一种基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线制造技术

本公开是关于基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线，属于激光雷达大气遥感技术领域。所述雷达天线包括：光束扫描模块，用于将单束探测光信号在至少三条光路上进行规律性的切换输入，通过所述至少三条光路的输出端向光学镜头模块交替输出不同出射方向的激光束；光学镜头模块，用于将来自于所述光束扫描模块的不同光路的激光束进行准直和扩束后出射至大气中，还用于收集由大气散射的回波光信号，并将所述回波光信号其耦合到所述光束扫描模块对应光路的输出端中。本发明专利技术能够解决现有测风激光雷达天线体积大、重量高、成本高等问题。成本高等问题。成本高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线


[0001]本公开涉及激光雷达大气遥感
，尤其涉及一种基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线。

技术介绍

[0002]由于测风激光雷达具有高分辨率、实时性、便携性、环境适应性，使其在风电、军事、环境，航空、气象以及海洋等诸多领域获得广泛的应用。
[0003]测风激光雷达是通过激光探测不同出射方向上的视线风速，从而通过风速反演算法获得三维风场信息的。测风激光雷达通常采用多普勒相干平衡探测的原理，其利用单频激光本振光信号与大气气溶胶对激光后向散射信号做外差探测，由于大气运动会造成回波信号产生多普勒频移，通过检测回波信号的多普勒频移来获得激光的视线风速，进而反演为三维风场。
[0004]为了获得不同方向出射的激光束，测风激光雷达的光学天线需要采用特定的形式。目前，测风激光雷达主流的光学天线结构形式主要有三种，其一为由光开关控制多镜头的天线收发形式，其二为单镜头
‑
楔形棱镜机械扫描式，其三为单镜头
‑
双反射镜机械扫描式。以上形式的光学天线都能够很好的实现雷达激光束出射方向的变化，然而这些形式的光学天线存在的共同问题是结构复杂、体积大、成本高，导致现有测风激光雷达的体积和成本难以得到优化。

技术实现思路

[0005]为克服相关技术中存在的问题，本公开实施例提供一种基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线，通过采用单镜头光束离轴的方式，来使得测风雷达激光获得不同的出射角度，具有体积小、结构简单、制造成本低的优势。
>[0006]所述技术方案如下：
[0007]根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线，其特征在于，包括：光学镜头模块和光束扫描模块；
[0008]所述光束扫描模块，用于将单束探测光信号在至少三条光路上进行规律性的切换输入，通过所述至少三条光路的输出端向所述光学镜头模块交替输出不同出射方向的激光束；
[0009]所述光学镜头模块，用于将来自于所述光束扫描模块的不同光路的激光束进行准直和扩束后出射至大气中，还用于收集由大气散射的回波光信号，并将所述回波光信号其耦合到所述光束扫描模块对应光路的输出端中。
[0010]在一个实施例中，所述光束扫描模块包括：
[0011]光开关，所述光开关具有一个光输入端和第一光输出端、第二光输出端、第三光输出端、第四光输出端；
[0012]控制板，与所述光开关电连接，控制板用于生成TTL电平输出给所述光开关，以控
制所述光开关中的光输入端依次与所述第一光输出端、第二光输出端、第三光输出端、第四光输出端连通。
[0013]在一个实施例中，所述光输入端和第一光输出端、第二光输出端、第三光输出端、第四光输出端均由保偏光纤构成。
[0014]在一个实施例中，所述光学镜头模块包括：固定镜筒以及安装于所述固定镜筒上的准直扩束镜组和四个光纤法兰；
[0015]所述四个光纤法兰相对于所述准直扩束镜组的光轴成非共面的中心对称设置，所述四个光纤法兰分别用于固定所述第一光输出端、第二光输出端、第三光输出端、第四光输出端与所述准直扩束镜组对接的光纤尾部。
[0016]在一个实施例中，所述准直扩束镜组包括：第一光学球面透镜、第二光学球面透镜、第三光学球面透镜、第四光学球面透镜；
[0017]所述第一光学球面透镜、第二光学球面透镜、第三光学球面透镜、第四光学球面透镜的光轴共轴且沿所述大气散射的回波光信号输入方向依次放置。
[0018]在一个实施例中，所述第一光学球面透镜为前表面是凸球面、后表面是凹球面的凹凸透镜；
[0019]所述第二光学球面透镜为前表面是凹球面、后表面是凹球面的凹透镜；
[0020]所述第三光学球面透镜为前表面是凸球面、后表面是凸球面的凸透镜；
[0021]所述第四光学球面透镜为前表面是凹球面、后表面是平面的平凹透镜。
[0022]在一个实施例中，所述光纤法兰使得被固定的每根所述光纤尾部出射的第一激光束的光轴与所述准直扩束镜组的中心轴呈第一预定夹角，所述第一激光束经所述准直扩束镜组后出射的第二激光束的光轴与所述准直扩束镜组的中心轴呈第二预定夹角，并且射入所述准直扩束镜组的多个第一激光束关于所述准直扩束镜组的中心轴呈中心对称设置，射出所述准直扩束镜组的多个第二激光束关于所述准直扩束镜组的中心轴也呈中心对称设置。
[0023]在一个实施例中，所述第二预定夹角的取值范围为5
°
～15
°
。
[0024]本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0025]本专利技术中的基于离轴光束的单镜头测风激光雷达天线，采用光束扫描模块通过不同光路交替输入探测激光，并采用简单的单光束镜头实现离轴光束的准直和扩束，从而实现探测光束角度的变化，实现测风激光雷达的扫描，可以解决传统测风激光雷达光学天线体积大、结构重的问题。可应用于风力发电的前馈控制系统，风力资源的勘探，军事活动的气象保障，航空飞机的起降安全保障，气象预报等领域。
[0026]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0027]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0028]图1为本专利技术提供的一种基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术提供的一种基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线的优选实施结构示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例提供的基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线的点列图；
[0031]图4为本专利技术实施例提供的基于离轴光束的单镜头测风激光雷达天线的调制传递函数曲线图；
[0032]图5为本专利技术实施例提供的基于离轴光束的单镜头测风激光雷达天线的光能量分布图。
具体实施方式
[0033]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0034]图1为本专利技术提供的一种基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线的结构示意图，如图1中所示，该天线包括：光学镜头模块1和光束扫描模块2；其中，光束扫描模块2，用于将单束探测光信号在至少三条光路上进行规律性的切换输入，通过所述至少三条光路的输出端向所述光学镜头模块1交替输出不同出射方向的激光束；光学镜头模块1，用于将来自于光束扫描模块2的不同光路的激光束进行准直和扩束后出射至大气中，还用于收集由大气散射的回波光信号，并将所述回波光信号其耦合到光束扫描模块2对应光路的输出端中。
[0035]图2为本专利技术提供的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线，其特征在于，包括：光学镜头模块(1)和光束扫描模块(2)；所述光束扫描模块(2)，用于将单束探测光信号在至少三条光路上进行规律性的切换输入，通过所述至少三条光路的输出端向所述光学镜头模块(1)交替输出不同出射方向的激光束；所述光学镜头模块(1)，用于将来自于所述光束扫描模块(2)的不同光路的激光束进行准直和扩束后出射至大气中，还用于收集由大气散射的回波光信号，并将所述回波光信号其耦合到所述光束扫描模块(2)对应光路的输出端中。2.根据权利要求1所述的基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线，其特征在于，所述光束扫描模块(2)包括：光开关(21)，所述光开关(21)具有一个光输入端(210)和第一光输出端(211)、第二光输出端(212)、第三光输出端(213)、第四光输出端(214)；控制板(22)，与所述光开关(21)电连接，控制板(22)用于生成TTL电平输出给所述光开关(21)，以控制所述光开关(21)中的光输入端(210)依次与所述第一光输出端(211)、第二光输出端(212)、第三光输出端(213)、第四光输出端(214)连通。3.根据权利要求2所述的基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线，其特征在于，所述光输入端(210)和第一光输出端(211)、第二光输出端(212)、第三光输出端(213)、第四光输出端(214)均由保偏光纤构成。4.根据权利要求3所述的基于光束离轴的单镜头测风激光雷达天线，其特征在于，所述光学镜头模块(1)包括：固定镜筒以及安装于所述固定镜筒上的准直扩束镜组和四个光纤法兰(15,16,17,18)；所述四个光纤法兰(15,16,17,18)相对于所述准直扩束镜组的光轴成非共面的中心对称设置，所述四个光纤法兰(15,16,17,18)...

【专利技术属性】
技术研发人员：马俊，
申请(专利权)人：东莞市中科原子精密制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：