CN102213763A - 基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法 - Google Patents
基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102213763A CN102213763A CN2011100900590A CN201110090059A CN102213763A CN 102213763 A CN102213763 A CN 102213763A CN 2011100900590 A CN2011100900590 A CN 2011100900590A CN 201110090059 A CN201110090059 A CN 201110090059A CN 102213763 A CN102213763 A CN 102213763A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- incident
- convex lens
- light
- mode
- target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法,涉及相干多普勒测风激光雷达***,它解决了现有方法探测距离小、探测精度低的问题。***:锁模激光器发出的光分为一号透射光和一号反射光,一号透射光经一号凹透镜、一号凸透镜、偏振片、1/4波片、二号凹透镜、二号凸透镜后聚焦至目标并反射,反射光分为二号透射光和二号反射光,二号反射光入射至混频器;二号透射光入射至二号探测器;一号反射光经分束片分为三号透射光和三号反射光,三号反射光入射至混频器;三号透射光入射至一号探测器。方法:二号反射光与三号反射光混频、检波后获得目标速度;分析三号透射光和二号透射光的时间差,实现对目标的测距。本发明适用于对目标的测距。
Description
技术领域
本发明涉及一种相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法。
背景技术
激光外差探测是一种高灵敏度的探测技术,在测距、测速、制导、跟踪等领域有着广泛的应用。在外差探测中,激光雷达和传统的微波雷达具有各自优势,激光雷达具有更小的传输孔径,可以获得高的空间分辨力;微波雷达技术成熟,抗大气干扰能力强,能够全天候工作,因此有人尝试把激光雷达和微波雷达结合起来,将射频波段的信号调制到激光束上,产生了用激光作为探测媒介,信号处理采用微波雷达技术的光载波雷达(lidar-radar)模型,但是现有光载波雷达采用的光源为单纵模激光器,它需要再进行腔外调制,雷达***复杂性较高,光学调整难度较大,因此导致探测距离较小、探测精度较低。而采用锁模激光器作为光源发生装置还未见记载。
发明内容
本发明解决了现有采用单纵模激光器作为激光雷达***的光源导致探测距离小、探测精度低的问题,从而提供了一种基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法。
基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***,它包括锁模激光器、一号分束片、一号凹透镜、一号凸透镜、偏振片、1/4波片、二号凹透镜、二号凸透镜、二号分束片、三号分束片、三号凸透镜、四号凸透镜、一号探测器、二号探测器、混频器、包络检波器和示波器,锁模激光器发出的光束经一号分束片分为一号透射光束和一号反射光束,所述一号透射光束入射至一号凹透镜,并经一号凹透镜扩束后入射至一号凸透镜,经一号凸透镜透射后入射至偏振片,经偏振片透射后入射至1/4波片,经1/4波片透射后入射至二号凹透镜,经二号凹透镜扩束后入射至二号凸透镜,经二号凸透镜聚焦至待测目标,经待测目标反射形成的反射光束沿入射光路返回,直到入射至偏振片后,经该偏振片反射后入射至三号分束片,经三号分束片分为二号透射光束和二号反射光束,所述二号反射光束入射至混频器的光输入端;二号透射光束入射至四号凸透镜,经四号凸透镜聚焦至二号探测器的光输入端;一号反射光束入射至二号分束片,经二号分束片分为三号透射光束和三号反射光束,三号反射光束入射至混频器的光输入端;三号透射光束入射至三号凸透镜,经三号凸透镜聚焦至一号探测器的光输入端,所述一号探测器的电信号输出端与示波器的一号电信号输入端连接;二号探测器的电信号输出端与示波器的二号电信号输入端连接;混频器用于将输入的两束光进行混频,所述混频器的混频光束输出端与包络检波器的混频光束输入端连接;包络检波器的检波信号输出端与示波器检波信号输入端连接。
基于上述***的基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距方法,它由以下步骤实现:
步骤一、混频器将二号反射光束与三号反射光束进行混频,获得混频后的光束;
步骤二、采用包络检波器对步骤一获得的混频后的光束进行检波,获得检波后波形;
步骤三、采用示波器分析步骤二获得的检波后波形的周期,获得待测目标的反射光的多普勒频移,进而获得待测目标的速度信息;
步骤四、采用一号探测器和二号探测器分别探测三号透射光和二号透射光,并采用示波器分析三号透射光和二号透射光的时间差,并根据步骤三获得的待测目标的速度信息,从而获得待测目标的距离,实现对待测目标的测距。
有益效果:本发明采用锁模激光器作为***光源,利用锁模脉冲进行光混频,计算出大气中气溶胶的多普勒频移,从而判断出大气中风速,然后利用发射信号和回波信号的时间差来计算探测目标的距离,探测距离远、探测精度高,并且集发射、接收于一体,大幅度简化了***结构。
附图说明
图1是本发明的***的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式,基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***,它包括锁模激光器1、一号分束片2、一号凹透镜3、一号凸透镜4、偏振片5、1/4波片6、二号凹透镜7、二号凸透镜8、二号分束片9、三号分束片10、三号凸透镜11、四号凸透镜12、一号探测器13、二号探测器14、混频器15、包络检波器16和示波器17,锁模激光器1发出的光束经一号分束片2分为一号透射光束和一号反射光束,所述一号透射光束入射至一号凹透镜3,并经一号凹透镜3扩束后入射至一号凸透镜4,经一号凸透镜4透射后入射至偏振片5,经偏振片5透射后入射至1/4波片6,经1/4波片6透射后入射至二号凹透镜7,经二号凹透镜7扩束后入射至二号凸透镜8,经二号凸透镜8聚焦至待测目标18,经待测目标18反射形成的反射光束沿入射光路返回,直到入射至偏振片5后,经该偏振片5反射后入射至三号分束片10,经三号分束片10分为二号透射光束和二号反射光束,所述二号反射光束入射至混频器15的光输入端;二号透射光束入射至四号凸透镜12,经四号凸透镜12聚焦至二号探测器14的光输入端;一号反射光束入射至二号分束片9,经二号分束片9分为三号透射光束和三号反射光束,三号反射光束入射至混频器15的光输入端;三号透射光束入射至三号凸透镜11,经三号凸透镜11聚焦至一号探测器13的光输入端,所述一号探测器13的电信号输出端与示波器17的一号电信号输入端连接;二号探测器14的电信号输出端与示波器17的二号电信号输入端连接;混频器15用于将输入的两束光进行混频,所述混频器15的混频光束输出端与包络检波器16的混频光束输入端连接;包络检波器16的检波信号输出端与示波器17检波信号输入端连接。
具体实施方式二、本具体实施方式一所述的基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***的区别在于,锁模激光器1发出的光束为输出波长为1064nm、包络脉宽为170ns、单脉冲宽度百皮秒量级、重复频率为100MHz的激光光束。
本实施方式中的锁模激光器1采用主被动锁模Nd:YAG脉冲激光器。偏振片5采用多层介质膜偏振片。
具体实施方式三、本具体实施方式一所述的基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***的区别在于,一号探测器13和二号探测器14均为PIN光电探测器。
具体实施方式四、基于具体实施方式一所述的基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***的基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距方法,它由以下步骤实现:
步骤一、混频器15将二号反射光束与三号反射光束进行混频,获得混频后的光束;
步骤二、采用包络检波器16对步骤一获得的混频后的光束进行检波,获得检波后波形;
步骤三、采用示波器17分析步骤二获得的检波后波形的周期,获得待测目标反射光的多普勒频移,进而获得待测目标的速度信息;
步骤四、采用一号探测器13和二号探测器14分别探测三号透射光和二号透射光,并采用示波器17分析三号透射光和二号透射光的时间差,并根据步骤三获得的待测目标的速度信息,从而获得待测目标的距离,实现对待测目标的测距。
工作原理:激光在大气中传输的回波信号与***本征光信号通过混频器15产生差频频率信号,通过包络检波器16检出差频信号,差频频率信号大小即等于回波信号的多普勒频移,通过测量差频信号可以计算风速大小。相干多普勒激光雷达就是利用光混频技术实现测风的。本发明利用锁模脉冲进行光混频,以及发射信号和回波信号的时间差来计算物体的距离。本发明探测方法:锁模激光器1输出的光由一号分束片2分出一部分至二号分束片9,二号分束片9分出一小部分由三号凸透镜11会聚到一号探测器13上,大部分光由二号分束片9反射至混频器15中;
锁模激光器1输出的光透过一号分束片2的部分由一号凹透镜3和一号凸透镜4组成的扩束***扩束数倍;
偏振片5和1/4波片6组成隔离***用于提取目标反射回来的光。信号提取原理是:发射的激光和目标反射的反射光两次通过1/4波片6偏振态旋转90度,反射光再次到达偏振片5时就由原来的透射变为反射;
二号凹透镜7和二号凸透镜8是组成望远镜***,通过改变二号凹透镜7和二号凸透镜8之间的距离,焦点可由零至无穷远处扫描;
当激光遇到空气中的气溶胶粒子,发生后向散射,此时,二号凹透镜7和二号凸透镜8作为接收***,偏振片5和1/4波片6组成隔离***提取出目标反射回来的光,二号分束片9分出一部分光经四号凸透镜12把光会聚到二号探测器14上,另一部分光反射至混频器15中与二号分束片9反射的光进行混频;
混频后的光经包络检波器16检波后由示波器17分析出包络周期,从而计算出多普勒频移,获知目标的速度信息。
同时记录下一号探测器13和二号探测器14的探测波形,示波器17分析一号探测器13和二号探测器14探测发射前的激光和反射回来的激光的时间差,因此就可计算目标的距离。
Claims (4)
1.基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***,其特征是:它包括锁模激光器(1)、一号分束片(2)、一号凹透镜(3)、一号凸透镜(4)、偏振片(5)、1/4波片(6)、二号凹透镜(7)、二号凸透镜(8)、二号分束片(9)、三号分束片(10)、三号凸透镜(11)、四号凸透镜(12)、一号探测器(13)、二号探测器(14)、混频器(15)、包络检波器(16)和示波器(17),锁模激光器(1)发出的光束经一号分束片(2)分为一号透射光束和一号反射光束,所述一号透射光束入射至一号凹透镜(3),并经一号凹透镜(3)扩束后入射至一号凸透镜(4),经一号凸透镜(4)透射后入射至偏振片(5),经偏振片(5)透射后入射至1/4波片(6),经1/4波片(6)透射后入射至二号凹透镜(7),经二号凹透镜(7)扩束后入射至二号凸透镜(8),经二号凸透镜(8)聚焦至待测目标(18),经待测目标(18)反射形成的反射光束沿入射光路返回,直到入射至偏振片(5)后,经该偏振片(5)反射后入射至三号分束片(10),经三号分束片(10)分为二号透射光束和二号反射光束,所述二号反射光束入射至混频器(15)的光输入端;二号透射光束入射至四号凸透镜(12),经四号凸透镜(12)聚焦至二号探测器(14)的光输入端;一号反射光束入射至二号分束片(9),经二号分束片(9)分为三号透射光束和三号反射光束,三号反射光束入射至混频器(15)的光输入端;三号透射光束入射至三号凸透镜(11),经三号凸透镜(11)聚焦至一号探测器(13)的光输入端,所述一号探测器(13)的电信号输出端与示波器(17)的一号电信号输入端连接;二号探测器(14)的电信号输出端与示波器(17)的二号电信号输入端连接;混频器(15)用于将输入的两束光进行混频,所述混频器(15)的混频光束输出端与包络检波器(16)的混频光束输入端连接;包络检波器(16)的检波信号输出端与示波器(17)检波信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达***,其特征在于锁模激光器(1)发出的光束为输出波长为1064nm、包络脉宽为170ns、单脉冲宽度百皮秒量级、重复频率为100MHz的激光光束。
3.根据权利要求1所述的基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达***,其特征在于一号探测器(13)和二号探测器(14)均为PIN光电探测器。
4.基于权利要求1所述的基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***的基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距方法,其特征是:它由以下步骤实现:
步骤一、混频器(15)将二号反射光束与三号反射光束进行混频,获得混频后的光束;
步骤二、采用包络检波器(16)对步骤一获得的混频后的光束进行检波,获得检波后波形;
步骤三、采用示波器(17)分析步骤二获得的检波后波形的周期,获得待测目标的反射光的多普勒频移,进而获得待测目标的速度信息;
步骤四、采用一号探测器(13)和二号探测器(14)分别探测三号透射光和二号透射光,并采用示波器(17)分析三号透射光和二号透射光的时间差,并根据步骤三获得的待测目标的速度信息,从而获得待测目标的距离,实现对目标的测距。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2011100900590A CN102213763A (zh) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | 基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2011100900590A CN102213763A (zh) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | 基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102213763A true CN102213763A (zh) | 2011-10-12 |
Family
ID=44745154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2011100900590A Pending CN102213763A (zh) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | 基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102213763A (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103163530A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-06-19 | 哈尔滨工业大学 | 相位调制直接探测激光多普勒测速仪及其测速方法 |
CN103592652A (zh) * | 2013-11-01 | 2014-02-19 | 盐城师范学院 | 基于单固体fp标准具四边缘技术的双频率多普勒激光雷达测量*** |
CN106054159A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-10-26 | 北京航空航天大学 | 一种多普勒信号的瞬时频率提取方法 |
CN106646427A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-05-10 | 中国科学技术大学 | 一种低散射噪声的光学望远镜 |
CN108226947A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-06-29 | 哈尔滨工业大学 | 基于最佳孔径滤除噪声的涡旋光测距*** |
WO2022188687A1 (zh) * | 2021-03-09 | 2022-09-15 | 华为技术有限公司 | 一种探测装置、探测器、激光雷达及终端设备 |
WO2023065327A1 (zh) * | 2021-10-22 | 2023-04-27 | 华为技术有限公司 | 探测***和终端设备 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1740817A (zh) * | 2005-09-22 | 2006-03-01 | 哈尔滨工程大学 | 受激布里渊散射激光雷达水下隐身物体探测***及方法 |
CN101825710A (zh) * | 2009-12-24 | 2010-09-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达*** |
-
2011
- 2011-04-11 CN CN2011100900590A patent/CN102213763A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1740817A (zh) * | 2005-09-22 | 2006-03-01 | 哈尔滨工程大学 | 受激布里渊散射激光雷达水下隐身物体探测***及方法 |
CN101825710A (zh) * | 2009-12-24 | 2010-09-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种2μm全光纤相干激光多普勒测风雷达*** |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
王建银: "连续外差激光多普勒测风雷达", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》, no. 5, 15 May 2008 (2008-05-15) * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103163530A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-06-19 | 哈尔滨工业大学 | 相位调制直接探测激光多普勒测速仪及其测速方法 |
CN103163530B (zh) * | 2013-04-02 | 2014-10-15 | 哈尔滨工业大学 | 相位调制直接探测激光多普勒测速仪及其测速方法 |
CN103592652A (zh) * | 2013-11-01 | 2014-02-19 | 盐城师范学院 | 基于单固体fp标准具四边缘技术的双频率多普勒激光雷达测量*** |
CN103592652B (zh) * | 2013-11-01 | 2017-04-05 | 盐城师范学院 | 基于单固体fp标准具四边缘技术的双频率多普勒激光雷达测量*** |
CN106054159A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-10-26 | 北京航空航天大学 | 一种多普勒信号的瞬时频率提取方法 |
CN106054159B (zh) * | 2016-05-12 | 2018-09-11 | 北京航空航天大学 | 一种多普勒信号的瞬时频率提取方法 |
CN106646427A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-05-10 | 中国科学技术大学 | 一种低散射噪声的光学望远镜 |
CN106646427B (zh) * | 2016-09-27 | 2019-05-17 | 中国科学技术大学 | 一种低散射噪声的光学望远镜 |
CN108226947A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-06-29 | 哈尔滨工业大学 | 基于最佳孔径滤除噪声的涡旋光测距*** |
WO2022188687A1 (zh) * | 2021-03-09 | 2022-09-15 | 华为技术有限公司 | 一种探测装置、探测器、激光雷达及终端设备 |
WO2023065327A1 (zh) * | 2021-10-22 | 2023-04-27 | 华为技术有限公司 | 探测***和终端设备 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102213763A (zh) | 基于锁模激光器的相干多普勒测风激光雷达测距***及测距方法 | |
US20160377721A1 (en) | Beat signal bandwidth compression method, apparatus, and applications | |
CN109164430A (zh) | 利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的***及方法 | |
CN102288972B (zh) | 三波长实时定标激光雷达装置 | |
CN100478704C (zh) | Ld抽运固体激光器混沌激光测距的装置及方法 | |
CN102707331B (zh) | 基于偏振的收发一体化亚纳秒脉冲激光探测*** | |
CN102608079B (zh) | 一种远程激光诱导等离子体光谱探测方法 | |
CN113383246B (zh) | 一种fmcw激光雷达*** | |
CN103364790A (zh) | 基于波形时域配准分析的脉冲激光测距***和方法 | |
CN101750154B (zh) | 激光信噪比探测装置 | |
CN103900681A (zh) | 一种扫描激光振动测量*** | |
CN105068087A (zh) | 相干光路的分子散射多普勒激光雷达 | |
CN105974396A (zh) | 基于双标准具的测速方法及测速*** | |
CN111708004A (zh) | 一种新型激光测距方法及激光雷达*** | |
CN204705715U (zh) | 一种紧凑的超短脉冲激光远程测距*** | |
CN203720351U (zh) | 精确测定物体角度和角速度的激光雷达测量仪 | |
CN104111450B (zh) | 一种利用双脉冲探测目标微多普勒特征的方法及*** | |
CN208443765U (zh) | 半导体瞬态x射线非线性光学效应测试装置 | |
CN110350390A (zh) | 一种宽谱带声光移频激光器 | |
CN112946688B (zh) | 新型光子计数激光雷达3d成像方法及装置 | |
CN109459741B (zh) | 一种用于激光雷达***的测量调试装置 | |
CN103926576B (zh) | 合成孔径激光成像雷达距离向成像散斑效应抑制方法 | |
CN201637848U (zh) | 基于线阵apd探测器的激光扫描三维成像雷达 | |
CN109115707A (zh) | 一种瞬态吸收检测***和方法 | |
CN201348539Y (zh) | 激光信噪比探测装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111012 |