一种多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达，包括光源模块、分光模块、发射接收望远镜模块以及采集模块；通过将激光光束分为两束，其中一束光作为参考标定光束，另一束光用于与大气相互作用的信号光；将该信号光发射至望远镜阵列出射，由接收望远镜接收与大气相互作用后的大气回波信号；并对大气回波信号以及参考标定光束进行采集。本申请技术方案提供的多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达系统稳定、结构紧凑、全光纤链接，采用了激光发射望远镜阵列，提高了激光出射功率与探测的信噪比，实现了远距离探测，提高了激光雷达的时间分辨率、空间分辨率，提高了激光雷达的探测精度。

A single receiving telescope array all fiber laser radar

The embodiment of the invention discloses a single receiving telescope array all fiber laser radar, which comprises a light source module, optical module, transmitting and receiving telescope module and acquisition module; through the laser beam into two beams, one beam of light as a reference calibration beam, another light signal for light and atmosphere interaction the light emission signal; to exit from the telescope array, atmospheric echo signal receiving telescope and atmospheric interaction; and the atmospheric echo signal and reference calibration beam acquisition. The technical scheme for multiple input receiving telescope array, stable all fiber laser radar system has the advantages of compact structure, full optical fiber links, using laser launching telescope array, improve the laser power and detection SNR, realize remote detection, improve the laser radar time resolution and spatial resolution, improve the detection accuracy of laser radar.

【技术实现步骤摘要】
一种多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达
本专利技术涉及激光雷达领域，特别是涉及一种多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达。
技术介绍
随着光学技术的发展，激光雷达由于其方向性好、时间分辨率和空间分辨率高、精度高、非接触测量等优势逐渐取代了传统雷达，广泛应用于测风、测速、成像、污染物监测、测温、气溶胶光学特性探测等领域，成为雷达领域的翘楚。激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，主要由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成。通过向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。多普勒激光雷达以其高分辨率、高精度、大探测范围、能提供晴空条件下的三维风场信息能力被着重应用于天气预报、气候研究模型和提高军事环境预报领域，用于测量大气风速。多普勒激光雷达利用光的多普勒效应，测量激光光束在大气中传输的回波信号的多普勒频移来反演空间风速的分布。多普勒激光雷达的探测方式主要有相干(外差)探测以及非相干(直接)探测。相干探测测量的是回波信号与本振光(发射激光光束信号)之间的差频信号，而直接探测是通过接收信号与发射激光能量信号的相对能量变化。由于直接探测主要针对两束光信号的能量进行检测，可见光束能量对于探测精度是非常重要的。现有技术中，由于受到非线性效应(例如受激布里渊散射)的影响，激光器出射的功率有限，商用的激光器的平均功率仅为十几瓦量级，远远达不到实现大气探测的高精度的要求下的发射功率需求。可见，如何提高激光的发射功率，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种全光纤雷达，提高了激光发射功率，进而提高了激光雷达的时间分辨率、空间分辨率，加大了探测距离范围，提高了激光雷达的探测精度。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供以下技术方案：本专利技术实施例提供了一种多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达，包括：光源模块、分光模块、发射接收望远镜模块以及采集模块；其中，所述光源模块用于出射预设波长的激光光束；所述分光模块用于将所述激光光束分为第一激光光束以及第二激光光束，所述第一激光光束入射至所述发射接收望远镜模块，所述第二激光光束作为参考标定光束；所述发射接收望远镜模块用于将所述第一激光光束经发射望远镜阵列出射，并由接收望远镜接收与大气相互作用后的大气回波信号；所述发射望远镜阵列为由至少两个发射望远镜组成的阵列；所述采集模块用于对所述大气回波信号以及所述参考标定光束进行采集。优选的，所述光源模块为波长为1.5μm、单频、窄脉宽激光光源。优选的，所述发射接收望远镜模块包括：分光器、EDFA阵列、发射望远镜阵列以及接收望远镜；其中，所述分光器用于将所述第一激光光束分为多束，入射至所述EDFA阵列中，经所述EDFA阵列出射的多束激光光束一一对应入射至所述发射望远镜阵列中，出射激光光束与大气相互作用后，由所述接收望远镜进行接收。优选的，所述EDFA阵列中各个EDFA采用的种子光源为同一光源。优选的，所述接收望远镜为单个，所述发射望远镜阵列中的各发射望远镜围绕所述接收望远镜分布。优选的，还包括：衰减器，用于对所述第二激光光束进行衰减，衰减后的光束作为所述参考标定光束。优选的，还包括：窄带光纤布拉格光栅，用于对接收到的所述大气回波信号中的背景噪声进行滤除。优选的，所述采集模块包括：光纤合束器、光信息提取单元、单光子探测器以及采集卡；其中，所述光纤合束器用于将所述参考标定光束以及大气回波信号进行合并；所述光信息提取单元用于对光信息进行提取；所述单光子探测器用于对提取信号进行单光子探测，由所述采集卡进行采集。优选的，所述单光子探测器为InGaAs探测器、上转换单光子探测器或超导纳米线单光子探测器。优选的，还包括：计算机，用于接收所述采集模块采集到的大气回波信号，并根据所述参考标定光束对所述大气回波信号进行反演及显示。本专利技术实施例提供了一种多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达，包括光源模块、分光模块、发射接收望远镜模块以及采集模块；通过将激光光束分为两束，其中一束光作为参考标定光束，另一束光用于与大气相互作用的信号光；将该信号光发射至望远镜阵列出射，由接收望远镜接收与大气相互作用后的大气回波信号；并对大气回波信号以及参考标定光束进行采集。本申请技术方案提供的激光雷达系统稳定、结构紧凑、全光纤链接，由于采用主振荡功率放大结构，即采用激光发射望远镜阵列，从而提高了激光出射功率；由于可对各望远镜的束腰位置进行优化设计，从而提高了探测的信噪比，实现了远距离探测；此外，由于提高了激光器的发射功率，故可提高激光雷达的时间分辨率、空间分辨率，而且提高了激光雷达的探测精度。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达在一种具体实施方式的结构框图；图2为本专利技术实施例提供的多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达在另一种具体实施方式的结构框图；图3为本专利技术实施例提供的一个示例性应用场景的系统结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。请参阅图1，图1为本专利技术实施例提供的一种具体实施方式下多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达的结构框图。多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达可包括光源模块1、分光模块2、发射接收望远镜模块3以及采集模块4。光源模块1用于出射预设波长的激光光束。优选的，激光光束的波长为1.5μm，相比采用355nm、532nm和1064nm波段的激光雷达，1.5μm波段的激光雷达具有如下优点：1.5μm为光通讯波段，由于目前光通讯技术的发展较为成熟，故光通讯器件成熟、稳定和成本低；从300nm至10μm波段，1.5μm激光的人眼允许曝光功率最大，对人眼危害较小；光纤在1.5μm波段衰减小(＜0.3dB/km)，可实现激光雷达的集成化；波长越长对镜片平整度的要求越低，受大气湍流影响越小；随着探测技术的发展，各种探测器在1.5μm波段的性能逐步提高，尤其是超导纳米线单光子探测器，其在1.5μm波段可实现量子效率＞90％，暗计数＜1Hz，计数率100MHz的探测。当然，也可采用其他波长段的激光光束，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达，其特征在于，包括：光源模块、分光模块、发射接收望远镜模块以及采集模块；其中，所述光源模块用于出射预设波长的激光光束；所述分光模块用于将所述激光光束分为第一激光光束以及第二激光光束，所述第一激光光束入射至所述发射接收望远镜模块，所述第二激光光束作为参考标定光束；所述发射接收望远镜模块用于将所述第一激光光束经发射望远镜阵列出射，并由接收望远镜接收与大气相互作用后的大气回波信号；所述发射望远镜阵列为由至少两个发射望远镜组成的阵列；所述采集模块用于对所述大气回波信号以及所述参考标定光束进行采集。

【技术特征摘要】
1.一种多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达，其特征在于，包括：光源模块、分光模块、发射接收望远镜模块以及采集模块；其中，所述光源模块用于出射预设波长的激光光束；所述分光模块用于将所述激光光束分为第一激光光束以及第二激光光束，所述第一激光光束入射至所述发射接收望远镜模块，所述第二激光光束作为参考标定光束；所述发射接收望远镜模块用于将所述第一激光光束经发射望远镜阵列出射，并由接收望远镜接收与大气相互作用后的大气回波信号；所述发射望远镜阵列为由至少两个发射望远镜组成的阵列；所述采集模块用于对所述大气回波信号以及所述参考标定光束进行采集。2.如权利要求1所述的多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达，其特征在于，所述光源模块为波长单频、窄脉宽激光光源。3.如权利要求1所述的多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达，其特征在于，所述发射接收望远镜模块包括：分光器、EDFA阵列、发射望远镜阵列以及接收望远镜；其中，所述分光器用于将所述第一激光光束分为多束，入射至所述EDFA阵列中，经所述EDFA阵列出射的多束激光光束一一对应入射至所述发射望远镜阵列中，出射激光光束与大气相互作用后，由所述接收望远镜进行接收。4.如权利要求3所述的多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达，其特征在于，所述EDFA阵列中各个EDFA采用的种子光源为同一光源。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏海云，上官明佳，窦贤康，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34