提高全光纤三轴测速系统混频效率的混频测速系统技术方案

本实用新型专利技术公开的一种提高全光纤三轴测速系统混频效率的混频测速系统，旨在提供一种混频效率高，能够改善测量精度和测量数据稳定性的光学混频测速系统。本实用新型专利技术通过下述技术方案予以实现：在三轴测速系统中，1x3分束器（7）分三路分别连接第一可调式光纤衰减器（8）和第一2x2耦合器（9），第二可调式光纤衰减器（11）和第二2x2耦合器（12），第三可调式光纤衰减（13）和第三2x2耦合器（14），第一2x2耦合器、第二2x2耦合器和第三2x2耦合器（14）连接于信号解调电路，第二1x3分束器分出三个本振光信号通道，每个本振光信号通道后分别连接一个用以调节本振光能量大小的光纤衰减器，通过将调节后的本振光和信号光发生混频，可提取出混频信号中的速度信息。

Mixing speed measuring system for improving mixing efficiency of all fiber three axis speed measuring system

An all fiber three axis measurement system to improve the mixing efficiency of the mixing speed system disclosed by the utility model aims to provide a high mixing efficiency, optical mixing speed measurement system can improve the measuring accuracy and stability of data. The utility model is realized by the following technical scheme: the three axis measuring system, 1x3 splitter (7) three are respectively connected with a first adjustable optical attenuator (8) and 2x2 (9), the first coupler second adjustable optical attenuator (11) and second (12), third 2x2 coupler is adjustable fiber attenuation (13) and third 2x2 (14 2x2), the first coupler coupler, second 2x2 coupler and third 2x2 coupler (14) is connected to the signal demodulation circuit, second 1x3 from the three light beams for the vibration signal channel, each local oscillator signal channels are respectively connected with a fiber optic attenuator to adjust the the size of the light energy, will be adjusted by the local light and signal light mixing, can extract the signal mixing speed information.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光红外遥感测量领域,涉及一种利用光纤衰减器提高全光纤三轴测速系统混频效率的混频测速系统。
技术介绍
激光干涉测速技术从最早的迈克逊干涉仪、速度干涉仪到对任意反射面的速度干涉仪以及F-P干涉仪，经历了一系列的发展阶段，但是，这些速度测量仪的共同特点是光路由分立光学元件所构成，对光源的相干长度要求高，系统构造复杂且光束的空间相干条件不易充分保证，调试难度大。为了解决这些问题，现有技术提出了全光纤混频干涉测速技术，通过将光纤耦合到光学元器件中，使光路混频测试系统更加稳定，在安装、调试时变得更加简单，使测量过程更加方便，测量结果更加精确．由于此测速系统是采用基于混频原理的非接触测速技术构建起来的，所以可对高速运动物体进行连续实时速度的测量，可推广应用于爆破、冲击波等瞬态速度测量等领域。全光纤三轴测速系统作为一种新型的机载测速系统具有测量精度高、系统混频测试系统简单、安装方便、校正维护成本低、能进行大机动测量等优点。其中，三轴测速主要指对飞行器三个不同角度方向进行径向速度测量，通过三个速度矢量的合成进而解算出飞行器的真空速、攻角、侧滑角等飞行参数。机载全光纤三轴测速系统是将激光直接汇聚在大气中，探测气溶胶散射回的信号光，此信号光的强度往往非常微弱，而且在不同的气象条件下变化较大。在已有的激光测速技术中，用来直接测量飞行器空速的应用研究还很少。在中国专利公开号为CN202854335U的技术专利中，所公开的一种对地面发射激光来测飞行器空速的三维全光纤激光多普勒测速系统，应用中也没有考虑到信号光的不确定性带来的本振光和信号光之间的振幅匹配失调，造成混频效率降低，从而影响了测速精度。
技术实现思路
本技术针对现有技术存在的不足之处，提供一种混频效率高，能够改善全光纤三轴测速系统的测量精度和测量数据稳定性，提高光信号混频效率的光学混频测速系统。本技术主要是通过以下技术方案实现：一种提高全光纤三轴测速系统混频效率的混频测试系统，包括：三轴测速系统和全光纤三轴测速系统单轴情况下的单轴测速系统，其中，全光纤三轴测速系统包括：1x3分束器7、第一可调式光纤衰减器8、第一2x2耦合器9、第二可调式光纤衰减器11、第二2x2耦合器12、第三可调式光纤衰减器13、第三2x2耦合器14和信号解调电路10，其特征在于：在三轴测速系统中，1x3分束器7分三路分别连接第一可调式光纤衰减器8和第一2x2耦合器9，第二可调式光纤衰减器11和第二2x2耦合器12，第三可调式光纤衰减13和第三2x2耦合器14，第一2x2耦合器9、第二2x2耦合器12和第三2x2耦合器14连接于信号解调电路10，第二1x3分束器7分出三个本振光信号通道，每个本振光信号通道后分别连接一个用以调节本振光能量大小的光纤衰减器，将本振光和信号光发生混频，提取混频信号中的速度信息。本技术相比于现有技术具有混频效率高的有益效果。本技术利用多普勒效应，并将本振光和信号光发生混频，从而提取混频信号中的速度信息。利用光纤衰减器来调整本振光的能量，使其匹配在不同大气环境下反射回来不同能量的信号光，提高混频效率，改善系统测量精度和稳定性，有利于解算出有效的飞行器速度。附图说明图1为本技术全光纤三轴测速系统中三轴本振光通路的混频测试系统图。图2为全光纤三轴测速系统单轴情况下的单轴测速系统混频测试系统图。图3为在某一具体混频测试系统参数情况下的信噪比与本振光功率的关系曲线。图中：1.窄线宽光纤激光器、2.光纤隔离器、3.1x2分束器、4.第一1x3分束器、5.环形器、6.收发镜头、7.第二1x3分束器、8.第一可调式光纤衰减器、9.第一2x2耦合器、10信号解调电路，11、第二可调式光纤衰减器，12.第二2x2耦合器、13第三可调式光纤衰减器8，14.第三2x2耦合器。具体实施方式参阅图1三轴本振光混频测试系统图和图2单轴总体混频测试系统图，其中三轴本振光混频测试系统即为提高三轴系统混频效率的混频测试系统。在以下描述的实施例中，一种全光纤三轴测速系统包括：全光纤三轴测速系统单轴情况下的单轴测速系统，其中，单轴情况下的单轴测速系统包括图2所示的窄线宽光纤激光器1，光纤隔离器2、1x2分束器3、第一1x3分束器4、环形器5和收发镜6。全光纤三轴测速系统包括：第二1x3分束器7、第一可调式光纤衰减器8、第一2x2耦合器9、第二可调式光纤衰减器11、第二2x2耦合器12、第三可调式光纤衰减,13、第三2x2耦合器14、第一2x2耦合器9、第二2x2耦合器12、第三2x2耦合器14连、信号解调电路10。其中，第二1x3分束器7分出三个本振光信号通道，每个本振光信号通道后分别连接一个光纤衰减器，用以调节本振光能量大小。在图1所示的本振光通道内第一可调式光纤衰减器8连接在第二1x3分束器7和第一2x2耦合器9之间，第一可调式光纤衰减器8的衰减值根据环境变化有一定调节范围。光纤衰减器8、第二1x3分束器7、第一2x2耦合器9之间采用熔接的连接方式。在本振光通道内第二可调式光纤衰减器11连接在第二1x3分束器7和第二2x2耦合器12之间，光纤衰减器11的衰减值根据环境变化有一定调节范围。光纤衰减器11、第二1x3分束器7、第二2x2耦合器12之间采用熔接的连接方式。在本振光通道内第三可调式光纤衰减器13连接在第二1x3分束器7和第三2x2耦合器14之间，第三光纤衰减器13的衰减值根据环境变化有一定调节范围。第三光纤衰减器13、第二1x3分束器7、第三2x2耦合器14之间采用熔接的连接方式。参阅图2。图2给出了包含有光纤衰减器的全光纤三轴测速系统在单轴情况下的混频测试系统简图，在单轴测速系统中，光纤隔离器2、1x2分束器3、第一1x3分束器4、环形器5通光轴分布在窄线宽光纤激光器1与收发镜6之间，1x2分束器3通过第二1x3分束器7和第一可调式光纤衰减器9连接第一2x2耦合器9，环形器5通过第一可调式光纤衰减器9连接信号解调电路10；窄线宽光纤激光器1出射的激光光束经过1x2分束器3分束后，一束作为信号光，另一束作为本振光，当携带多普勒信息的信号光被接收后，与本振光在第一2x2耦合器9中发生混频，并输出差频信号，由解算器探测并提取速度信息，输出差频信号，由解算器探测并提取速度信息。由于全光纤测速系统是基于本振光和散射光信号的混频来实现的，而混频效率与两束光的信号强度比有较大关联性。通过对公式整合和化简，可得到单轴测速系统混频耦合信噪比表示如下：将上式对求导，此时可得到信噪比最大时的本振光功率，式中：为本振光功率，为信号光的光功率，为负载电阻，为响应度，为转换系数，假定探测器探测到的信号光功率为0.3mW，结合光纤测速系统中光电处理组件中平衡探测器的相关参数，其响应度，负载，转换系数，温度以及玻尔兹曼常量等代入上式，通过求解上式在区间的解，其中，时探测器达到饱和，就可以得到使信噪比达到最大值时的本振光功率。用Matlab拟合出信噪比与本振光功率之间的关系曲线如图3所示，从中可以看出，信噪比受本振光功率的影响很大，且最佳本振光功率为0.33mW。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高全光纤三轴测速系统混频效率的混频测速系统，包括：三轴测速系统和全光纤三轴测速系统单轴情况下的单轴测速系统，其中，全光纤三轴测速系统包括：1x3分束器（7）、第一可调式光纤衰减器（8）、第一2x2耦合器（9）、第二可调式光纤衰减器（11）、第二2x2耦合器（12）、第三可调式光纤衰减器（13）、第三2x2耦合器（14）和信号解调电路（10），其特征在于：在三轴测速系统中，1x3分束器（7）分三路分别连接第一可调式光纤衰减器（8）和第一2x2耦合器（9），第二可调式光纤衰减器（11）和第二2x2耦合器（12），第三可调式光纤衰减器（13）和第三2x2耦合器（14），第一2x2耦合器（9）、第二2x2耦合器（12）和第三2x2耦合器（14）连接于信号解调电路（10），第二1x3分束器（7）分出三个本振光信号通道，每个本振光信号通道后分别连接一个用以调节本振光能量大小的光纤衰减器，将本振光和信号光发生混频，提取混频信号中的速度信息。

【技术特征摘要】
1.一种提高全光纤三轴测速系统混频效率的混频测速系统，包括：三轴测速系统和全光纤三轴测速系统单轴情况下的单轴测速系统，其中，全光纤三轴测速系统包括：1x3分束器（7）、第一可调式光纤衰减器（8）、第一2x2耦合器（9）、第二可调式光纤衰减器（11）、第二2x2耦合器（12）、第三可调式光纤衰减器（13）、第三2x2耦合器（14）和信号解调电路（10），其特征在于：在三轴测速系统中，1x3分束器（7）分三路分别连接第一可调式光纤衰减器（8）和第一2x2耦合器（9），第二可调式光纤衰减器（11）和第二2x2耦合器（12），第三可调式光纤衰减器（13）和第三2x2耦合器（14），第一2x2耦合器（9）、第二2x2耦合器（12）和第三2x2耦合器（14）连接于信号解调电路（10），第二1x3分束器（7）分出三个本振光信号通道，每个本振光信号通道后分别连接一个用以调节本振光能量大小的光纤衰减器，将本振光和信号光发生混频，提取混频信号中的速度信息。2.如权利要求1所述的提高全光纤三轴测速系统混频效率的混频测速系统，其特征在于：本振光通道内第一可调式光纤衰减器（8）连接在第二1x3分束器（7）和第一2x2耦合器（9）之间，光纤衰减器（8）的衰减值根据环境变化有一定调节范围。3.如权利要求1所述的提高全光纤三轴测速系统混频效率的混频测速系统，其特征在于：第一可调式光纤衰减器（8）、第二1x3分束器（7）、第一2x2耦合器（9）之间采...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅运桥，龙彦志，冉小东，
申请(专利权)人：成都凯天电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51