本公開(kāi)屬于激光雷達(dá)探測(cè)大氣領(lǐng)域，特別涉及一種便攜式全自動(dòng)微脈沖測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)。

技術(shù)背景

近地層大氣風(fēng)場(chǎng)的探測(cè)對(duì)短期氣象預(yù)報(bào)、軍事國(guó)防、航空安全預(yù)警、風(fēng)能評(píng)估等諸多方面都有重要意義。采用激光雷達(dá)對(duì)近地層風(fēng)速測(cè)量，可以彌補(bǔ)微波雷達(dá)在晴空時(shí)探測(cè)的不足，同時(shí)在測(cè)量時(shí)可以得到較高的風(fēng)速測(cè)量精度和距離分辨率。為了適應(yīng)復(fù)雜多變的測(cè)量要求，便攜式相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，本公開(kāi)揭示了一種便攜式全自動(dòng)微脈沖測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

工控機(jī)、波形驅(qū)動(dòng)器、主振蕩激光器、放大級(jí)激光器、收發(fā)光學(xué)器、2×2光纖耦合器、平衡式探測(cè)器；

所述工控機(jī)為所述系統(tǒng)的控制中心；

所述系統(tǒng)通過(guò)用戶(hù)對(duì)工控機(jī)發(fā)送遠(yuǎn)程指令，從而對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和上電進(jìn)行控制；

所述波形驅(qū)動(dòng)器用于產(chǎn)生重復(fù)頻率為10k～20khz，高電平寬度為100～500ns的電信號(hào)波形；

所述主振蕩激光器用于產(chǎn)生連續(xù)的本振光和種子激光，并且所述主振蕩激光器根據(jù)波形驅(qū)動(dòng)器的波形將種子激光調(diào)制為脈沖激光；

所述主振蕩激光器將產(chǎn)生的脈沖激光發(fā)送給放大級(jí)激光器，將所產(chǎn)生的連續(xù)本振光發(fā)送給2×2光纖耦合器；

所述放大級(jí)激光器用于將接收到的脈沖激光進(jìn)行放大并輸出至收發(fā)光學(xué)器；

所述收發(fā)光學(xué)器用于接收大氣中氣溶膠粒子對(duì)放大級(jí)激光器輸出的脈沖激光的后向散射回波光信號(hào)，輸出所述后向散射回波光信號(hào)至放大激光器，并從放大激光器輸出至2×2光纖耦合器；

所述2×2光纖耦合器用于對(duì)連續(xù)本振光和后向散射回波光信號(hào)進(jìn)行混合，并將混合后的光信號(hào)輸出至平衡式探測(cè)器；

所述平衡式探測(cè)器用于探測(cè)所述混合后的光信號(hào)，并將探測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將所述電信號(hào)進(jìn)行輸出。本公開(kāi)的有益效果在于：

1、本公開(kāi)采用人眼安全的全光纖激光器和全光纖器件，系統(tǒng)體積小(≤500×500×300mm)、重量輕(≤30kg)、功耗低(運(yùn)行功耗≤100w，待機(jī)功耗≤10w)、環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)(工作環(huán)境溫度：0℃-40℃，防水)，便于單人攜帶部署，易于維護(hù)；系統(tǒng)上電全自動(dòng)運(yùn)行，適合非專(zhuān)業(yè)人士操作；系統(tǒng)通過(guò)北斗通信系統(tǒng)與控制中心通信，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程配置和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)獲取測(cè)量結(jié)果。

2、本公開(kāi)具有高度分辨率可調(diào)(50—300m)、風(fēng)速測(cè)量精度高(風(fēng)速精度：≤1m/s、風(fēng)向精度：≤±10°)、時(shí)間分辨率高(≤3s)等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例中一種便攜式全自動(dòng)微脈沖相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)框圖；

其中：1-主振蕩激光器，1-1為種子激光器、1-2為一分二光纖分束器、1-3為聲光調(diào)制器，2-放大級(jí)激光器，2-1為光纖放大器，2-2為光纖環(huán)形器，3-收發(fā)光學(xué)器，3-1為擴(kuò)束鏡、3-2為望遠(yuǎn)鏡，3-3為楔形掃描鏡，4-波形驅(qū)動(dòng)器，5為2×2光纖耦合器，6-平衡式探測(cè)器，7-掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，8-工控機(jī)，9-采集處理電路，10-串口開(kāi)關(guān)模塊，11-電子羅盤(pán)，12-北斗通訊模塊；

圖2(a)為本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例中收發(fā)光學(xué)器對(duì)脈沖激光實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)和掃描功能原理圖；

圖2(b)為本公開(kāi)一個(gè)實(shí)施例中掃描電機(jī)、楔形鏡和電子羅盤(pán)裝配角度示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1-2附圖及具體實(shí)施方式詳細(xì)介紹本公開(kāi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)揭示了一種便攜式全自動(dòng)微脈沖測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

工控機(jī)、波形驅(qū)動(dòng)器、主振蕩激光器、放大級(jí)激光器、收發(fā)光學(xué)器、2×2光纖耦合器、平衡式探測(cè)器；

所述工控機(jī)為所述系統(tǒng)的控制中心；

所述系統(tǒng)通過(guò)用戶(hù)對(duì)工控機(jī)發(fā)送遠(yuǎn)程指令，從而對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和上電進(jìn)行控制；

所述波形驅(qū)動(dòng)器用于產(chǎn)生重復(fù)頻率為10k～20khz，高電平寬度為100～500ns的電信號(hào)波形；

所述主振蕩激光器用于產(chǎn)生連續(xù)的本振光和種子激光，并且所述主振蕩激光器根據(jù)波形驅(qū)動(dòng)器的波形將種子激光調(diào)制為脈沖激光；

所述主振蕩激光器將產(chǎn)生的脈沖激光發(fā)送給放大級(jí)激光器，將所產(chǎn)生的連續(xù)本振光發(fā)送給2×2光纖耦合器；

所述放大級(jí)激光器用于將接收到的脈沖激光進(jìn)行放大并輸出至收發(fā)光學(xué)器；

所述收發(fā)光學(xué)器用于接收大氣中氣溶膠粒子對(duì)放大級(jí)激光器輸出的脈沖激光的后向散射回波光信號(hào)，輸出所述后向散射回波光信號(hào)至放大激光器，并從放大激光器輸出至2×2光纖耦合器。

所述2×2光纖耦合器用于對(duì)連續(xù)本振光和后向散射回波光信號(hào)進(jìn)行混合，并將混合后的光信號(hào)輸出至平衡式探測(cè)器；

所述平衡式探測(cè)器用于探測(cè)所述混合后的光信號(hào)，并將探測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出。

更優(yōu)的，所述系統(tǒng)還包括北斗通訊模塊；

所述北斗通訊模塊用于充當(dāng)用戶(hù)和工控機(jī)之間進(jìn)行信息交互的媒介。

本實(shí)施例的目的是填補(bǔ)國(guó)內(nèi)便攜式相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的空缺，提供一套基于波長(zhǎng)為1.55μm的全光纖器件的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要特點(diǎn)有：體積小、重量輕、功耗低，適合單人攜帶、部署；單脈沖能量低，且位于人眼安全波段；具有上電全自動(dòng)運(yùn)行功能、錯(cuò)誤自檢排除功能；可以通過(guò)北斗通信模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程配置，以獲取不同探測(cè)高度、不同高度分辨率的矢量風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，矢量風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)亦可通過(guò)北斗通信模塊遠(yuǎn)程傳輸。

本公開(kāi)所述的系統(tǒng)全自動(dòng)上電，通過(guò)用戶(hù)遠(yuǎn)程發(fā)送指令進(jìn)行系統(tǒng)上電，指令發(fā)送后系統(tǒng)根據(jù)默認(rèn)配置參數(shù)運(yùn)行，同樣，用戶(hù)也可以遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)，設(shè)置參數(shù)包括探測(cè)的距離分辨率、探測(cè)距離、工作時(shí)間等。用戶(hù)發(fā)送指令開(kāi)始測(cè)量后，北斗通信模塊接收到指令傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)通過(guò)串口開(kāi)關(guān)模塊，分別啟動(dòng)激光器、采集卡、探測(cè)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊，運(yùn)行在工控機(jī)上的主控程序等待所有模塊上電成功且狀態(tài)穩(wěn)定(主要是激光器能量穩(wěn)定需要幾秒鐘的時(shí)間，取決于激光器)后，根據(jù)默認(rèn)采集參數(shù)或者用戶(hù)通過(guò)北斗通信模塊發(fā)送的采集參數(shù)設(shè)置采集卡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，獲取結(jié)果后工控機(jī)將結(jié)果通過(guò)北斗通信模塊發(fā)送給用戶(hù)。本公開(kāi)的全自動(dòng)運(yùn)行主要通過(guò)運(yùn)行在工控機(jī)上的主控程序?qū)崿F(xiàn)的。

本公開(kāi)所述的系統(tǒng)采用了全光纖的激光器和全光纖的中繼光學(xué)系統(tǒng)，相比于固體激光器和自由空間中繼光路，集成度更高、重量更輕、體積也更小。

本公開(kāi)所述的系統(tǒng)在非采集狀態(tài)下通過(guò)串口開(kāi)關(guān)模塊關(guān)閉耗電量高的激光器、采集卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等模塊，只保留工控機(jī)和北斗通信模塊處于工作狀態(tài)。同時(shí)，由于采用了全光纖激光器，電光轉(zhuǎn)換效率更高。

如圖1所示：所述系統(tǒng)包含工控機(jī)、主振蕩激光器、波形驅(qū)動(dòng)器、放大級(jí)激光器、收發(fā)光學(xué)器、2×2光纖耦合器、平衡式探測(cè)器、北斗通信模塊。

所述工控機(jī)包括8個(gè)端口，端口1與所述波形驅(qū)動(dòng)器端口1相連，端口2與所述波形驅(qū)動(dòng)器端口1相連，端口3與所述放大級(jí)激光器端口1相連，端口4與所述采集處理電路端口1相連，、端口7與所述北斗通信模塊端口1相連。

所述主振蕩激光器包含4個(gè)端口，端口1與所述工控機(jī)端口2相連，端口2與所述波形驅(qū)動(dòng)器端口2相連，端口3與所述放大級(jí)激光器端口2相連，端口4與所述2×2光纖耦合器端口1相連。

所述波形驅(qū)動(dòng)器包含兩個(gè)端口，端口1與所述工控機(jī)端口1相連，端口2與所述主振蕩激光器端口2相連。所述波形驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的波形取決于激光器特性，通常為三角波。

所述放大級(jí)激光器包含4個(gè)端口，端口1與所述工控機(jī)端口3相連，端口2與所述主振蕩激光器端口3相連，端口3與所述收發(fā)光學(xué)器端口1相連，端口4與所述2×2光纖耦合器端口2相連。

所述收發(fā)光學(xué)器包含2個(gè)端口，端口1與所述放大級(jí)激光器端口3相連。

所述2×2光纖耦合器包含4個(gè)端口，端口1與所述主振蕩激光器端口4相連，端口2與所述放大級(jí)激光器端口4相連，端口3和4與所述平衡式探測(cè)器端口1和2相連。

所述平衡式探測(cè)器包含3個(gè)端口，端口1和2分別與所述2×2光纖耦合器端口3和4相連。

所述北斗通信模塊包含1個(gè)端口，與工控機(jī)端口7相連。

工控機(jī)8是系統(tǒng)控制中心，采用低功耗、高性能、嵌入式、小型化工控機(jī)。工控機(jī)8與波形驅(qū)動(dòng)器4通過(guò)usb端口相連，控制波形驅(qū)動(dòng)器4產(chǎn)生不同重復(fù)頻率、不同占空比的波形，波形驅(qū)動(dòng)器4與主振蕩激光器1通過(guò)同軸線(xiàn)纜相連，驅(qū)動(dòng)主振蕩激光器1產(chǎn)生不同重復(fù)頻率、脈寬的脈沖激光；工控機(jī)8與主振蕩激光器1通過(guò)串口相連，控制和讀取主振蕩激光器1的工作狀態(tài)；工控機(jī)8與放大級(jí)激光器2通過(guò)串口相連，控制和讀取放大級(jí)激光器2輸出脈沖能量和工作狀態(tài)；工控機(jī)8與北斗通信模塊12通過(guò)串口相連，通過(guò)北斗通信模塊與用戶(hù)進(jìn)行信息交換。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述主振蕩激光器包括：種子激光器、一分二光纖分束器、聲光調(diào)制器；

所述種子激光器用于發(fā)射窄線(xiàn)寬連續(xù)激光，所述窄線(xiàn)寬連續(xù)激光經(jīng)過(guò)一分二光纖分束器分束后，其中一部分輸出至2×2光纖耦合器作為連續(xù)本振光，另一部分輸出至聲光調(diào)制器，作為種子光；

所述聲光調(diào)制器根據(jù)接收到的波形驅(qū)動(dòng)器輸出的波形，將輸入種子光調(diào)制輸出為脈沖激光，所述脈沖激光通過(guò)單模保偏光纖輸出至放大級(jí)激光器。

更優(yōu)的，所述將輸入種子光調(diào)制輸出為脈沖激光具體為：根據(jù)外差探測(cè)原理，對(duì)種子光產(chǎn)生附加移頻量，得到脈沖激光，所述脈沖激光通過(guò)單模保偏光纖輸出至放大級(jí)激光器。

在本實(shí)施例中，如圖1所示：所述主振蕩激光器1包含種子激光器1-1、一分二光纖分束器1-2、聲光調(diào)制器1-3。其中種子激光器1-1發(fā)射窄線(xiàn)寬連續(xù)激光，經(jīng)過(guò)分束器1-2分束后，其中一部分作為連續(xù)本振光輸出至2×2光纖耦合器5，另一路輸出至聲光調(diào)制器1-3；聲光調(diào)制器1-3根據(jù)波形驅(qū)動(dòng)器4輸入波形，將連續(xù)的本振光調(diào)制輸出為脈沖激光，脈沖激光相對(duì)于本振光包含了中頻移頻量，脈沖激光通過(guò)單模保偏光纖輸出至放大級(jí)激光器2。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述放大級(jí)激光器包括：光纖放大器和光纖環(huán)形器；

所述光纖放大器用于放大經(jīng)過(guò)的脈沖激光，并將所述脈沖激光輸送至光纖環(huán)形器；

所述光纖環(huán)形器作為光學(xué)收發(fā)開(kāi)關(guān)，用于將光纖放大器發(fā)射的脈沖激光和大氣中氣溶膠粒子后向散射回波光信號(hào)的分束隔離。

更優(yōu)的，所述光纖環(huán)形器包含三個(gè)端口，第一端口與光纖放大器相連，第二端口和第三端口作為放大級(jí)激光器的輸出端口，分別與收發(fā)光學(xué)器和2×2光纖耦合器相連接；

所述脈沖激光從第一端口進(jìn)入光纖環(huán)形器，從第二端口輸出至收發(fā)光學(xué)器，并從收發(fā)光學(xué)器進(jìn)入大氣中。

在本實(shí)施例中，所述工控機(jī)通過(guò)控制光纖放大器的驅(qū)動(dòng)電流，以控制所述脈沖激光經(jīng)過(guò)光纖放大器后的輸出能量，經(jīng)過(guò)光纖放大器能量放大后的脈沖激光輸出至光纖環(huán)形器；

所述光纖環(huán)形器作為光學(xué)收發(fā)開(kāi)關(guān)，用于放大級(jí)激光器發(fā)射的脈沖激光和大氣中氣溶膠粒子后向散射回波光信號(hào)的分束隔離，其中大氣中的氣溶膠粒子隨著大氣風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，有著與大氣風(fēng)場(chǎng)一樣的速度，該速度在脈沖激光傳輸方向存在速度分量，根據(jù)多普勒效應(yīng)，氣溶膠粒子后向散射回波光信號(hào)與脈沖光之間存在正比于該速度分量的多普勒移頻量(fd)。

在本實(shí)施例中，將所述光纖環(huán)形器集成在放大級(jí)激光器內(nèi)部，使得放大級(jí)激光器允許輸出最大脈沖能量得到提高，進(jìn)而使得整個(gè)系統(tǒng)的探測(cè)距離得以提升。

如圖1所示：所述放大級(jí)激光器2內(nèi)部包含了光纖放大器2-1和光纖環(huán)形器2-2，工控機(jī)8通過(guò)控制光纖放大器2-1的驅(qū)動(dòng)電流，以控制脈沖激光經(jīng)過(guò)光纖放大器2-1后輸出能量，能量放大后的脈沖激光輸出至光纖環(huán)形器2-2。光纖環(huán)形器2-2用于發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)的分束隔離，光纖環(huán)形器2-2包含三個(gè)端口，端口a與光纖放大器2-1相連，端口b和端口c作為放大級(jí)激光器2的輸出端口3和輸出端口4，分別與收發(fā)光學(xué)器3的端口1和2×2光纖耦合器5的端口2相連。放大后的脈沖激光從端口a進(jìn)入光纖環(huán)形器2-2，從端口b輸出至收發(fā)光學(xué)器3；收發(fā)光學(xué)器3接收到的回波信號(hào)從端口b進(jìn)入光纖環(huán)形器2-2，從端口c輸出。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述收發(fā)光學(xué)器包括：擴(kuò)束鏡、望遠(yuǎn)鏡、楔形鏡和掃描電機(jī)；

所述擴(kuò)束鏡用于對(duì)光纖環(huán)形器輸出的脈沖激光進(jìn)行預(yù)擴(kuò)束；

所述望遠(yuǎn)鏡用于壓縮經(jīng)擴(kuò)束鏡后的脈沖激光光束的發(fā)散角；

所述掃描電機(jī)用于改變楔形鏡出射光軸在水平面上的投影角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)楔形鏡發(fā)射的脈沖激光光束在不同方位角上的探測(cè)。

更優(yōu)的，所述擴(kuò)束鏡與光纖環(huán)形器第二端口相連。

更優(yōu)的，所述擴(kuò)束鏡光軸垂直于水平面，與脈沖激光的傳輸方向重合。

更優(yōu)的，所述望遠(yuǎn)鏡光軸與擴(kuò)束鏡光軸重合且垂直于水平面。

更優(yōu)的，所述收發(fā)光學(xué)器為收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，用于接收大氣中氣溶膠粒子對(duì)光纖環(huán)形器輸出的脈沖激光的后向散射回波光信號(hào)，并輸出所述后向散射回波光信號(hào)至光纖環(huán)形器，從光纖環(huán)形器的第三端口輸出至2×2光纖耦合器。

在本實(shí)施例中，所述楔形鏡安裝在掃描電機(jī)上，用于偏轉(zhuǎn)輸入光軸，偏轉(zhuǎn)后的光軸與垂直方向存在15°至40°夾角，在水平面上投影角與掃描電機(jī)原點(diǎn)角一致，即與電子羅盤(pán)正北方向一致，當(dāng)掃描電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光軸在水平面上投影角也會(huì)改變，從而實(shí)現(xiàn)在不同方位角上的探測(cè)。

在本實(shí)施例中，如圖1所示：所述收發(fā)光學(xué)器3包括擴(kuò)束鏡3-1、望遠(yuǎn)鏡3-2和楔形掃描鏡3-3。擴(kuò)束鏡3-1對(duì)放大級(jí)激光器2端口2輸出脈沖光進(jìn)行擴(kuò)束；望遠(yuǎn)鏡3-2進(jìn)一步壓縮光束發(fā)散角；楔形掃描鏡3-3將光束偏轉(zhuǎn)20°，當(dāng)楔形掃描鏡3-3掃描時(shí)，光束可以指向不同方位角。系統(tǒng)采用了收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)光路可逆原理，回波信號(hào)同樣可以耦合進(jìn)入光纖環(huán)形器2-2端口b。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與所述掃描電機(jī)相連接，控制和讀取收發(fā)光學(xué)器發(fā)射的脈沖激光光束的掃描角度，并將所述收發(fā)光學(xué)器發(fā)射的脈沖激光光束的掃描角度發(fā)送給工控機(jī)。

在本實(shí)施例中，如圖1所示：所述掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包含2個(gè)端口，端口1與所述工控機(jī)端口5相連，端口2與所述收發(fā)光學(xué)器端口2相連。具體的：所述掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與收發(fā)光學(xué)器中的掃描電機(jī)相連，控制和讀取發(fā)射光束的掃描角度。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括有電子羅盤(pán)，所述系統(tǒng)根據(jù)電子羅盤(pán)的方位角對(duì)所述掃描電機(jī)的方位角進(jìn)行判斷。

在本實(shí)施例中，電子羅盤(pán)與工控機(jī)通過(guò)串口相連，電子羅盤(pán)水平安裝在系統(tǒng)中，正北指向與發(fā)射光束原點(diǎn)方位角(即收發(fā)光學(xué)器3中的掃描電機(jī)在原點(diǎn)位置時(shí)，發(fā)射光束的方位角)一致。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述2×2光纖耦合器為單模保偏等比例輸出光纖，兩個(gè)輸入端分別與主振蕩激光器和放大級(jí)激光器相連，大氣中氣溶膠粒子的后向散射回波光信號(hào)與連續(xù)本振光在2×2光纖耦合器中混合后，得到后向散射回波光信號(hào)與連續(xù)本振光的差頻信號(hào)，經(jīng)2×2光纖耦合器輸出端口等比例輸出至平衡式探測(cè)器。

更優(yōu)的，所述平衡式探測(cè)器用于將后向散射回波光信號(hào)與連續(xù)本振光的差頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為差頻電信號(hào)，并將所述差頻電信號(hào)輸出至采集處理電路。

在本實(shí)施例中，所述系統(tǒng)基于光相干探測(cè)原理。光相干探測(cè)原理具有接近量子噪聲極限的探測(cè)靈敏度、高信噪比。相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射兩束激光，其中一束是本振光，用于相干探測(cè)；另一束是經(jīng)過(guò)聲光調(diào)制器調(diào)制后的脈沖信號(hào)光，經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡和掃描器發(fā)射到大氣中。氣溶膠粒子的微弱后向散射信號(hào)被望遠(yuǎn)鏡接收后，與本振光相干混頻。不同距離處回波信號(hào)到達(dá)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)時(shí)間不同?；祛l信號(hào)中包含了易被探測(cè)的中頻信號(hào)，中頻信號(hào)的頻率正比于徑向(探測(cè)方向)風(fēng)速大小。通過(guò)掃描裝置獲取不同方位的徑向風(fēng)速，采用矢量合成的方法得到三維風(fēng)場(chǎng)信息。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括有采集處理電路，所述采集處理電路用于接收所述平衡式探測(cè)器輸出電信號(hào)。所述采集處理電路包括信號(hào)處理fpga芯片，所述信號(hào)處理fpga芯片內(nèi)嵌對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的算法，得到差頻信號(hào)的功率譜。

在本實(shí)施例中，在同一方向上多次發(fā)射脈沖，然后分別對(duì)每次發(fā)射后采集得到的信號(hào)進(jìn)行功率譜分析，對(duì)這些功率譜累加求平均，得到功率峰值對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率，該頻率就是f0+δf，包含了多普勒移頻量，根據(jù)多普勒移頻量就可以得到該方向上的徑向風(fēng)速，在不同徑向上探測(cè)然后通過(guò)合成的方式得到矢量風(fēng)速。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括有串口開(kāi)關(guān)模塊，所述串口開(kāi)關(guān)模塊與工控機(jī)相連接。

所述系統(tǒng)需要工作時(shí)，用戶(hù)通過(guò)北斗通信系統(tǒng)遠(yuǎn)程發(fā)送工作指令，工控機(jī)接收到北斗通信模塊的工作指令后，通過(guò)串口開(kāi)關(guān)模塊分別控制波形驅(qū)動(dòng)器、主振蕩激光器、放大級(jí)激光器、掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、平衡探測(cè)器、采集處理電路和電子羅盤(pán)上電。

更優(yōu)的，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上電后，自動(dòng)檢查掃描電機(jī)是否在原點(diǎn)角位置，如果不在，則驅(qū)動(dòng)掃描電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到原點(diǎn)角位置；電子羅盤(pán)上電成功后，工控機(jī)讀取當(dāng)前電子羅盤(pán)的方位角，判斷當(dāng)前電機(jī)原點(diǎn)角對(duì)應(yīng)的方位角，并將掃描電機(jī)原點(diǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)至正北方位角。

所述主振蕩激光器上電后，工控機(jī)讀取主振蕩激光器輸出的脈沖光功率，等待穩(wěn)定后，工控機(jī)控制放大級(jí)激光器工作，通過(guò)設(shè)置光纖放大器的驅(qū)動(dòng)電流控制輸出放大級(jí)激光器的脈沖能量；

工控機(jī)讀取放大級(jí)激光器的輸出脈沖能量，等待其穩(wěn)定后，工控機(jī)控制采集處理電路開(kāi)始工作；采集處理電路在每次脈沖光束發(fā)射出去立即進(jìn)行采樣，采樣點(diǎn)數(shù)取決于用戶(hù)設(shè)定的探測(cè)距離，在單個(gè)方位角的采樣脈沖數(shù)也取決于用戶(hù)設(shè)定；對(duì)單次脈沖采集到包含多普勒頻移信息的電信號(hào)使用內(nèi)嵌的頻譜分析算法處理，并對(duì)同一方位角多脈沖探測(cè)信號(hào)的功率譜進(jìn)行平均，多脈沖探測(cè)取平均能夠有效抑制噪聲，同時(shí)將平均功率譜和當(dāng)前系統(tǒng)方位角存儲(chǔ)在工控機(jī)中；

工控機(jī)控制掃描電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)掃描電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射脈沖光束在不同方位角上探測(cè)，利用三維風(fēng)場(chǎng)的矢量合成算法計(jì)算三維風(fēng)場(chǎng)信息，并且通過(guò)北斗通信模塊將三維風(fēng)場(chǎng)信息傳輸給用戶(hù)。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解；其依然可以對(duì)上述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替代；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)所述的精神范圍。