一种相干测风激光雷达本振光功率的优化方法技术

一种相干测风激光雷达本振光功率的优化方法，本发明专利技术涉及一种最佳本振光功率的优化方法，得到了使载噪比达到最大的本振光功率，从而实现信号的最优检测，本发明专利技术针对不同工作波长的本振光，可以得到最优本振光功率。本优化方法首先通过外差探测原理求得光电探测器输出的外差信号的功率P；然后结合光电探测器的饱和效应，求得相干测风激光雷达的主要噪声及总噪声功率N并求得载噪比P/N；最后得到载噪比最大时的本振光功率，所得本振光为相干测风激光雷达的最佳本振光功率。本发明专利技术可以避免过强的本振光功率导致光电探测器损坏的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种最佳本振光功率的优化方法，特别涉及一种相干测风激光雷达本振光功率的优化方法。
技术介绍
在区域大气风速的测量中，激光测风雷达有高精度、高时空分辨率的特点，广泛应用于测量大气风廓线、风切变预警以及探测飞机尾流等，在天气预报、风能发电、航空航天、军事等领域有着重要的意义。激光测风雷达分为相干和非相干两种体制,相干测风激光雷达探测的灵敏度接近于量子噪声极限,具有较高的载噪比,需要较低的激光发射功率。与直接探测相比,相干探测的优势有精度高，转换增益高，过滤性能好等。与直接探测相比较,相干探测方式是公认的具有量子极限探测本领的体制。相干探测体制的优势体现在对微弱回波信号的转置放大，将大气风场信息调制在视频信号上，然后对视频信号进行频域分析，获得回波信号的多普勒频移。本振光在实现对回波信号的转置放大的同时也引入了噪声，因此需要对本振光进行优化，得到最佳的本振光功率，使载噪比达到最大，现信号的最优检测。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服本振光功率过高导致的光电探测器损坏的问题和系统载噪比过小的不足，提供一种可以提高载噪比的本振光功率的优化方法。本专利技术的技术解决方案为：一种相干测风激光雷达本振光功率优化方法，其特点在于包括下列步骤：(1)根据外差探测原理，包含有被测信息的回波信号和本振光信号在分束器前相遇，经过聚焦透镜后汇聚到光电探测器表面进行混频形成频率为两光波光频差的拍频信号，称为外差信号，求得光电探测器输出的外差信号的功率(2)结合广电探测器的饱和效应，求得相干测风激光雷达的主要噪声散粒噪声功率相对强度噪声功率和热噪声功率总噪声功率并求得载噪比(3)求得步骤二中载噪比最大时的本振光功率，所得本振光为相干测风激光雷达的最佳本振光功率，实现信号的最优检测。本专利技术的优点是：由于光电二极管响应曲线的非线性,随着本振光功率的增大光电探测器趋于饱和，相干探测系统的载噪比不是本振光功率的单调增函数。本振光功率的选择对探测性能影响很大，本方法考虑了光电探测器的饱和效应对载噪比及本振光功率优化选取影响。随着相对强度噪声的增加，载噪比的大小发生变化的同时，最优本振光功率的取值也在发生变化。在进行本振光优化选取时，也需要对相对强度噪声进行准确分析。本方法考虑了不同相对强度噪声对本振光优化的影响。附图说明图1为本专利技术所述的相干测风激光雷达本振光功率优化方法的流程示意图。图2为外差探测工作原理示意图。图3为工作波长为1.55μm的InGaAs PIN光电探测器的输入输出曲线关系示意图。图4为不考虑光电探测器的饱和效应时，载噪比与本振光功率的曲线关系示意图。图5为考虑光电探测器的饱和效应时，载噪比与本振光功率的曲线关系示意图。具体实施方式如图1示，本专利技术的具体方法如下：外差探测指将包含有被测信息的回波信号和本振光信号在分束器前相遇，经过聚焦透镜后汇聚到光电探测器表面进行混频。将不易探测的回波信号调制成易于探测的中频信号，最后由光电探测器接收，探测器输出的是频率为两光波光频差的拍频信号，其原理图如图2示。外差检测光波理论是基于回波信号和本振光在光电探测器的表面上的干涉现象。回波信号和本振光的光场强度分别为：Uod(x,y,t)＝Aod(x,y)exp[-j(2πfodt+φod)] (1)Usd(x,y,t)＝Asd(x,y)exp[-j(2πfsdt+φsd)] (2)式中Asd、Aod分别为回波信号和本振光信号的振幅，分别为回波信号和本振光信号的相位，fsd、fod分别为回波信号和本振光信号的频率，t为时间。两个场强之和为：Ud(x,y,t)＝Aod(x,y)exp[-j(2πfodt+φod)]+Asd(x,y)exp[-j(2πfsdt+φsd)] (3)探测器处信号的辐照度Id(x,y,t)为： I d ( x , y , t ) = | U d ( x , y , t ) | 2 = | U o d ( x , y , t ) | 2 + | U s d ( x , y , t ) | 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术公开了一种相干测风激光雷达本振光功率的优化方法，得到了使载噪比达到最大的本振光功率，从而实现信号的最优检测，它包括：(1)根据外差探测原理，包含有被测信息的回波信号和本振光信号在分束器前相遇，经过聚焦透镜后汇聚到光电探测器表面进行混频形成频率为两光波光频差的拍频信号，称为外差信号，求得光电探测器输出的外差信号的功率(2)结合广电探测器的饱和效应，求得相干测风激光雷达的主要噪声散粒噪声功率相对强度噪声功率和热噪声功率总噪声功率并求得载噪比(3)求得步骤二中载噪比最大时的本振光功率，所得本振光为相干测风激光雷达的最佳本振光功率，实现信号的最优检测。

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种相干测风激光雷达本振光功率的优化方法，得到了使载噪比达到最大的本振光功率，从而实现信号的最优检测，它包括：(1)根据外差探测原理，包含有被测信息的回波信号和本振光信号在分束器前相遇，经过聚焦透镜后汇聚到光电探测器表面进行混频形成频率为两光波光频差的拍频信号，称为外差信号，求得光电探测器输出的外差信号的功率(2)结合广电探测器的饱和效应，求得相干测风激光雷达的主要噪声散粒噪声功率相对强度噪声功率和热噪声功率总噪声功率并求得载噪比(3)求得步骤二中载噪比最大时的本振光功率，所得本振光为相干测风激光雷达的最佳本振光功率，实现信号的最优检测。2.根据权利要求1所述的相干测风激光雷达本振光功率优化方法，步骤一中求得光电探测器输出的外差信号功率的方法为:光电探测器的输入输出表达式...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宗峰，李东兴，张硕，张华强，胡鑫城，高倩倩，
申请(专利权)人：山东航天电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37