Доплеровский лидар

 

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

СОК 3 СОВЕТСКИХ

СО04АЛИСТ11ЧЕСКИХ .РЕС,1УБЛИК (5!)5 G 01 Р 3/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4810742/22 (22) 06.04.90 (46) 23.03.92. Бюл. М 11 (71) МГУ им. М.В.Ломоносова (72) В.И.Берсенев и А.С.Тимофеев (53) 621,375.826 (088.8) (56) Берсенев В.И., Капцов Л.H.. Приезжев

А.В. Анализ возможности использования режима синхронизаций мод для повышения пространственного разрешения моностатического доплеровского лидара. — Вестник

Московского университета. Сер.: Физика. астрономия, 1987, т. 8, Ф 1, с. 85-87, (54) ДОПЛЕРОВСКИЙ ЛИДАР

{57) Изобретение относится к квантовой электронике и может найти применение в системах навигации, связи, слежения за обьектами, а также в аэродинамике и метеорологии. Целью изооретения является по„„. Ы„„1721513 А1 вышение 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 сигнал» 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.

1721513

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 5 измерениях скорости воздушных потоков, Целью изобретения является повышение чувствительности доплеровского лидара.

На. фиг, 1 представлена структурная схема доплеровского лидара; на фиг. 2 — 10 спектральный состав сигнала.

Лидар состоит иэ лазера 1 с синхронными модами, делительной пластины 2, зеркала 3, приемопередающей оптики 4, фотоприемника 5, широкополосного уси- 15 лителя 6, квадратичного преобразователя

7 и спектроанализатора 8. Излучение лазера поступает на делительную пластину 2, с помощью которой делится на опорный 9 и зондирующий 10 пучки. 20

Лидар работает следующим образом.

Зондирующий пучок с помощью приемопередающей оптики 4 направляется на движущийся объект либо в исследуемую область потока. Спектр зондирующего излуче- 25 ния,31 представлен на фиг. 2. Частота рассеянного излучения $2 приобретает доплеровский сдвиг vp. Рассеянное принятое излучение, пройдя через приемопередающую оптику 4, отразившись от делительной 30 пластины 2, смешивается на фотоприемнике с опорным пучком. При этом осуществляется оптическое гетеродинирование, что приводит к биениям тока фотоприемника на частотах Ю, ц<, k vo. Спектральный состав 35 этих биений $з показан на фиг. 2. Количество составляющих сигнала, анализируемых устройством, определяется шириной полосы усилителя 6, При большом числе засинхронизированных мод и первые No 40 компонент сигнала можно считать равными.

С выхода фотоприемника 5 составляющие сигнала на частотах vo, И< = k v< + ио, а также - межмодовые. биения на частотах k ю, поступка пают на вход усилителя 6, Усилитель обес- 45 печивает такой уровень k< составляющих сигнала, при котором шумы электронного тракта определяются дробовыми шумами фотоприемника, вызванными действием . опорного пучка. С выхода усилителя 6 сиг- 50 нал поступает на вход квадратичного преобразователя 7, с помощью которого осуществляется перемножение комбинационных компонент сигнала и компонент шума на частотах < с межмодовыми биениями на частотах k съ, в результате чего происходит преобразование частот И< к частоте эо, когерентное сложение комбинационных компонент сигнала и некогерентное сложение компонент шума. Это увеличивает отношение сигнал/шум на выходе квадратичного преобразователя в 44 раз, где ko— число использованных компонент.

Рассмотрим преобразование двух компонент сигнала: а cos(k vo — И)) t, а cos(k vo+ мр) с и межмодовой компоненты

А cos k No с, где а и А — амплитуды соответствующих компонент. Сигнал на входе квадратичного преобразователя х при этом имеет вид х = а eos (km — W)t+ à cos (kvo +ир)х хс+ А cos k vo t, где t — текущее время.

Сигнал на выходе квадратичного преобразователя после возведения в квадрат имеет вид у=а(а + — А )+ — а а соз2(К vo — Мэ)с+

1 2 1 г

2 2

+ — а А соз2 К о с+ — а а cos 2(kvo + Иф+

1 z 1 z

2 . 2

+ ааАсоз2 (Иъ — vo)t+aa Асоз2 (km + с п)с + а а2 cos2 k v, t - а а2 cos 2 vp с +

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

Формула изобретения

Доплеровский лидар, содержащий последовательно установленные и оптически сопряженные лазер с синхронными модами, светоделительную пластину и приемопередающую оптику, а также зеркало, оптически сопряженное со светоделительной пластиной, фотоприемник, оптически сопряженный со светоделительной пластиной, спектроанализатор, о т л и ч а ю щ и йс 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.

172 !513

/gap

Фиг.2

Составитель А. Ярцев

Редактор И. Шмакова Техред М.Моргентал Коррект зр Т. Малец

Заказ 949 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКНТ СССР

113С35. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производствен о-изд тельский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101