二信號通道E2的上方，且鎖定通道的口徑小于第一信號通道El和第二信號通道E2的口徑，在達到探測精度的條件下盡量減少了整個標準具的口徑，降低了 FP標準具的成本。
由圖北-圖3d，可以看出第一信號通道El所在處的介質(zhì)膜的厚度大于鎖定通道 L所在處的介質(zhì)膜，第二信號通道E2所在處未鍍介質(zhì)膜，這樣，將信號通道與鎖定通道分離開，減少了信號的損失，提高了探測信號的信噪比，同時，能夠在風場測量時監(jiān)測FP標準具相對于激光頻率的位置，達到時時鎖頻的效果，提高了探測精度。其中FP標準具三個通道透過率曲線如圖5所示，Edge 1 filter代表FP標準具的信號通道1的透過率示意曲線，Edge 2 filter代表FP標準具的信號通道2的透過率示意曲線，Locking filter代表FP標準具的鎖定通道L的透過率示意曲線，laser代表激光器發(fā)射激光曲線，Aerosol spectrum和Rayleigh spectrum代表大氣后向散射的回波曲線， 這個曲線代表了風速測量的基本原理。請參見圖4，圖4為本申請實施例，探測采集系統(tǒng)包括光子采集卡301、模擬采集卡302 ；控制系統(tǒng)主要包括控制器模塊401、門控電路402、標準具控制箱403。具體的，光子采集卡301可以通過MCS-PCI采集卡實現(xiàn)，可以包括與第一光子探測器22相連的第一光子采集卡、與第二光子探測器27相連的第二光子采集卡，以及與第三光子探測器30相連的第三光子采集卡，三個采集卡的輸出端均與控制器模塊401相連，用于將采集得到的光信號提供給控制器模塊401。模擬采集卡302，包括分別于第一模擬探測器、第二模擬探測器相連的兩個輸入通道，用于采集第一模擬探測器、第二模擬探測器探測得到的光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號提供給控制器模塊401。門控電路402，用于在控制器模塊401的控制作用下產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，觸發(fā)第一光電探測器22、第二光電探測器27、第三光電探測器30、光子采集卡301及模擬采集卡進入工作狀態(tài)?？刂破髂K401根據(jù)模擬采集卡302提供的鎖定通道的透過率，計算得到FP標準具腔長相應(yīng)變化的步長，并通過標準具控制箱403調(diào)節(jié)所述FP標準具的腔長，即調(diào)整FP標準具三個通道對應(yīng)激光頻率的位置，使得激光器發(fā)射的激光，始終在FP標準具的兩個信號通道透過率曲線的交叉位置。同時，控制器模塊401根據(jù)通過光子采集卡301得到數(shù)據(jù)是兩個信號通道的光子數(shù)形式的數(shù)據(jù)，但是因光多普勒因素這兩個通道光子強度是變化的，利用光子強度的變化來反演出大氣的多普勒頻率移動量，進而反演出徑向風速。所述標準具控制箱403通過RS232串行接口與控制器模塊401相連，所述FP標準具通過壓電晶體調(diào)節(jié)標準具的腔長。利用本申請實施例提供的多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，能夠得到的大氣風場廓線，圖6a為利用多普勒測風激光雷達接收系統(tǒng)在激光雷達中測得的風速與氣球的對比廓線示意圖，圖中DWL(doppler wind lidar，多普勒測風激光雷達)為利用本申請?zhí)峁┑亩嗥绽諟y風激光雷達接收系統(tǒng)在激光雷達系統(tǒng)中測得的風速數(shù)據(jù)；balloon為氣球測得的風速數(shù)據(jù)，由圖可以很清楚的看到兩者能夠很好的符合。圖6b為利用多普勒測風激光雷達接收系統(tǒng)在激光雷達系統(tǒng)中測得的風向與氣球的對比輪廓線示意圖，DffL為利用本申請?zhí)峁┑亩嗥绽諟y風激光雷達接收系統(tǒng)在激光雷達系統(tǒng)中測得的風向數(shù)據(jù)；balloon為氣球測得的風向數(shù)據(jù)，由圖可以很清楚的看到兩者能夠很好的符合。圖7a和圖7b是在激光能量較小的情況下及不同時間段，利用本接收機系統(tǒng)在激激光雷達系統(tǒng)中測得的風廓線圖和風廓線雷達系統(tǒng)測得的風場廓線圖的對比，圖7a是 00:20AM on 25Nov 2009測得的數(shù)據(jù)，圖7b是在0040AMon 25Nov 2009測得的數(shù)據(jù)，兩圖中DffL為利用本申請?zhí)峁┑亩嗥绽諟y風激光雷達接收系統(tǒng)在激光雷達系統(tǒng)中測得的風速數(shù)據(jù)，WPR(wind profile radar，微波風廓線雷達)為利用風廓線雷達測得的風場速度數(shù)據(jù)。從兩圖中可以看出兩種測量方式得到的廓線基本一致，說明本申請?zhí)峁┑亩嗥绽諟y風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)也可以測量大氣低層以氣溶膠散射為主的后向散射信號。本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，即可以理解并實施。以上所述僅是本申請的具體實施方式
，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，包括接收光路系統(tǒng)、FP標準具、探測采集系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，其中所述FP標準具包括兩個信號通道和一個鎖定通道，兩個信號通道并列位于該FP標準具口徑的中心線上，所述鎖定通道位于所述信號通道的上方，且該鎖定通道的直徑小于所述信號通道的直徑；所述接收光路系統(tǒng)包括鎖定通道光路和信號通道兩個相對獨立的光路，以及光信號探測部，其中激光器出射的小部分激光，經(jīng)過所述鎖定通道光路中的第一光耦合器、第一分光鏡，進入所述FP標準具中的鎖定通道；大氣后向散射光經(jīng)過信號通道光路中的第二光耦合器、第二分光鏡及第三分光鏡，分別耦合進所述FP標準具的兩個信號通道；光信號探測部通過多個光電探測器探測得到經(jīng)過所述FP標準具各個通道的光信號， 提供給所述探測采集系統(tǒng)；所述探測采集系統(tǒng)，通過光子采集卡采集所述光子探測器探測得到的所述信號通道的光信號，提供給所述控制系統(tǒng)，通過模擬采集卡采集所述鎖定通道的光信號，提供給所述控制系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)，根據(jù)兩個信號通道的光信號強度反演出大氣多普勒頻率移動；根據(jù)鎖定通道的光信號，計算得到鎖定通道的透過率，并根據(jù)所述透過率調(diào)整所述FP標準具的腔長，使得所述激光器出射激光頻率位于所述FP標準具的兩個信號通道的透過率曲線的交叉位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，所述接收光路系統(tǒng)具體包括激光器出射的小部分光信號經(jīng)過第一光耦合器耦合進光纖，經(jīng)過第一準直鏡擴束成平行光束，由干涉濾光片過濾背景光，經(jīng)過第一分光鏡的出射光束被第一反射鏡反射進所述鎖定通道，從所述鎖定通道出射的光束，經(jīng)過第二反射鏡反射進第一聚焦透鏡后被第一模擬探測器探測；所述第一分光鏡的反射光束被第三反射鏡反射進第二聚焦透鏡被第二模擬探測器探測；大氣后向散射光經(jīng)過第二光耦合器耦合進光纖，通過第二準直鏡擴束成平行光束，經(jīng)過濾光片過濾背景光后，經(jīng)過第二分光鏡后的反射光束經(jīng)第三分光鏡后的反射光束，經(jīng)過第四反射鏡進入所述FP標準具的第一信號通道，再經(jīng)過第五反射鏡被第三聚焦透鏡，被第一光子探測器探測；經(jīng)過第三分光鏡后的透射光束，經(jīng)過第六反射鏡及第七反射鏡進入所述FP標準具的第二信號通道，再經(jīng)過第八反射鏡進入第四聚焦透鏡被第二光子探測器探測；經(jīng)過第二分光鏡后的透射光束，經(jīng)過第九反射鏡進入第五聚焦透鏡被第三光子探測器探測。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，所述FP標準具包括兩個平行設(shè)置的玻璃平板，通過在玻璃平板上鍍上相應(yīng)厚度的介質(zhì)膜改變FP標準具的腔長，第一信號通道的介質(zhì)膜比鎖定通道的介質(zhì)膜厚度大，第二信號通道未鍍介質(zhì)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，所述探測采集系統(tǒng)包括光子采集卡和模擬采集卡，其中所述光子采集卡包括與所述第一光子探測器相連第一光子采集卡、與第二光子探測器相連的第二光子采集卡，以及與第三光子探測器相連的第三光子采集卡；所述模擬采集卡的兩輸入端分別與所述第一模擬探測器及第二模擬探測器相連，輸出端通過PCI總線與所述控制系統(tǒng)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括控制器模塊；與所述控制器模塊相連的門控電路，用于觸發(fā)第一光子探測器、第二光子探測器、第三光子探測器、光子采集卡及模擬采集卡工作；通過RS232串行接口與所述控制器模塊相連的標準具控制箱；所述控制器模塊根據(jù)模擬采集卡提供的鎖定通道的透過率，計算出所述FP標準具腔長相應(yīng)變化的步長，并通過所述標準具控制箱調(diào)節(jié)所述FP標準具的腔長。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，所述FP標準具內(nèi)部通過壓電晶體調(diào)節(jié)腔長。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，其特征在于，所述光子采集卡為MCS-PCI采集卡。
全文摘要
本申請公開了一種多普勒測風激光雷達光學(xué)接收系統(tǒng)，采用兩個獨立的光路，即通過第一耦合器采集激光器出射的小部分光，經(jīng)過分光鏡、反光鏡等光學(xué)元件進入所述FP標準具的鎖定通道；通過第二耦合器采集大氣后向散射光，經(jīng)過分光鏡、反光鏡等光學(xué)元件進入所述FP標準具的兩個信號通道，因為鎖定通道的光信號來自激光器出光口處的散射光，減少了信號通道的光信號損失，而且這部分散射光的強度比大氣后向散射光的強度大，提高了頻率鎖定效率，提高了大氣風場測量精度，同時，可以減小FP標準具的鎖定通道的口徑，大大降低了FP標準具的加工成本，且光路系統(tǒng)較簡單，有利于光路的調(diào)節(jié)。
文檔編號G01S17/95GK102226842SQ20111007452
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者夏海云, 孫東松, 竇賢康, 舒志峰, 薛向輝, 陳廷娣 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)