Доплеровский лидар Советский патент 1992 года по МПК G01P3/36 

ч|

Ю

д

(Я

GJ

Изобретение относится к квантовой электронике и может найти применение в системах навигации, связи, слежения за объектами, а также в аэродинамике и метеорологии. Целью изобретения является повышение чувствительности. Поставленная цель достигается тем, что в доплеровский лидар. включающий лазер 1 с синхронными модами, делительную пластинку 2, приемопередающую оптику 4, фотоприемник 5, спектроанализатор 8, введены широкополосный усилитель 6 и квадратичный преобразователь 7. Это позволило осуществить преобразование частотных комбинационных компонент, в результате чего происходит преобразование частотных компонент, содержащих доплеровскую составляющую, к компоненте сигнала с доплеровской частотой. При этом увеличивается отношение сигнал/шум за счет когерентного сложения компонент сигнала с доплеровской частотой и некогерентного сложения компонент шума, что ведет к увеличению чувствительности. 2 ил. (/ С

Фиг.1

Изобретение относится к квантовой электронике и может найти применение в системах навигации, связи, слежения за движущимися объектами, а также в аэродинамике и метеорологии при дистанционных измерениях скорости воздушных потоков.

Целью изобретения является повышение чувствительности доплеровского лидара.

На фиг. 1 представлена структурная схема доплеровского лидара; на фиг. 2 - спектральный состав сигнала.

Л ид ар состоит из лазера 1 с синхронными модами, делительной пластины 2, зеркала 3, приемопередающей оптики 4, фотоприемника 5, широкополосного уси- лителя б, квадратичного преобразователя 7 и спектроанализатора 8. Излучение лазера поступает на делительную пластину 2, с помощью которой делится на опорный 9 и зондирующий 10 пучки.

Лидар работает следующим образом.

Зондирующий пучок с помощью приемопередающей оптики 4 направляется на движущийся объект либо в исследуемую область потока. Спектр зондирующего излуче- ния ,i представлен на фиг. 2. Частота рассеянного излучения За приобретает до- плеровский сдвиг it). Рассеянное принятое излучение, пройдя через приемопередающую оптику 4, отразившись от делительной пластины 2, смешивается на фотоприемнике с опорным пучком. При этом осуществляется оптическое гетеродинирование, что приводитк биениям тока фотоприемника на частотах VD, Vk, k v0. Спектральный состав этих биений Зз показан на фиг. 2. Количество составляющих сигнала, анализируемых устройством, определяется шириной полосы усилителя б, При большом числе за- синхронизированных мод п первые No компонент сигнала можно считать равными. С выхода фотоприемника 5 составляющие сигнала на частотах VD, Vk k v0 i: VD, а также межмодовые биения на частотах k V0 поступа пают на вход усилителя 6. Усилитель обес- печивает такой уровень ko составляющих сигнала, при котором шумы электронного тракта определяются дробовыми шумами фотоприемника, вызванными действием опорного пучка. С выхода усилителя б сиг- нал поступает на вход квадратичного преобразователя 7, с помощью которого осуществляется перемножение комбинационных компонент сигнала и компонент шума на частотах Vk с межмодовыми биениями на частотах k v0, в результате чего происходит преобразование частот Vk к частоте VD, когерентное сложение комбинационных компонент сигнала и некогерентное сложение компонент шума. Это увеличивает отношение сигнал/шум на выходе квадратичного преобразователя в , где k0 - число использованных компонент.

Рассмотрим преобразование двух компонент сигнала: a cos(k v0 - VD) t, a cps(k y0+ VD) t и межмодовой компоненты A cos k V0 t, где а и А - амплитуды соответствующих компонент. Сигнал на входе квадратичного преобразователя х при этом имеет вид

х a cos (k v0 - vo)t + a-cos (kv0 + VD)X

xt + A cos kv0t, где t - текущее время.

Сигнал на выходе квадратичного преобразователя после возведения в квадрат имеет вид

у а (а2 + -у- А2)+ Y a a2 cos2(k v0 - vo)t +

+ -j-a A2cos2 kv01 + 4-a a2cos 2(ki 0 + vo)t+

+ aaAcos2 {kv0 - vn)t + a a A cos2 (kv0 + vo)t + a a2 cos2 k v01 + a a2 cos 2 VD t + + 2 a a A cosvp t; a const.

Последний подчеркнутый член суммы и является компонентой преобразованного сигнала, повышающей отношение сигнал/шум.

Формула изобретения Дрплеровский лидар, содержащий последовательно установленные и оптически сопряженные лазер с синхронными модами, светоделительную пластину и приемопередающую оптику, а также зеркало, оптически сопряженное со светоделитель- ной пластиной, фотоприемник, оптически сопряженный со светоделительной пластиной, спектроанализатор, отличающий- с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него дополнительно введены последовательно соединенные широкополосный усилитель и квадратичный преобразователь, причем вход широкополосного усилителя соединен с выходом фотоприемника, а выход квадратичного преобразователя соединен с входом спектроанализатора.

5