用于平流层载具上操作的连续波激光雷达风速传感器的制作方法

文档序号:20012622发布日期:2020-02-22 04:33阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种连续波激光雷达风速传感器系统,包括:

第一发光结构,设置为在空间中的第一方向上发送信号光;

第二发光结构,设置为产生本振光,所述本振光的波长与所述信号光的波长相差预定波长;

接收器,设置为接收来自空间中的所述第一方向的光;以及

第一光混合器,用于将所接收的光与所述本振光混合。

2.根据权利要求1所述的连续波激光雷达风速传感器系统,其中,所述光源包括单模蓝色激光器,并且其中,所述预定波长对应于预定微波频率。

3.根据权利要求1所述的连续波激光雷达风速传感器系统,其中,所述发光结构设置为在空间的第二方向上发送所述信号光;并且其中,所述接收器设置为接收来自空间中的所述第二方向的光;所述系统包括第二光混合器,该第二光混合器设置为将从所述第二方向接收的光与所述本振光混合。

4.根据权利要求3所述的连续波激光雷达风速传感器系统,包括:指向所述第一方向的第一输出和指向所述第二方向的第二输出;信号光开关,将所述信号光可控地导向所述第一输出或所述第二输出;以及本振光开关,用于同步地将所述本振光导向所述第一光混合器或所述第二光混合器。

5.根据权利要求3所述的连续波激光雷达风速传感器系统,包括:第一大功率输出光纤和第二大功率输出光纤,所述第一大功率输出光纤设置为通过发射透镜沿所述第一方向输出光,所述第二大功率输出光纤设置为通过所述发射透镜沿所述第二方向输出光。

6.根据权利要求5所述的连续波激光雷达风速传感器系统,包括:第一输出镜,设置为将由所述第一大功率输出光纤输出的光导向所述发射透镜;和第二输出镜,设置为将由所述第二大功率输出光纤输出的光导向所述发射透镜。

7.根据权利要求5所述的连续波激光雷达风速传感器系统,其中,所述发射透镜是菲涅耳透镜。

8.根据权利要求6所述的连续波激光雷达风速传感器系统,包括:输入透镜;第一输入镜,设置为将从所述第一方向打到所述输入透镜的光导向所述第一光混合器的输入;以及第二输入镜,设置为将从所述第二方向打到所述输入透镜的光导向所述第二光混合器的输入。

9.根据权利要求8所述的连续波激光雷达风速传感器系统,其中,所述输入透镜是菲涅耳透镜。

10.根据权利要求5所述的连续波激光雷达风速传感器系统,其中,所述输入透镜和所述发射透镜是共面且不同的。

11.根据权利要求1所述的连续波激光雷达风速传感器系统,其中,由所述第二发光结构产生的本振光的波长受光子锁相环控制,该光子锁相环包括:环光混合器,用于将所述信号光的一部分与所述本振光的一部分混合;和光电二极管,用于测量所述信号光与所述本振光的波长差的外差。

12.根据权利要求1所述的连续波激光雷达风速传感器系统,其中,所述混合器包括:至少第一采集区域和第二采集区域,设置为从所述接收器分别接收沿空间中的所述第一方向从第一距离和第二距离反向散射的光。

13.根据权利要求1所述的连续波激光雷达风速传感器系统,其中,

所述接收器包括:光栅输入耦合器,设置为从空间中的所述第一方向接收所述光,并且设置为将所接收的光导入第一波导中;

所述光混合器包括:耦合到所述第一波导的第二波导,所述第二波导设置为接收所述本振光;以及第一光栅输出耦合器和第二光栅输出耦合器,用于在所述耦合的下游发射由所述第一波导和所述第二波导输出的第一光信号和第二光信号。

14.根据权利要求13所述的连续波激光雷达风速传感器系统,其中,所述第一波导和所述第二波导以及所述光栅形成在sin层中,sin层本身形成在sio2层上。

15.根据权利要求13所述的连续波激光雷达风速传感器系统,还包括:第一平衡光电检测器和第二平衡光电检测器,设置为分别接收由所述第一光栅输出耦合器和所述第二光栅输出耦合器发射的所述第一光信号和所述第二光信号;以及放大器,用于减去第一光电检测器和第二光电检测器的输出。

16.根据权利要求15所述的连续波激光雷达风速传感器系统,还包括:第一带通滤波器和第二带通滤波器,设置为仅使由所述放大器输出的信号在对称地设置在所述预定微波频率之上和之下的两个预定带宽中通过。

17.根据权利要求16所述的连续波激光雷达风速传感器系统,还包括:积分器,用于随时间对由所述第一带通滤波器和所述第二带通滤波器输出的信号进行积分;和处理器,用于根据由所述第一带通滤波器和所述第二带通滤波器输出的积分信号之间的差确定所述第一方向上的空气速度。

18.一种激光雷达空气速度测绘装置,具有多个固定方向激光雷达,每个固定方向激光雷达设置为:在预定方向上发送光信号;从所述预定方向接收反向散射光;以及基于所接收到的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度;其中,每个所述固定方向激光雷达指向不同的预定方向;

激光雷达测绘装置设置为基于由每个所述固定方向激光雷达确定的空气速度来生成激光雷达测绘装置周围的空间中的空气速度的图。

19.根据权利要求18所述的激光雷达空气速度测绘装置,其中,每个固定方向激光雷达是:

连续波外差激光雷达系统,该系统包括:

第一光源,设置为向空间中的至少第一方向发送信号光;

第二发光结构,设置为产生本振光,所述本振光的波长与所述信号光的波长相差预定波长;

接收器,设置为接收来自空间中的所述第一方向的光;以及

光混合器,用于将所接收的光与所述本振光混合。

20.一种创建风速图的方法,该方法包括:

对于多个预定方向中的每一个,从预定位置沿预定方向发送光信号;

从所述预定方向接收反向散射光;以及基于所接收到的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度;

所述方法还包括:基于针对每个方向确定的空气速度,生成所述预定位置周围的空间中的空气速度的图。

21.根据权利要求20的方法,其中,所述从所述预定方向接收反向散射光包括:在所述预定位置处,从预定数量的距离从所述预定方向接收反向散射光;所述方法还包括:使用所述反向散射光来确定在所述预定数量的距离中的每个距离处在所述预定方向上的空气速度。

22.根据权利要求20的方法,其中,所述基于所接收到的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度包括:将所接收到的反向散射光与本振光混合,所述本振光的波长与所述信号光的波长相差预定波长。

23.根据权利要求22的方法,其中,所述基于所接收到的反向散射光确定所述预定方向上的空气速度还包括:

测量沿着围绕与所述预定波长对应的频率对称设置的一对窄频带的光混合的功率;

对所述一对频带处的功率测量结果进行积分;以及根据所述一对频带处的积分的功率测量结果之间的差计算所述空气速度。

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