一种激光测风雷达的激光调制解调系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种激光测风雷达的激光调制解调系统，包括激光器光源端、光学收发系统与信号探测处理系统；激光器光源端包括激光器、光纤预放大器、声光调制单元、脉冲放大器、光纤主放大器与光纤衰减器；声光调制单元用于将激光器发出的光调制成脉冲信号；光学收发系统包括光学天线、耦合单元与光纤合束器；信号探测处理系统包括光电探测器、信号采集处理单元与信号处理单元；本实用新型专利技术激光调制解调系统具备集成度高、易于调试、抗干扰性好、实时性高、系统的可控性和稳定性强的优点；同时具备输入输出回波损耗低、温漂系数小、可靠性高的优点，实现激光信号的精确调制解调。

【技术实现步骤摘要】
一种激光测风雷达的激光调制解调系统
本技术涉及激光调制解调
，尤其涉及一种激光测风雷达的激光调制解调系统。
技术介绍
我国常年都在遭遇山林火灾的危害，多变的地形地势很大程度上制约着火势的蔓延，在山势大转折的窄谷和山脊上会出现自然终止燃烧的现象，但当山林火灾一旦爆发往往是“火借风势，风助火威”，风对山林火的蔓延及火势的影响很大。风供给火场新鲜空气并形成气旋，造成“飞火”增加火源。火大时，会造成空气密度不均匀，又会产生风或增强风势，形成局部小气候助长火势，我国目前针对山林火灾现场风场缺少有效的监测和预警手段。激光测风雷达是一种主动测风雷达，具有探测盲区小、精度高、体积小、重量轻等特点，不仅可在森林草原灭火救援中，针对局部火场或者灭火实施区域，实时监测风向和风速，对提前疏散人员、设置防火障碍带、帮助救援人员安全有效灭火提供指导作用，同时也可应用于气象气候监测、天气探测、空气污染追踪、大气研究和风能利用等领域。多普勒激光雷达是利用光的多普勒效应来工作的，即通过测量激光光束大气后向散射回波信号的多普勒频移来反演空间不同高度处的风速风向分布。若大气气溶胶粒子和空气分子相对于光源运动，则所接收大气气溶胶和空气分子的散射光频率不仅取决于发射激光的频率，而且还与大气气溶胶和分子的运动速度、运动方向和散射角有关。因此，根据大气气溶胶粒子或空气分子散射光的多普勒频移，就可以反演出其运动速度和方向，即大气风速和风向。
技术实现思路
本技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种激光测风雷达的激光调制解调系统，包括激光器光源端、光学收发系统与信号探测处理系统；激光器光源端包括激光器、光纤预放大器、声光调制单元、脉冲放大器、光纤主放大器与光纤衰减器；声光调制单元用于将激光器发出的光调制成脉冲信号；光学收发系统包括光学天线、耦合单元与光纤合束器；信号探测处理系统包括光电探测器、信号采集处理单元与信号处理单元；激光器、光纤预放大器、声光调制单元、脉冲放大器、光纤主放大器依次相连；光纤预放大器输出端与光纤衰减器相连；光纤主放大器与耦合单元相连；光纤衰减器与光纤合束器相连；光学天线与耦合单元相连；光纤合束器与光电探测器相连；光电探测器通过信号采集处理单元与信号处理单元输入端相连；信号处理单元输出端分别与激光器、声光调制单元、脉冲放大器的控制输入端相连；声光调制单元包括声光驱动器与保偏声光调制器；信号处理单元通过声光驱动器与保偏声光调制器相连；激光器与声光调制器相连；所述信号采集处理单元包括模数转换单元；所述激光器为窄带宽种子激光器；所述耦合单元为光纤环形器或光纤耦合器；所述信号处理单元包括FPGA模块、数模转换单元与脉冲信号驱动单元；FPGA模块输出端分别与数模转换单元、脉冲信号驱动单元相连。本技术的有益效果在于：本技术激光调制解调系统具备集成度高、易于调试、抗干扰性好、实时性高、系统的可控性和稳定性强的优点；同时具备输入输出回波损耗低、温漂系数小、可靠性高的优点，实现激光信号的精确调制解调。附图说明图1是本技术的系统图；图2是激光调制的原理图；图3是声光解调的原理图；图4是信号处理的原理图；图5是数模转换单元的示意图；图6是AD9744的原理图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明：如附图1所示，本技术一种激光测风雷达的激光调制解调系统，包括激光器光源端、光学收发系统与信号探测处理系统；激光器光源端包括激光器、光纤预放大器、声光调制单元、脉冲放大器、光纤主放大器与光纤衰减器；声光调制单元用于将激光器发出的光调制成脉冲信号；光学收发系统包括光学天线、耦合单元与光纤合束器；信号探测处理系统包括光电探测器、信号采集处理单元与信号处理单元；激光器、光纤预放大器、声光调制单元、脉冲放大器、光纤主放大器依次相连；光纤预放大器输出端与光纤衰减器相连；光纤主放大器与耦合单元相连；光纤衰减器与光纤合束器相连；光学天线与耦合单元相连；光纤合束器与光电探测器相连；光电探测器通过信号采集处理单元与信号处理单元输入端相连；信号处理单元输出端分别与激光器、声光调制单元、脉冲放大器的控制输入端相连。所述声光调制单元包括声光驱动器与保偏声光调制器；信号处理单元通过声光驱动器与保偏声光调制器相连；激光器与声光调制器相连；所述信号采集处理单元包括模数转换单元；所述激光器为窄带宽种子激光器；所述耦合单元为光纤环形器或光纤耦合器；所述信号处理单元包括FPGA模块、数模转换单元与脉冲信号驱动单元；FPGA模块输出端分别与数模转换单元、脉冲信号驱动单元相连。具体的，所述信号处理单元还连接有数据通信模块。光纤种子激光器发射窄线宽连续激光，通过1×2保偏光纤耦合器分成两部分，一部分为本振光，直接传输到2×2保偏光纤耦合器的输入端口1，另一部分光进入声光调制器被调制成脉冲信号，并加上了中频信号，调制好的脉冲光进入到光纤主放大器进行功率放大，然后通过光学天线发射到大气中。激光脉冲在大气中与气溶胶粒子发射碰撞并产生后向散射信号，光学天线接收到回波信号后，传输到2×2保偏光纤耦合器的输入端口2，在耦合器内，本振光与回波信号发生拍频，通过光纤传输到光电探测器，其频移信号被探测器检出后放大，传输到信号处理器，信号处理器采集信号并在FPGA内进行计算，反演得到大气风场。激光调制工作原理：如附图2所示，窄带宽种子激光器发射窄线宽连续激光，光进入声光调制器被调制成脉冲信号，并加上了中频信号，调制好的脉冲光进入到光纤主放大器进行功率放大。声光解调工作原理：如附图3所示，光学天线接收到回波信号后，传输到光纤合束器，在光纤合束器内，本振光与回波信号发生拍频，由此得出光的频移信号。本设计使用的光纤合束器具备低插入损耗、低附加损耗、高隔离度等优点。由光纤耦合器输出的频移信号为光信号，无法被直接采集使用，此时使用光电探测器将光信号转变成电流信号。采用光电探测器具备输入输出回波损耗低、温漂系数小、稳定性高、可靠性高的优点。本技术采用的声光调制器是一种性能优秀的保偏声光调制器，工作波长1520nm到1580nm，可最高承受5W激光功率，具有极低的插入损耗（小于2db）和极低的驱动功率（小于2W），同时还具备极高的消光比（大于50db）。声光调制器声光调制是一种外调制技术。声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率；与电光调制技术相比，它有更高的消光比，更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量；与机械调制方式相比，它有更小的体积、重量和更好的输出波形。声光调制器工作原理如下：声光调制器由声光介质和压电换能器构成，当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时,换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质,在介质内形成折射率变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射，当外加信号通过驱动电源作用到声光器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光测风雷达的激光调制解调系统，其特征在于，包括激光器光源端、光学收发系统与信号探测处理系统；/n激光器光源端包括激光器、光纤预放大器、声光调制单元、脉冲放大器、光纤主放大器与光纤衰减器；声光调制单元用于将激光器发出的光调制成脉冲信号；/n光学收发系统包括光学天线、耦合单元与光纤合束器；/n信号探测处理系统包括光电探测器、信号采集处理单元与信号处理单元；/n激光器、光纤预放大器、声光调制单元、脉冲放大器、光纤主放大器依次相连；光纤预放大器输出端与光纤衰减器相连；/n光纤主放大器与耦合单元相连；光纤衰减器与光纤合束器相连；光学天线与耦合单元相连；/n光纤合束器与光电探测器相连；光电探测器通过信号采集处理单元与信号处理单元输入端相连；信号处理单元输出端分别与激光器、声光调制单元、脉冲放大器的控制输入端相连；声光调制单元包括声光驱动器与保偏声光调制器；信号处理单元通过声光驱动器与保偏声光调制器相连；激光器与声光调制器相连；所述信号采集处理单元包括模数转换单元；所述激光器为窄带宽种子激光器；所述耦合单元为光纤环形器或光纤耦合器；所述信号处理单元包括FPGA模块、数模转换单元与脉冲信号驱动单元；FPGA模块输出端分别与数模转换单元、脉冲信号驱动单元相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种激光测风雷达的激光调制解调系统，其特征在于，包括激光器光源端、光学收发系统与信号探测处理系统；
激光器光源端包括激光器、光纤预放大器、声光调制单元、脉冲放大器、光纤主放大器与光纤衰减器；声光调制单元用于将激光器发出的光调制成脉冲信号；
光学收发系统包括光学天线、耦合单元与光纤合束器；
信号探测处理系统包括光电探测器、信号采集处理单元与信号处理单元；
激光器、光纤预放大器、声光调制单元、脉冲放大器、光纤主放大器依次相连；光纤预放大器输出端与光纤衰减器相连；
光纤主放大器与耦合单元相连；光纤衰减器与光纤合束器相连；光学天线与耦合单元相连；
光纤合束器与光电探测器相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：史作锋，
申请(专利权)人：成都远望探测技术有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51