【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于激光雷達，特別涉及一種瑞利測風激光雷達的鑒頻方法及系統。
技術介紹
1、鑒頻器是非相干瑞利測風激光雷達的核心部件，用于檢測大氣分子瑞利散射大氣回波信號的多普勒頻移量，實現風速的測量。目前主要利用雙通道或三通道的法布里-珀羅干涉儀作為檢測大氣分子瑞利散射大氣回波信號的多普勒頻移量的鑒頻器。為了實現與激光頻率的鎖定，要求法布里-珀羅干涉儀的鑒頻器具有精密的腔長調諧功能，并且在腔長調諧過程中，兩個干涉腔鏡保持并行，具有很高的技術門檻。
2、目前國內主要在研究干涉儀濾波器和原子分子濾波器兩種技術方案。對于原子分子濾波器，主要是利用合適的原子或分子的吸收譜線的邊緣制作單邊緣鑒頻器，例如中國海洋大學利用碘分子的吸收譜線，中國科學院武漢物理與數學研究所利用鈉原子的吸收譜線。原子分子濾波器決定了這種技術只能應用于某種特定波長的激光雷達中，例如碘分子濾波器主要用于532nm波長等綠光波段，鈉原子濾波器用于589nm波長。由于受到天空背景光和激光技術的限制，利用這兩種鑒頻器的瑞利測風激光雷達在白天的探測性能達到下降。因此現在急需一種瑞利測風激光雷達的鑒頻方法及系統。
技術實現思路
1、針對上述問題，本申請公開了一種瑞利測風激光雷達的鑒頻方法及系統。
2、一種瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，包括以下步驟：
3、分時向大氣中發射雙頻率激光，接收所述雙頻率激光與大氣分子發生相互作用后的大氣回波信號；
4、將所述大氣回波信號通過分光鏡分別導入能量探測通
5、獲取所述雙頻率激光通過所述能量探測通道的信號強度和所述雙頻率激光通過布里-珀羅干涉儀通道的信號強度；
6、通過所述雙頻率激光通過能量探測器通道和法布里-珀羅干涉儀通道后的信號強度，獲得多普勒頻移量。
7、進一步地，所述雙頻激光的頻率對應鎖定在第一預設值和第二預設值上，且第一預設值和第二預設值關于法布里-珀羅干涉儀中心頻率對稱，所述雙頻率激光分時交替輸入到法布里-珀羅干涉儀通道內；
8、其中所述法布里-珀羅干涉儀為單通道法布里-珀羅干涉儀，并且中心波長不可調諧。
9、進一步地，所述通過所述雙頻率激光通過法布里-珀羅干涉儀后的信號強度，獲得多普勒頻移量具體包括以下步驟：
10、通過模擬仿真，基于瑞利測風激光雷達探測的性能參數、所述雙頻率激光的頻率值、法布里-珀羅干涉儀的透過率函數獲得響應函數查找表；
11、基于實際測量中所述雙頻激光通過能量探測通道的信號強度和通過法布里-珀羅干涉儀通道后的信號強度，計算得到響應函數；
12、使用所述響應函數在所述響應函數查找表中查找獲得多普勒頻移量。
13、進一步地，所述通過模擬仿真，基于瑞利測風激光雷達探測的性能參數、所述雙頻率激光的頻率值、法布里-珀羅干涉儀的透過率函數獲得響應函數查找表，包括：
14、在模擬仿真條件下，獲取基于瑞利測風激光雷達探測的性能參數條件下所述雙頻率激光對應的大氣回波信號；
15、基于所述大氣回波信號獲取所述雙頻率激光所在能量探測通道內的信號強度ie，i；基于所述大氣回波信號和所述法布里-珀羅干涉儀的透過率函數獲得通過法布里-珀羅干涉儀后的信號強度ir，i；
16、基于所述信號強度ie，i和信號強度ir，i獲取響應函數查找表。
17、進一步地，所述在模擬仿真條件下，獲取基于瑞利測風激光雷達探測的性能參數條件下所述雙頻率激光對應的大氣回波信號，包括：
18、獲取瑞利測風激光雷達望遠鏡接收到垂直高度z～z+δz之間的大氣回波信號，為：
19、
20、式中：m為脈沖累積數；g(z)是激光雷達的幾何重疊因子；η0為發射和接收光學單元的總透過率；η為探測器的量子效率；e0為發射激光脈沖能量；λl為發射激光波長；h＝6.626×10-34j為普朗克常量；c＝3×108m/s為光速；a0為接收望遠鏡的接收面積；z為垂直高度；δz為垂直距離分辨率；βm(λl,z)和βr(λl,z)分別為大氣分子和氣溶膠后向散射系數；α＝αm+αr為總的消光系數，αm為大氣分子消光系數，αr為氣溶膠消光系數。
21、進一步地，所述基于所述大氣回波信號獲取所述雙頻率激光所在能量探測通道內的信號強度ie，i；基于所述大氣回波信號和所述法布里-珀羅干涉儀的透過率函數獲得通過法布里-珀羅干涉儀后的信號強度ir，i，包括：
22、基于所述大氣回波信號獲取所述雙頻率激光所在能量探測通道內的信號強度ie，i，基于所述大氣回波信號和所述法布里-珀羅干涉儀的透過率函數獲得通過法布里-珀羅干涉儀后的信號強度ir，i，信號強度ie，i和信號強度ir，i的表達式為：
23、ie,i＝a2ii?(2)
24、ir,i＝a1iitr,i(3)
25、其中，a1，a2為校準常數，分別為分光鏡的透射率校準常數和反射率校準常數，其中fr,i(v)為在雙頻激光作用下瑞利散射增寬譜線；h為法布里-珀羅干涉儀的透過率曲線；表示卷積，i＝1,2，v為回波信號頻率。
26、本申請還公開了另一種專利技術構思，一種瑞利測風激光雷達的鑒頻系統，所述鑒頻系統包括發射單元、接收單元和數據處理單元；
27、所述發射單元用于分時向大氣發射兩種頻率的激光；
28、所述接收單元包括第一分光鏡、能量探測通道和法布里-珀羅干涉儀通道；
29、所述第一分光鏡用于將接收到的大氣回波信號分別導入能量探測通道和法布里-珀羅干涉儀通道；
30、所述數據處理單元分別于發射單元和接收單元連接，用于執行上述所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法。
31、進一步地，所述鑒頻系統還包括鎖頻單元，所述鎖頻單元包括第二光纖，所述第二光纖的兩端分別與發射單元和接收單元連接，所述鎖頻單元用于將所述雙頻激光的頻率對應鎖定在第一預設值和第二預設值上，且分時交替輸入到法布里-珀羅干涉儀通道內。
32、進一步地，所述法布里-珀羅干涉儀通道包括依次設置的法布里-珀羅干涉儀、第一濾光片、第一聚焦透鏡和第一光電倍增管，所述第一光電倍增管與所述數據處理單元連接；
33、所述能量探測通道包括依次設置的第二濾光片、第二聚焦透鏡和第二光電倍增管，所述第二光電倍增管與所述數據處理單元連接。
34、進一步地，所述發射單元還包括第二分光鏡、能量監測模塊和頻率監測模塊，所述第二分光鏡用于將激光器發射的激光導入所述能量監測模塊和頻率監測模塊，所述能量監測模塊和頻率監測模塊與所述數據處理單元連接。
35、有益效果：
36、(1)技術實施性：利用雙通道或三通道的法布里-珀羅干涉儀作為檢測大氣分子瑞利散射大氣回波信號的多普勒頻移量的鑒頻系統，為了實現與激光頻率的鎖定，要求法布里-珀羅干涉儀的鑒頻器具有精密的腔長調諧功能，并且在腔長調諧過程中，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
4.根據權利要求3所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
5.根據權利要求4所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
6.根據權利要求5所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
7.一種瑞利測風激光雷達的鑒頻系統，其特征在于，
8.根據權利要求7所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻系統，其特征在于，所述鑒頻系統還包括鎖頻單元，所述鎖頻單元包括第二光纖，所述第二光纖的兩端分別與發射單元和接收單元連接，所述鎖頻單元用于將所述雙頻激光的頻率對應鎖定在第一預設值和第二預設值上，且分時交替輸入到法布里-珀羅干涉儀通道內。
9.根據權利要求7所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻系統，其特征在于，
10.根據權利要求7所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻系統，其特征在于，
【技術特征摘要】
1.一種瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
4.根據權利要求3所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
5.根據權利要求4所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
6.根據權利要求5所述的瑞利測風激光雷達的鑒頻方法，其特征在于，
7.一種瑞利測風激...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳德成，時威，李乘，鄧遷，
申請(專利權)人：中國科學院合肥物質科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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