利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2024103558653
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:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种相干测风激光雷达回波信号标定系统,其特征在于,包括:种子激光器(1)、声光调制器(2)、光纤放大器(3)、光学收发望远镜(4)、分束器(5)、单模光纤耦合器(6)、多模光纤耦合器(7)、第一滤波器(8)、第二滤波器(9)、第一探测器(10)、第二探测器(11)、第一采集卡(12)、第二采集卡(13);

所述种子激光器(1)的输出端与声光调制器(2)的输入端连接,声光调制器(2)的输出端与光纤放大器(3)的输入端连接,光纤放大器(3)的输出端与光学收发望远镜(4)的发射端连接,光学收发望远镜(4)的接收端与分束器(5)的输入端连接,分束器(5)的输出端A与单模光纤耦合器(6)连接,单模光纤耦合器(6)的输出端与第一滤波器(8)连接,第一滤波器(8)与第一探测器(10)连接,第一探测器(10)与第一采集卡(12)连接;分束器(5)的输出端B、多模光纤耦合器(7)、第二滤波器(9)、第二探测器(11)、第二采集卡(13)依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种相干测风激光雷达回波信号标定系统,其特征在于,所述种子激光器(1)发射激光波长为1550nm。

3.根据权利要求1所述的一种相干测风激光雷达回波信号标定系统,其特征在于,所述分束器(5)为3dB分束器,将回波信号等分为50:50的两束。

4.根据权利要求1所述的一种相干测风激光雷达回波信号标定系统,其特征在于,所述单模光纤耦合器(6)纤芯直径为8‑10微米。

5.根据权利要求1所述的一种相干测风激光雷达回波信号标定系统,其特征在于,所述多模光纤耦合器(7)纤芯直径为50‑62.5微米。

6.根据权利要求1所述的一种相干测风激光雷达回波信号标定系统,其特征在于,所述第一探测器(10)、第二探测器(11)为双通道单光子探测器。

7.根据权利要求1所述的一种相干测风激光雷达回波信号标定系统,其特征在于,第一滤波器(8)、第二滤波器(9)为干涉滤波片,带宽为0.1nm。

8.根据权利要求1所述的一种相干测风激光雷达回波信号标定系统,其特征在于,所述声光调制器(2)将连续激光调制为脉冲光,脉冲宽度为100ns 800ns,同时具有80MHz频移。

~

9.一种相干测风激光雷达回波信号标定系统的设计方法,其特征在于,包括以下步骤:S1种子激光器输出连续激光,经过声光调制器被调制为脉冲光后,由光纤放大器放大,最后经过光学收发望远镜的发射端向大气中出射;

S2不同距离处的大气回波信号通过光学收发望远镜的接收端接收后,经过分束器被分成两束,分别通过单模/多模耦合器耦合进入单模/多模光纤,经滤波片过滤背景光噪声后,由探测器进行光电转换并由采集卡采集电信号;

S3将大量脉冲的回波信号进行累积平均,分别得到单模光纤通道和多模光纤通道的平均大气回波信号强度,分别记为 和 ;

S4计算单模/多模光纤回波信号的比值 ,即得到单模

光纤耦合效率,根据相干效率 与单模光纤耦合效率 的等价关系得到相干激光雷达相干效率随距离的变化曲线 。

10.根据权利要求9所述的一种相干测风激光雷达回波信号标定系统的设计方法,其特征在于,所述步骤S4中,根据脉冲激光雷达方程,单模/多模光纤通道回波信号公式如下:;

其中, 表示单模/多模光纤通道, 是有效接收面积, 是发射脉冲能量,是几何重叠因子, 是光纤耦合效率, 是量子效率, 是气溶胶体积后向散射系数, 是往返大气传输透过率,h是普朗克常数,v是光频率,c是光速;

光纤耦合效率为耦合到接收光纤中的平均功率与耦合器孔径平面中的平均功率之比,根据多模光纤接收信号的面积大于单模光纤,则耦合效率为: ,得到的单模光纤耦合效率公式如下:

根据单模光纤耦合效率与相干效率的理论计算公式证明:

则得到相干效率随距离的变化曲线: