一种激光雷达系统及系统的相干测风方法、装置以及介质与流程

本技术涉及激光测风，特别是涉及一种激光雷达系统及系统的相干测风方法、装置以及介质。

背景技术：

1、传统的激光雷达系统中设置有一个声光调制器，用于将系统的种子激光器的激光按固定频率通过光学镜筒发射至大气中，而激光雷达的探测距离与激光发射重频之间存在限制，如激光发射重频为10khz，则雷达的最远探测距离为15km，更远距离的回波信号将会被下一个脉冲的近场回波信号覆盖。因此，如需要更远的探测距离，激光雷达激光器的重频需要降低，避免当前脉冲的远场信号被下一个脉冲的近场信号覆盖。可见，常规的激光雷达中，要提高最大探测距离，需要限制激光脉冲最高发射频率。如30km的探测范围，激光发射脉冲重频不能超过5khz，才能保证远场的信号不受下一个脉冲近场回波的影响。

2、但是，为保证系统的远场信号探测，需要一定数量的信号累积才能达到足够的信噪比，实现正常测量。因此长距雷达系统降低了发射光重频，需要更长时间的累积实现远场信号的探测。而又由于风的波动性，延长累积时间将降低数据更新的实时性，影响风场的准确测量。

3、由此可见，如何提高测风时采集数据的实时性，并提高风场测量的准确性，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种激光雷达系统及系统的相干测风方法、装置以及介质，以提高测风时采集数据的实时性，并提高风场测量的准确性。

2、为解决上述技术问题，本技术提供一种激光雷达系统，包括：多个调制器、合束器以及控制器；

3、所述调制器的输入端与所述激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各所述调制器的输出端与所述合束器的输入端连接；

4、所述控制器与各所述调制器的控制端连接，用于控制所述调制器工作；其中，所述调制器工作时将所述种子激光器产生的激光进行频移后发射至所述合束器，同一时刻仅控制一个所述调制器工作，各所述调制器发射激光的频率不同；

5、所述合束器的输出端连接至所述激光雷达系统的光学镜筒，以便于所述激光雷达系统通过所述光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号，并根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息。

6、优选地，各所述调制器依次相互连接，位于连接首位的所述调制器的输入端与所述种子激光器连接；

7、其中，所述调制器不工作时，将接收到的激光直接发射至所连接的下一个所述调制器。

8、优选地，所述控制器控制各所述调制器按固定顺序循环工作。

9、优选地，包括：光纤放大器、光纤环形器、光纤耦合器、平衡探测器、数据采集板、工控机；

10、所述光学镜筒为收发一体光学镜筒，所述工控机包括所述控制器；

11、所述合束器的输出端与所述光纤放大器的输入端连接，所述光纤放大器的输出端与所述光纤环形器的第一端口连接，所述光纤环形器的第二端口与所述收发一体光学镜筒连接，所述光纤环形器的第三端口与所述光纤耦合器输入端的第一端连接；其中，所述光纤环形器的所述第一端口接收的激光从所述第二端口射出，所述第二端口接收的激光从所述第三端口射出；

12、所述种子激光器的输出端与所述光纤耦合器的输入端的第二端连接，所述光纤耦合器的输出端与所述平衡探测器的输入端连接，所述平衡探测器的输出端与所述数据采集板的输出端连接，所述数据采集板的输出端与所述工控机的输入端连接；

13、其中，所述种子激光器用于发射同样的激光至所述调制器和所述光纤耦合器，以便于所述工控机根据发射的激光和所述回波信号确定所述风场信息。

14、优选地，所述根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息包括：

15、将对应频率下的信号进行傅里叶变换获取谱数据，根据所述谱数据确定所述风场信息。

16、优选地，所述根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息包括：

17、将各频率下的信号进行转换得到标准频率的信号，根据标准频率的信号确定所述风场信息。

18、为解决上述技术问题，本技术还提供一种激光雷达系统的相干测风方法，应用于包括多个调制器、合束器以及控制器的激光雷达系统，所述调制器的输入端与所述激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各所述调制器的输出端与所述合束器的输入端连接；所述控制器与各所述调制器的控制端连接，所述合束器的输出端连接至所述激光雷达系统的光学镜筒，以便于所述激光雷达系统通过所述光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号；所述方法包括：

19、控制所述调制器工作；其中，所述调制器工作时将所述种子激光器产生的激光进行频移后发射至所述合束器，同一时刻仅控制一个所述调制器工作，各所述调制器发射激光的频率不同；

20、获取发射的激光以及所述回波信号；

21、根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息。

22、为解决上述技术问题，本技术还提供一种激光雷达系统的相干测风装置，应用于包括多个调制器、合束器以及控制器的激光雷达系统，所述调制器的输入端与所述激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各所述调制器的输出端与所述合束器的输入端连接；所述控制器与各所述调制器的控制端连接，所述合束器的输出端连接至所述激光雷达系统的光学镜筒，以便于所述激光雷达系统通过所述光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号；所述装置包括：

23、控制模块，用于控制所述调制器工作；其中，所述调制器工作时将所述种子激光器产生的激光进行频移后发射至所述合束器，同一时刻仅控制一个所述调制器工作，各所述调制器发射激光的频率不同；

24、获取模块，用于获取发射的激光以及所述回波信号；

25、确定模块，用于根据发射的激光、所述回波信号以及对应的频率确定风场信息。

26、为解决上述技术问题，本技术还提供一种激光雷达系统的相干测风装置，包括：存储器，用于存储计算机程序；

27、处理器，用于执行计算机程序时实现上述激光雷达系统的相干测风方法的步骤。

28、为解决上述技术问题，本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述激光雷达系统的相干测风方法的步骤。

29、本技术所提供的一种激光雷达系统，包括多个调制器、合束器以及控制器。其中，调制器的输入端与激光雷达系统的种子激光器的输出端连接，各调制器的输出端与合束器的输入端连接，控制器与各调制器的控制端连接，用于控制调制器工作；其中，调制器工作时将种子激光器产生的激光进行频移后发射至合束器，控制器在同一时刻仅控制一个调制器工作。且各调制器发射激光的频率不同，将不同回波信号在时间上的重叠在频率上彼此错开。合束器的输出端连接至激光雷达系统的光学镜筒，以便于激光雷达系统通过光学镜筒将激光射入大气并接收回波信号，并根据发射的激光、回波信号以及对应的频率确定风场信息。本技术提供的激光雷达系统对种子激光的移频进行优化，通过不同的移频控制来区分不同的信号，相较于传统的方案，本方案达到在不降低整体的发射重频的前提下，提高有效探测距离，从而提高了测风时采集数据的实时性，并提高了风场测量的准确性。

30、本技术还提供了一种激光雷达系统的相干测风方法，应用于上述激光雷达系统，故具有与上述激光雷达系统相同的有益效果。

31、本技术还提供了一种激光雷达系统的相干测风装置和计算机可读存储介质，与上述方法对应，故具有与上述方法相同的有益效果。