一种机载大气激光雷达光学发射系统及其激光发射方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机载大气激光雷达光学发射系统及其发射方法，系统包括：激光光源：用于产生探测所需入射激光；光开关：用于根据预设控制时序将入射激光入射至对应的探测光路中；激光调制单元：用于对各探测光路中的激光进行调制，获得各探测光路的目标特性激光；收发镜头：用于将目标特性激光发射至待测大气区域，并接收大气反射回波传输至接收单元；接收单元：用于解算接收的大气反射回波，获得对应的探测参数。本发明专利技术通过一套激光雷达光学系统，可实现风场探测、水汽探测、结冰环境探测和其他相关大气参数探测，与现有的光学系统相比，本激雷达光学系统方案功能全面，可以满足多参数探测的需要，适合于机载平台的大气多参数实时高精度探测。数实时高精度探测。数实时高精度探测。

【技术实现步骤摘要】
一种机载大气激光雷达光学发射系统及其激光发射方法


[0001]本专利技术属于航空探测技术以及大气光学遥感探测
，具体涉及一种机载大气激光雷达光学发射系统及其激光发射方法。

技术介绍

[0002]对于机载平台，关键的大气气溶胶参数主要包括风场参数、水汽浓度、大气温度、大气压力和结冰环境等，这些参数直接影响着飞行安全，需要在飞机飞行过程中得到实时准确探测，同时高可靠性的大气气溶胶遥感探测已成为气象气候研究和保障的重要方向，气象学、大气动力学、天气现象、大气过程等方面也急需快速准确、大范围探测的机载直接测量技术。其中，风场和大气温压、密度等参数探测一般采用物理手段，如皮托管没需要在飞机蒙皮外侧安装探测装置。水汽探测一般采用微波或光学探测技术，通过天线收发光信号实现对气溶胶水汽含量探测。其他记载大气的探测也一般采用物理方案。但目前，由于上述机载光学雷达设备普遍功能比较单一，针对不同的大气参数，需要采用分立的探测方式和探测仪器，不仅增大了机载气溶胶探测系统的复杂度，增大探测系统的体积重量和实现难度；而且机身蒙皮外的多个探头将降低飞机的隐身能力、影响气动布局；各分立系统的使用会导致探测时效性低、解调分析慢等问题，这些缺点极大影响着机载平台的飞行安全性。
[0003]近年来，激光雷达探测技术发展迅速，利用光学雷达技术对大气参数进行遥感探测，具有无接触、速度快、探测距离远等优势，是新一代大气环境探测设备，尤其是机载探测设备的发展趋势。目前，对利用光学雷达探测风场、水汽环境和大气温度压力等参数的仪器国内外已有部分研究和应用。但仍然存在功能单一，结构复杂的问题，研发一种对多参数实时探测分析的多功能大气探测设备是实际应用的需要。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的机载大气激光雷达光学发射系统及其发射方法解决了现有的激光雷达探测仪器存在的功能单一结构复杂的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种机载大气激光雷达光学发射系统，包括：
[0006]激光光源：用于产生探测所需入射激光；
[0007]光开关：用于根据预设控制时序将入射激光入射至对应的探测光路中；所述探测光路包括风场探测光路、水汽探测光路以及大气环境参数探测光路；
[0008]激光调制单元：用于对各探测光路中的激光进行调制，获得各探测光路的目标特性激光；
[0009]收发镜头：用于将目标特性激光发射至待测大气区域，并接收大气反射回波传输至接收单元；
[0010]接收单元：用于解算接收的大气反射回波，获得对应的探测参数。
[0011]本专利技术的有益效果为：
[0012](1)本专利技术系统对多个参数探测和信号接收同一光源和收发镜头，有效减少收发镜头以及光源单元的数量，系统结构紧凑，体积重量显著减小，避免多雷达天线的冗杂结构。
[0013](2)本专利技术系统结构使得多种参数均采用激光雷达技术进行探测，探测稳定性和时效性极大提高。
[0014](3)本专利技术系统整体结构在蒙皮内侧，无外探结构，对飞机气动布局无影响，并且不影响飞机的隐身能力。
[0015]进一步地，当探测光路为风场探测光路时，所述激光调制单元包括环形器，所述光开关的输出端与环形器的入射端连接。
[0016]进一步地，当探测光路为水汽探测光路时，所述激光调制单元包括依次连接的光参量振荡器、泵浦激光器以及环形器。
[0017]进一步地，当探测光路为大气环境参数探测光路时，所述激光调制单元包括依次连接的倍频元件和环形器。
[0018]上述进一步方案的有益效果为：本专利技术通过一套激光雷达光学系统，可实现风场探测、水汽探测、结冰环境探测和其他相关大气参数探测，与现有的同类型机载光学雷达仪器的光学系统相比，本专利技术所提出的激雷达光学系统方案功能全面，可以满足多参数探测的需要，适合于机载平台的大气多参数实时高精度探测。
[0019]进一步地，所述接收单元包括接收光开关，以及均与所述接收光开关输出端连接的相干探测芯片、硅针探测器以及光子计数器。
[0020]进一步地，在风场探测光路的工作周期内，所述接收光开关连通相干探测芯片处于工作状态，使激光光源发出的入射激光与相干探测芯片的入射激光混频；
[0021]在水汽探测光路的工作周期内，所述接收光开关连通硅针探测器处于工作状态，获取激光调制过程中两个波长激光的反射光强度；
[0022]在大气环境参数探测光路的工作周期内，所述光开关连通光子计数器处于工作状态，对大气反射回波进行波形分析，获取大气环境参数。
[0023]上述进一步方案的有益效果为：本专利技术通过接收光开关加探测元件的组合方式，能够根据不同的参数探测需求，快速获得所需大气探测参数。
[0024]一种机载激光雷达光学发射系统的激光发射方法，包括以下步骤：
[0025]S1、设置光开关的控制时序；
[0026]S2、根据控制时序，将入射激光入射至对应的探测光路中；
[0027]其中，所述探测光路包括风场探测光路、水汽探测光路以及大气环境参数探测光路；
[0028]S3、通过激光调制单元对各探测光路中的激光进行调制，获得目标特性激光；
[0029]S4、通过收发镜头将目标特性激光发射至待测大气区域，并接收大气回波传输至接收单元；
[0030]S5、通过接收单元解算大气反射回波，获得探测参数。
[0031]本专利技术的有益效果为：
[0032]利用同一激光光源实现大气多参数实时快速探测和分析，包括风场探测，如真空速、大气温度、气压，以及气溶胶湿度探测和结冰环境探测，并解算出攻角、侧滑角、大气总
温、马赫数、大气总压、大气动压、标准空速、大气静压、气压高度、升降速度以及云的相态和云的粒子尺寸等参数。与现有同类型机载光学雷达仪器相比，本专利技术所提出的激雷达光学系统方案功能全面，可以满足多参数探测的需要，适合于机载平台的大气多参数实时高精度探测。
[0033]进一步地，所述步骤S3中，当探测光路为风场探测光路时，目标特性激光为从光开关入射至环形器任一入射端口后按预设传输方向传输至收发镜头的激光；
[0034]当探测光路为水汽探测光路时，获得目标特性激光的方法具体为：
[0035]通过光参量振荡器将光开关输出的激光转换为水汽探测所需的两个波长的激光，并通过泵浦激光器放大后进入环形器的任一入射端口，将按预设传输方向从环形器出射端口出射的激光作为目标特性激光；
[0036]当探测光路为大气环境参数探测光路时，获得目标特性激光的方法具体为：
[0037]通过倍频元件将光开关输出的激光进行倍频转换后进入环形器的任一入射端口，将按预设传输方向从环形器出射端口出射的激光作为目标特性激光。
[0038]上述进一步方案的有益效果为：通过同一收发光学镜头在目标大气空域中收发信号，与现有同类型机载光学雷达仪器相比，对大气的多参数探测共用同一光源和收发镜头，中间元件根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载大气激光雷达光学发射系统，其特征在于，包括：激光光源：用于产生探测所需入射激光；光开关：用于根据预设控制时序将入射激光入射至对应的探测光路中；所述探测光路包括风场探测光路、水汽探测光路以及大气环境参数探测光路；激光调制单元：用于对各探测光路中的激光进行调制，获得各探测光路的目标特性激光；收发镜头：用于将目标特性激光发射至待测大气区域，并接收大气反射回波传输至接收单元；接收单元：用于解算接收的大气反射回波，获得对应的探测参数。2.根据权利要求1所述的机载大气激光雷达光学发射系统，其特征在于，当探测光路为风场探测光路时，所述激光调制单元包括环形器，所述光开关的输出端与环形器的入射端连接。3.根据权利要求1所述的机载大气激光雷达光学发射系统，其特征在于，当探测光路为水汽探测光路时，所述激光调制单元包括依次连接的光参量振荡器、泵浦激光器以及环形器。4.根据权利要求1所述的机载大气激光雷达光学发射系统，其特征在于，当探测光路为大气环境参数探测光路时，所述激光调制单元包括依次连接的倍频元件和环形器。5.根据权利要求1所述的机载激光大气雷达光学发射系统，其特征在于，所述接收单元包括接收光开关，以及均与所述接收光开关输出端连接的相干探测芯片、硅针探测器以及光子计数器。6.根据权利要求5所述的机载激光大气雷达光学发射系统，其特征在于，在风场探测光路的工作周期内，所述接收光开关连通相干探测芯片处于工作状态，使激光光源发出的入射激光与相干探测芯片的入射激光混频；在水汽探测光路的工作周期内，所述接收光开关连通硅针探测器处于工作状态，获取激光调制过程中两个波长激光的反射光强度；在大气环境参数探测光路的工作周期内，所述光开关连通光子计数器处于工作状态，对大气反射回波进行波形分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中天，张亚筠，刘兴涛，吴梅，张果，唐诗，
申请(专利权)人：成都凯天电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：