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专利号: 2022113218786
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种大气多参数探测多功能激光雷达,其特征在于,包括激光产生模块、脉冲调制模块、放大模块、信号收发模块、偏振控制模块、信号拍频模块、信号采集模块、大气多参数反演模块、多功能应用模块;

所述激光产生模块包括激光器和保偏分束器,脉冲调制模块包括脉冲调制器和信号发生器,放大模块包括放大器,信号收发模块包括发射望远镜和接收望远镜,偏振控制模块包括偏振控制器,信号拍频模块包括耦合器和平衡探测器,信号采集模块包括信号采集系统,大气多参数反演模块包括大气多参数反演系统,多功能应用模块包括多功能应用模块;

所述激光器的输出端和保偏分束器的输入端连接,保偏分束器的输出端和脉冲调制器输入端连接,模拟信号发生器的的输出端和脉冲调制器输入端连接,脉冲调制器输出端和放大器输入连接,放大器输出端和发射望远镜输入连接,发射望远镜将激光出射到大气中;

所述保偏分束器的输出端和耦合器的输入端连接,接收望远镜输出端和偏振控制器的输入端连接,偏振控制器的输出端和耦合器的输入端连接,耦合器的输出端和平衡探测器的输入端连接,平衡探测器的输出端和信号采集系统的输入端连接,信号采集系统的输出端和大气多参数反演系统的输入端连接,大气多参数反演系统的输出端连接和多功能应用模块的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种大气多参数探测多功能激光雷达,其特征在于,所述多功能激光雷达包括3种探测模式。

3.根据权利要求2所述的一种大气多参数探测多功能激光雷达,其特征在于,第一种探测模式用于包括风场探测、气溶胶探测、能见度探测、云探测和雨探测,第二种探测模式为米级分辨率采集模式,用于包括飞机尾流、空气动力学应用领域,第三种探测模式为偏振探测,用于包括污染物识别和分类、云层相态分析。

4.根据权利要求1所述的一种大气多参数探测多功能激光雷达,其特征在于,所述激光产生模块用于产生频率稳定的连续光信号并进行分束成2束连续光;

所述脉冲调制模块用于对激光产生模块输入的连续光信号进行脉冲调制;

所述放大模块用于放大脉冲调制模块产生的脉冲激光信号;

所述信号收发模块用于将激光脉冲信号通过第一输出端发射至大气,同时通过第二输入端接收大气回波信号;

所述偏振控制模块用于将输入激光的振动方向旋转90度;

所述信号拍频模块用于将大气回波信号与本振光进行相干叠加并转换为电信号;

所述信号采集模块用于将信号拍频模块输入的电信号通过快速傅里叶变换,获得原始信号功率谱;

所述大气多参数反演模块用于将信号采集模块输入的原始信号功率谱,反演出大气多参数,包括信噪比、多普勒速度、谱宽、偏度、退偏比、消光系数、能见度、湍流耗散率、湍流折射率常数、风切变强度;

所述多功能应用模块用于将反演的大气多参数用于异味溯源、导弹发射、风切变预警、气溶胶、空气污染、云雾雨雪探测应用。

5.根据权利要求4所述的一种大气多参数探测多功能激光雷达,其特征在于,所述脉冲调制模块在第二种探测模式下的脉冲调制信号为包括可选脉冲相关对序列、脉冲编码序列、相位/强度编码序列的其中一种,在第一种探测模式和第三种探测模式下的脉冲调制信号为高斯脉冲信号。

6.根据权利要求4所述的一种大气多参数探测多功能激光雷达,其特征在于,所述偏振控制模块在第三种探测模式下工作,在第一种探测模式和第二种探测模式下不工作。

7.根据权利要求1所述的一种大气多参数探测多功能激光雷达,其特征在于,所述偏振控制器交替的将慢轴信号旋转到快轴,将快轴的信号的旋转至慢轴。

8.根据权利要求1所述的一种大气多参数探测多功能激光雷达,其特征在于,所述耦合器为50:50输入和输出,除接收望远镜外,激光均沿着慢轴传播,快轴截止,接收望远镜快轴和慢轴同时工作。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种大气多参数探测多功能激光雷达,其特征在于,所述多功能激光雷达的使用方法包括以下步骤:S1、根据采集到的信号原始功率谱,提取其基本功率谱参数信噪比、第一多普勒速度、谱宽、偏度;

S2、信噪比反演后消光系数、能见度、退偏比;

S3、根据谱宽和偏度对功率谱进行分类和分离;

S4、根据第二多普勒速度,反演二维风场、风廓线;

S5、根据反演二维风场、风廓线,计算湍流耗散率、风切变强度等参数。