资源描述：
《基于光纤激光器的相干多普勒激光雷达.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、浦户义第卷第期器仪表学报年月基于光纤激光器的相干多普勒激光雷达‘,’,,,文,马宗峰孙俊杰杨玉生怀涛中国空间技术研究院第五一三研究所烟台粼北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京摘要介绍了一种基于掺饵光纤激光器的相干测速激光雷达,该雷达具有成本低、可靠性高和结构新颖的特点。雷达系统的光路完全采用通信用光纤器件构成,单模光纤藕合器用作分光器和混频器,偏振无关的光纤环形器用作光学天线收发开关,所。雷达系统采用。有光路器件采用单模光纤连接频谱分析法进行鉴频获取中频信号的中心频率研制了原理样机并进行测速试验,系统可
2、以探测的最小速度小于耐,测速精度优于,输出非线性度小于一。关键词相十多普勒激光雷达掺饵光纤激光器多普勒频移速度测量中图分类号文献标识码国家标准学科分类代码·沙’,。‘,,,。,,子,,口另。‘砚,硬瓜了加晓、么哪卯一,,,加俪协,御四一,一一,罗吧一一川而,一“一为研究热点。掺饵光纤激光器工作于,脚波段此。引言处人眼可承受最大光强是林处的倍本文研制了一种基于掺饵光纤激光器的相干激光雷达样机,该基于光学相干探测的多普勒激光雷达是一种非表面系统具有体积小、成本低、可靠性好和精度高等优点。’,、、〕可接触遥测装置实
3、现对风速大气湍流污染与地形地貌等测量。采用气体激光器、半导体泵浦技术固相干激光雷达系统体激光器的激光雷达系统已经有很多的研究”伙在这些传统雷达系统中回波信号光与本振光在空间实现混频,相干激光雷达系统采用的是窄线宽激光器,近似为混频效率受相干光束波前误差的影响较大〕。单频激光器。当激光照射到探测目标上,目标沿激光传近年来,掺饵光纤激光器随着激光通信事业的发展输方向的相对运动会改变反射光的频率,频率的变化量逐渐成熟,采用光纤激光器作为光源的相干激光雷达成即为多普勒频移。相干测速激光雷达通过测量由探测目收稿日期一一
4、仪器仪表学报第卷标反射的回波信号光与本振光混频产生的多普勒频移来续表。确定目标的相对运动速度电路部分激光雷达系统描述信号处理全数字如图所示,由光学天线发出的激光照射到目标上,采样率多采样率一部分光被目标反射后由光学天线接收,回波信号光与模数转换器。本振光合光后一起传输到光电探测器处探测器输出的滤波分段滤波、。光电流信号经放大滤波与模数转换后做数字信号处理环行器信号处理回波信号光与本振光混频后经光电转换形成光电流信号。因为光电探测器不能响应光频,光电流的交流部分即为中频信号,中频信号的频率为多普勒频移,可以表示
5、为二儿丛孕线前置放大器·滤波器式中是激光传输方向与目标运动方向的夹角,激光图相于激光雷达原理框图,。,是目的频率激光的传输速度标相对于光学天线的。运动速度电信号经隔直后,探测器输出的中频光电流可以表相干激光雷达系统的光路结构选用光纤通信用光纤示为频移和时间的函数器件来实现,各器件采用单模光纤连接。激光在单模光‘沪【,,呱纤内传输其空间滤波作用消除了相干光束的波前误差,中式中为光中频信号振幅为中频信号的。实现了相干光束的最佳混频偏振无关光纤环形器用作。相位收发开关,并与望远镜一起组成收发合置光学相干激光雷达的信
6、号处理大致可以分为两类一类、天线两个单模光纤藕合器分别实现光束的分光合光,。,为时域处理法一类为频域处理法当信噪比较高时时光纤声光移频器使本振光的获得一个固定的频,而域处理法可以获得很好的处理效果当信噪比较低时,。率偏置用于消除速度方向的模糊和低频噪声。频域处理法的优势就会凸显出来按原理框图所示搭建试验样机,系统部分器件参数回波信号光与本振光混频实现了信号的转置放大,。如表所示被调制的中频信号包含速度信息〔’〕,相对运动速度可以表相干激光雷达参数明细表。、由中频信号的功率谱求出中频信号经放大模数转换陀卜姗毗后
7、进行频谱分析确定频谱中心频率后即可以反演出速度信息。发射机频率估计的方法很多,频率估计标准差越小则估计激光器掺饵光纤激光器。精度越高快速傅里叶变换’是频谱分析型激光雷波长林合。达信号处理非常有效的工具盯与时域上的处理方功率法相比在动态响应时间、抗干扰性、分析精度和测量范围线宽等方面具有很强的优越性。在频域内,中频信号的谱峰。工作方式连续波与各种噪声形成的谱峰可以很容易的区分开来接因为’栅栏效应,收机离散频谱分析存在分辨率较低的缺点。理论上讲,增加频谱分析的分辨率和增大频谱接收孔径礴刀。探测器分析的带宽是矛盾的
8、雷达系统采用了窄带频谱细化分析方法获得较高的频率分辨率。如图所示,将点带宽序列划分成个点子序列,然后将各个子序列做盯暗电流户获得频谱,将其乘以相位补偿项再经累加得到响应度点频谱。利用这种方法做次点叮运算,在频,、。域内将离散谱线加密方法简单易于实现第期马宗峰等基于光纤激光器的相于多普勒激光雷达华中补日︵︶点序列·刊点频谱图频谱细化算法框图时间川剐犷即图灯采样信号一,测速试验‘,、如图所示,通过在高精
