本實用新型專利技術涉及一種基于激光多普勒聯合閃爍的測風裝置，該裝置通過光纖激光器、分束器、光信號調制模塊、環形器、耦合器、平衡探測器和光學天線，測得經過大氣中自然出現的氣溶膠顆粒、空氣分子或大氣湍流等產生的具有多普勒頻移的后向散射的第一回波信號，通過光學鏡頭、多象限探測器，測得經調制光強起伏變化并反射的第二回波信號，信號處理單元接收相關信號，通過分析多普勒頻移與物體徑向運動速度關系分析得到徑向風速，分析光強產生相同起伏趨勢的時間相關性得到橫向風速，兩者結合則是完整的真實風速信息，直接測量出目標處的風速的三個分量。三個分量。三個分量。
【技術實現步驟摘要】
一種基于激光多普勒聯合閃爍的測風裝置
[0001]本技術涉及激光雷達的
，特別是涉及一種基于激光多普勒聯合閃爍的測風裝置。
技術介紹
[0002]風力工程和氣象學領域的研究人員和工業需要對大氣邊界層湍流進行廣泛而準確的測量，以便更好地了解其在廣泛的陸上和海上應用中的作用，包括風資源評估，風力渦輪機尾流，天氣預報，污染物運輸，城市氣候研究等。遙感技術，特別是激光雷達(Lidar)技術，由于其與傳統氣象桅桿相比，在任何類型的地形中運輸、安裝和操作方面都具有靈活性，因此在研究大氣湍流方面越來越受歡迎。然而，激光雷達技術要取代傳統氣象桅桿，最重要的是能夠在很長一段時間內以足夠高的精度測量風速和湍流，而不必在準確性或數據可用性方面做出重大妥協。
[0003]目前，激光雷達，主要是采用多普勒測風技術，稱為多普勒測風激光雷達。多普勒測風激光雷達有兩種類型，掃描式和固定式，掃描式式測量三維風矢量；固定式測量垂直風的垂直剖面。在掃描模式下，是通過速度方位顯示技術(VAD)，例如圍繞垂直軸以20
°
的最低點進行錐步
?
凝視掃描；在固定模式下，是通過多普勒光束擺動技術(DBS)，激光束固定一個方向，如測量LiDAR上方風速的垂直剖面。VAD和DBS技術都需要計算來得到LiDAR測量的徑向風速的速度矢量。兩種技術都假定在測量高度處的區域上具有水平均勻性。這種假設對于復雜的地形無效，因此導致測量中的不確定性更高。
[0004]如圖1所示，雖然與VAD和DBS技術相比，同步測量三個掃描多普勒測風激光雷達在空間的某一點測量大氣湍流風矢量三個分量，可以獲得更可靠風速。但是這個方法，激光束必須在空間中的所需點相交，并且它們的方向必須是非共面的，這樣的三角關系可以在任何坐標系中重建速度矢量。使用三個具有相交光束的同步多普勒激光雷達似乎是目前在空間中某個點準確提供速度矢量的三個分量的時間序列的唯一可行方法，以便可以計算湍流動力學(TKE)，湍流應力和速度光譜等湍流統計數據。但是，這樣部署三個LiDAR可能會顯著增加成本，從而使這種方法對風能開發商的吸引力降低。此外，在復雜的地形或具有自然或人為障礙物的地點適當地放置三個LiDAR可能會帶來重大挑戰。
技術實現思路
[0005]基于此，本技術的目的在于提供一種基于激光多普勒聯合閃爍的測風裝置，通過多普勒測風模塊得到徑向風速，閃爍測風模塊得到橫向的平面風速信息，兩者結合則是完整的真實風速信息，直接測量目標處的風速的三個分量，而不是平均風速。
[0006]本技術提供一種基于激光多普勒聯合閃爍的測風裝置，包括：
[0007]光纖激光器、分束器、光信號調制模塊、環形器、耦合器、平衡探測器和光學天線，所述光纖激光器的輸出端與所述分束器的輸入端光纖連接，所述分束器的第一輸出端與所述光信號調制模塊的輸入端光纖連接，所述分束器的第二輸出端與所述耦合器的第一輸入
端光纖連接，所述光信號調制模塊的輸出端與所述環形器的第一端口光纖連接，所述環形器的第二端口與所述光學天線的輸入端光纖連接，所述環形器的第三端口與所述耦合器的第二輸入端光纖連接，所述耦合器的輸出端與所述平衡探測器的輸入端光纖連接；
[0008]還包括光學鏡頭、多象限探測器和信號處理單元，所述光學鏡頭與所述光學天線相鄰設置，且所述光學鏡頭與所述多象限探測器的輸入端光纖連接，所述信號處理單元分別與所述平衡探測器和所述多象限探測器的信號輸出端電連接；
[0009]所述光纖激光器用于產生的激光，并發送至所述分束器，所述分束器用于將所述激光分成兩束相同的初始光信號，并將兩束初始光信號分別送至所述光信號調制模塊和所述耦合器，所述光信號調制模塊用于調整第一束初始光信號的參數，所述環形器用于將所述第一束初始光信號傳輸至所述光學天線，所述光學天線用于發射第一束初始光信號，并接收經過大氣中自然出現的氣溶膠顆粒、空氣分子或大氣湍流等產生的具有多普勒頻移的后向散射的第一回波信號，所述耦合器用于接收所述第一回波信號和第二束初始光信號，并使兩者相互干涉，形成干涉信號，所述平衡探測器用于接收所述干涉信號，并輸出第一電信號，所述光學鏡頭用于聚焦經調制光強起伏變化并反射的第二回波信號于所述多象限探測器上成像，所述多象限探測器用于將第二回波信號轉換為第二電信號，所述信號處理單元用于接收所述第一電信號并根據所述第一電信號計算確定測量目標位置的徑向風速和第一回波信號的飛行時間以得到激光測量的目標距離，和接收所述第二電信號并計算確定測量目標位置的橫向風速和第二回波信號的飛行時間以得到激光測量的目標距離。
[0010]進一步地，所述光信號調制模塊包括聲光調制器和光纖放大器，所述聲光調制器的輸入端與所述分束器的第一輸出端光纖連接，所述聲光調制器的輸出端與所述光纖放大器的輸入端光纖連接，所述光纖放大器的輸出端與所述環形器的第一端口光纖連接，所述聲光調制器用于將改變光信號的相位，所述光纖放大器用于放大光信號的功率。
[0011]進一步地，所述光纖放大器為摻鉺光纖放大器。
[0012]進一步地，所述光纖激光器為窄線寬的單頻光纖激光器。
[0013]進一步地，所述多象限探測器為四象限探測器或八象限探測器。
[0014]進一步地，所述多象限探測器為大接收面積的面陣探測器。
[0015]與現有技術相比，本技術提供的基于激光多普勒聯合閃爍的測風裝置具有以下優勢：
[0016]1、該測風裝置通過光學天線發射一次測量光束，同時激發平衡探測器和多象限探測器探測，獲得徑向風速和橫向風速信息，徑向風速和橫向風速結合則是完整風速信息，因此該測風裝置可直接測量具體目標地點的完整風速信息。
[0017]2、該測風裝置共用信號處理單元，共用激光器和光學天線發射光束，降低成本和體積，系統集成度高。
附圖說明
[0018]圖1為現有技術的多普勒測風激光雷達的測量示意圖。
[0019]圖2為本申請實施例提供的一種基于激光多普勒聯合閃爍的測風裝置的結構示意圖。
[0020]圖中：10、信號處理單元；11、光纖激光器；12、分束器；13、聲光調制器；14、光纖放
大器；15、環形器；16、光學天線；17、耦合器；18、平衡探測器；19、多象限探測器；20、光學鏡頭。
具體實施方式
[0021]以下是本技術的具體實施例并結合附圖，對本技術的技術方案作進一步的描述，但本技術并不限于這些實施例。
[0022]在本技術的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本技術的限制。
[0023]需要說明的是，當元件被稱為“固本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于激光多普勒聯合閃爍的測風裝置，其特征在于，包括：光纖激光器、分束器、光信號調制模塊、環形器、耦合器、平衡探測器和光學天線，所述光纖激光器的輸出端與所述分束器的輸入端光纖連接，所述分束器的第一輸出端與所述光信號調制模塊的輸入端光纖連接，所述分束器的第二輸出端與所述耦合器的第一輸入端光纖連接，所述光信號調制模塊的輸出端與所述環形器的第一端口光纖連接，所述環形器的第二端口與所述光學天線的輸入端光纖連接，所述環形器的第三端口與所述耦合器的第二輸入端光纖連接，所述耦合器的輸出端與所述平衡探測器的輸入端光纖連接；還包括光學鏡頭、多象限探測器和信號處理單元，所述光學鏡頭與所述光學天線相鄰設置，且所述光學鏡頭與所述多象限探測器的輸入端光纖連接，所述信號處理單元分別與所述平衡探測器和所述多象限探測器的信號輸出端電連接；所述光纖激光器用于產生的激光，并發送至所述分束器，所述分束器用于將所述激光分成兩束相同的初始光信號，并將兩束初始光信號分別送至所述光信號調制模塊和所述耦合器，所述光信號調制模塊用于調整第一束初始光信號的參數，所述環形器用于將所述第一束初始光信號傳輸至所述光學天線，所述光學天線用于發射第一束初始光信號，并接收經過大氣中自然出現的氣溶膠顆粒、空氣分子或大氣湍流產生的具有多普勒頻移的后向散射的第一回波信號，所述耦合器用于接收所述第一回波信號和第二束初始光信號，并使兩者相互干涉，形成干涉信號，所述平衡探測器...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭維振，周穎，陸怡思，
申請(專利權)人：北京杏林睿光科技有限公司，
類型：新型
國別省市：
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