一种多普勒测风激光雷达制造技术

本实用新型专利技术属于激光雷达领域，具体涉及一种多普勒测风激光雷达，包括光学头，所述光学头包括向大气发射激光脉冲信号的信号发射单元、接收观测对象反射所述激光脉冲信号所产生的后向散射信号的信号接收单元、采集所述后向散射信号并将其转化成数字信号的信号采集单元以及对所述数字信号进行分析处理的信号处理单元，所述信号接收单元、信号采集单元、信号处理单元依次电连接。本实用新型专利技术的有益效果为激光雷达具有体积小，抗干扰能力强，检测精度高，使用寿命长、抗风能力强，在雨、雪、雾、霜、沙尘恶劣环境中依然具有优良的测量准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种多普勒测风激光雷达
本技术属于激光雷达领域，具体涉及一种多普勒测风激光雷达。
技术介绍
测风设备有广泛的社会效益，如精确的大气风场数据可应用于大气污染溯源和扩散预报、航空气象保障、气象气候学研究、风电系统的管理以及军事用途。测风设备是建筑机械、铁路、港口、码头、电厂、气象、索道、环境、温室、养殖等领域用于测量风速风向的必要的风速测量设备。用它可以方便、迅速的测定外界环境的风速。可以同时测量瞬时风速、瞬时风级、平均风速、平均风级、对应浪高等多种参数。传统的测风设备对测量的精度、测量距离、使用寿命、实时数据采集和处理等方面均面临巨大挑战。现有技术中的测风设备主要采用机械式和超声波式。机械式(风杯)测风广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、工农业及交通等领域，其内部采用了微处理器作为控制核心，外围采用了数字通讯技术。系统主要部件为转轮式探头，气流流向平行于转轮轴，通过对转轮的转动进行“计数”并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。机械式需要的技术较简单，成本较低，但是抗干扰能力弱，检测精度底，机械寿命短、抗风能力差，设备需要安装在外部，安装使用不方便。设备由风速风向监控仪表、风速传感器、风向传感器、连接线缆组成，设备体积较大安装不便且调试复杂。存在机械磨损、阻塞、冰冻等问题。超声波测风是利用发送声波脉冲，测量接收端的时间或频率差别来计算风速和风向的测量传感器或测量仪器。与常规的风杯比这种测量方法的最大特点在于整个测风系统没有任何机械转动部件，属于无惯性测量，故能准确测出自然风中阵风脉动的高频成分。超声波测风的最大优点就是没有机械转动部件，也就没有机械磨损。但是超声波测风也有很多缺点，尤其是尺寸大、雨、雪、雾、霜、沙尘会严重影响超声波的测量准确性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供一种多普勒测风激光雷达，具有体积小，抗干扰能力强，检测精度高，使用寿命长、抗风能力强，在雨、雪、雾、霜、沙尘恶劣环境中依然具有优良的测量准确性。本技术提供了如下的技术方案：一种多普勒测风激光雷达，包括光学头，所述光学头包括向大气发射激光脉冲信号的信号发射单元、接收观测对象反射所述激光脉冲信号所产生的后向散射信号的信号接收单元、采集所述后向散射信号并将其转化成数字信号的信号采集单元以及对所述数字信号进行分析处理的信号处理单元，所述信号接收单元、信号采集单元、信号处理单元依次电连接；所述雷达还包括数存单元，所述数存单元包括对所述信号处理单元分析处理后的数字信号进行存储的存储模块，以及与外界进行交互的工控机，所述存储模块的输入端与信号处理单元相连，所述存储模块的输出端与工控机相连。优选的，所述信号发射单元包括依次电连接的光纤激光器、第一光耦合器、脉冲调制器、光纤放大器和发射天线。优选的，所述信号接收单元包括依次电连接的接收天线、第二光耦合器、光接收器、电路放大器，所述电路放大器与信号采集单元电连接，所述接收天线与发射天线电连接。优选的，所述光学头还包括调节光学头内部温、湿度的环控单元，所述环控单元与信号处理单元电连接。优选的，所述光学头还包括防止光学头遭受雷击的第一防雷单元。优选的，所述数存单元还包括防止数存单元遭受雷击的第二防雷单元。优选的，所述数存单元还包括监测数存单元是否处于正常工作状态的状态监控模块，所述状态监控模块与工控机电连接。本技术的有益效果是：1、与传统的机械式(风杯)比较，激光雷达没有机械结构，不存在磨损的问题，相应的激光雷达体积很小，抗干扰能力强，检测精度高，机械寿命长、抗风能力强，设备可安装在外部也可以安装到地面，安装使用方便。2、与超声波测风比较，光的多普勒效应与声音多普勒效应本质上是不同的，声波依赖于介质传播，而光波不依赖于任何介质传播。激光雷达采用的是激光多普勒原理，比超声波体积小，安装方便。因发送激光脉冲的频率高，受环境影响小，所以雨、雪、雾、霜、沙尘会严重影响超声波的测量准确性的天气，激光测风雷达都能准确测量，几乎不受影响。3、激光雷达测风利用激光的多普勒频移原理，通过测量光波反射在空气中遇到风运动的气溶胶粒子所产生的频率变化得到风速、风向信息，从而计算出相应高度的矢量风速和风向数据，激光具有单色性、相干性强的特点，而且波长较短，因此利用气溶胶的后向散射光，就能够获得足够强的多普勒测风信息，有利于探测微风速，具有较高的测风精度。和传统的测风塔获取风速数据方式相比，激光雷达在风电场测风技术优势非常明显。激光雷达数据获取方便灵活，可满足各种地形项目数据测试；测量性能强大，满足10m-400m，12个高度层风参数据测量；测试精度高，数据完整率更高；测量数据更安全可靠。附图说明图1是激光雷达的结构示意图。附图中标记的含义如下：1-信号发射单元11-光纤激光器12-第一光耦合器13-脉冲调制器14-光纤放大器15-发射天线2-信号接收单元21-接收天线22-第二光耦合器23-光接收器24-电路放大器3-信号采集单元4-信号处理单元5-数存单元51-存储模块52-工控机53-第二防雷单元54-状态监控模块6-环控单元7-第一防雷单元具体实施方式下面结合具体实施例对本技术做具体说明。本技术中所使用的电子元器件均为现有的市售产品。实施例1如图1所示，一种多普勒测风激光雷达，包括光学头，所述光学头包括向大气发射激光脉冲信号的信号发射单元1、接收观测对象反射所述激光脉冲信号所产生的后向散射信号的信号接收单元2、采集所述后向散射信号并将其转化成数字信号的信号采集单元3以及对所述数字信号进行分析处理的信号处理单元4，所述信号接收单元2、信号采集单元3、信号处理单元4依次电连接；所述信号采集单元3的型号为(AD7705)、信号处理单元4的型号为(FPGA)；所述雷达还包括数存单元5，所述数存单元5包括对所述信号处理单元4分析处理后的数字信号进行存储的存储模块51，以及与外界进行交互的工控机52，所述存储模块51的输入端与信号处理单元4相连，所述存储模块51的输出端与工控机52相连。实施例2在实施例1的基础上，所述信号发射单元1包括依次电连接的光纤激光器11、第一光耦合器12、脉冲调制器13、光纤放大器14和发射天线15。所述光纤激光器11的型号为(SF-D-EY-M-1550-PMF-FA)、第一光耦合器12的型号为(FC-ST)、脉冲调制器13的型号为(AOM)、光纤放大器14的型号为(FC-N11P)和发射天线15的型号为(AM-1550-S)。实施例3在实施例2的基础上，所述信号接收单元2包括依次电连接的接收天线21、第二光耦合器22、光接收器23、电路放大器24，所述电路放大器24与信号采集单元3电连接，所述接收天线21与发射天线15电连接。所述接收天线21的型号为(AM-1550)、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多普勒测风激光雷达，其特征在于，包括光学头，所述光学头包括向大气发射激光脉冲信号的信号发射单元(1)、接收观测对象反射所述激光脉冲信号所产生的后向散射信号的信号接收单元(2)、采集所述后向散射信号并将其转化成数字信号的信号采集单元(3)以及对所述数字信号进行分析处理的信号处理单元(4)，所述信号接收单元(2)、信号采集单元(3)、信号处理单元(4)依次电连接；/n所述雷达还包括数存单元(5)，所述数存单元(5)包括对所述信号处理单元(4)分析处理后的数字信号进行存储的存储模块(51)，以及与外界进行交互的工控机(52)，所述存储模块(51)的输入端与信号处理单元(4)相连，所述存储模块(51)的输出端与工控机(52)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种多普勒测风激光雷达，其特征在于，包括光学头，所述光学头包括向大气发射激光脉冲信号的信号发射单元(1)、接收观测对象反射所述激光脉冲信号所产生的后向散射信号的信号接收单元(2)、采集所述后向散射信号并将其转化成数字信号的信号采集单元(3)以及对所述数字信号进行分析处理的信号处理单元(4)，所述信号接收单元(2)、信号采集单元(3)、信号处理单元(4)依次电连接；
所述雷达还包括数存单元(5)，所述数存单元(5)包括对所述信号处理单元(4)分析处理后的数字信号进行存储的存储模块(51)，以及与外界进行交互的工控机(52)，所述存储模块(51)的输入端与信号处理单元(4)相连，所述存储模块(51)的输出端与工控机(52)相连。


2.根据权利要求1所述的一种多普勒测风激光雷达，其特征在于，所述信号发射单元(1)包括依次电连接的光纤激光器(11)、第一光耦合器(12)、脉冲调制器(13)、光纤放大器(14)和发射天线(15)。


3.根据权利要求2所述的一种多普勒测风激...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡满欢，
申请(专利权)人：安徽新锐激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34