技术摘要：
本申请公开了一种风速测量方法及装置，应用于激光雷达系统，激光雷达系统包括四通道的干涉仪，该干涉仪的四个通道相位差依次为π/2；所述方法包括：控制激光发射器发射激光光束；控制接收望远镜接收参考光束；获取激光光束对应的参考光束在每个通道中的第一子光束的功  全部
背景技术：
在大气风速测量时，通常采用相干多普勒测风激光雷达和非相干多普勒测风激光 雷达这两种雷达系统。对于非相干多普勒测风激光雷达来说，其需要采用种子注入和脉冲 锁频稳频技术的单纵模激光器作为发射单元，并选择高分辨率的光谱鉴频器鉴别气溶胶米 散射光谱或者大气分子瑞利散射光谱的多普勒频移，技术难度相对比较大。
技术实现要素：
为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的之一在于提供一种风速测量 方法，应用于激光雷达系统，所述激光雷达系统包括多纵模脉冲激光器、第一光束分离器、 第一反射镜、接收望远镜和干涉仪，所述第一光束分离器用于将激光发射器发射的激光光 束分为参考光束和测量光束，所述第一反射镜用于将所述测量光束反射至待测大气中，所 述接收望远镜用于接收光束，所述接收望远镜的输出端与所述干涉仪的输入端连接，所述 干涉仪有四个输出光束的通道，四个所述通道的相位差依次为π/2，所述方法包括： 控制所述激光发射器发射激光光束； 控制所述接收望远镜接收所述激光光束对应的参考光束； 获取所述激光光束对应的参考光束在每个所述通道中的第一子光束的功率； 根据每个所述第一子光束的功率获取所述激光光束的参考相位； 控制所述接收望远镜接收所述激光光束对应的回波光束，其中，所述回波光束为 激光光束对应的测量光束经大气弹性散射后，传播至所述接收望远镜的光束； 获取所述回波光束在每个所述通道的第二子光束的功率； 根据每个所述第二子光束的功率以及所述回波光束的功率获取所述回波光束的 测量相位； 根据所述参考相位、所述测量相位、所述干涉仪的光程差、所述激光光束的中心频 率以及光速获得大气的目标风速。 可选地，所述激光雷达系统还包括分别设置在每个通道上的光电探测器件，所述 光电探测器件用于检测对应通道中光束的光线强度；所述获取所述激光光束对应的参考光 束在每个所述通道中的第一子光束的功率，包括： 获取每个所述第一子光束经过所述光电探测器件转换后的电信号； 根据所述电信号获得所述第一子光束的光线强度，根据所述光线强度获得所述第 一子光束的功率。 可选地，所述获取所述回波光束在每个所述通道的第二子光束的功率，包括： 获取每个所述第二子光束经过所述光电探测器件转换后的电信号； 6 CN 111551960 A 说　明　书 2/13 页 根据所述电信号获得所述第二子光束的光线强度，根据所述光线强度获得所述第 二子光束的功率。 可选地，根据每个所述第一子光束的功率获取所述激光光束的参考相位的步骤包 括： 获取每个所述通道中第一子光束的谱线宽度； 针对每个通道，根据光速、干涉仪的光程差以及对应该通道的第一子光束的谱线 宽度获取该通道的第一干涉对比度，所述第一干涉对比度的计算公式为： 根据每个通道对应第一子光束的功率、每个通道的第一干涉对比度以及每个所述 通道的灵敏度计算参考相位，参考相位根据以下公式计算获得： Q1(r)＝q11(r) jq12(r) 其中，i为通道的序号，i＝1，2，3，4；c为光速；m1i为第一干涉对比度，即第i个通道 相对参考光束的干涉对比度；r为激光与大气中微粒的距离，当激光分光后直接进入接收望 远镜时，r＝0；u1i为第i个通道中第一子光束的谱线宽度，OPD为干涉仪的两个光学臂的光程 差；Q1(r)为与参考光束对应的中间参数，q11(r)为Q1(r)的实部，q12(r)为Q1(r)的虚部，j为 虚数，P1i(r)为第i个通道的第一子光束的功率，Φs(r)为激光光束的参考相位，ai表示第i 个通道的灵敏度。 可选地，所述根据每个所述第二子光束的功率以及所述回波光束的功率获取所述 回波光束的测量相位，包括： 获取每个所述通道中第二子光束的谱线宽度； 针对每个通道，根据光速、干涉仪的光程差以及对应该通道的第二子光束的谱线 宽度获取该通道的第二干涉对比度，所述第二干涉对比度的计算公式为： 根据每个所述通道对应的第二子光束的功率、每个通道的第二干涉对比度以及每 个所述通道的灵敏度计算测量相位，测量相位根据以下公式计算获得： 7 CN 111551960 A 说　明　书 3/13 页 Q2(r)＝q21(r) jq22(r) 其中，m2i为第二干涉对比度，即第i个通道相对回波光束的干涉对比度；u2i为第i 个通道中第二子光束的谱线宽度，P(r)为大气弹性散射的回波光束的总功率，P0为激光发 射功率，r'为激光与大气中微粒之间的距离变量，C为激光雷达系统常数，βa为大气气溶胶 后向散射系数，βm为大气分子后向散射系数，αa为大气气溶胶消光系数，αm为大气分子消光 系数，R1为大气气溶胶米散射占大气回波信号的强度，R2为大气分子瑞利散射占大气回波信 号的强度，R1＝1-1/Ra，R2＝1/Ra，|γa(τ)|气溶胶米散射光谱的复相干度，|γm(τ)|指大气 分子瑞利散射光谱的复相干度，|γ(τ，r)|为大气弹性散射光谱的复相干度，P2i(r)为第i个 通道中第二子光束的功率，δi为第i个通道的相位偏差；v为光谱频率，Q2(r)为与回波光束对 应的中间参数，q21(r)为Q2(r)的实部，q22(r)为Q2(r)的虚部，Φr(r)为回波光束的测量相 位，τ为干涉仪的仪器参数。 可选地，所述激光雷达系统还包括数据采集及数据处理系统，所述数据采集及数 据处理系统的四个输入通道分别对应连接一个光电探测器件，用于接收对应光电探测器件 输出的电信号； 所述方法还包括，通过数据采集及数据处理系统获取所述光电探测器件转换后的 电信号。 8 CN 111551960 A 说　明　书 4/13 页 可选地，所述干涉仪为马赫泽德干涉仪，所述马赫泽德干涉仪包括第二光束分离 器、第二反射镜、四分之一波片、第三反射镜以及第三光束分离器，所述第三光束分离器的 两个光路上分别设置有第一双折射偏振棱镜和第二双折射偏振棱镜，其中，所述干涉仪通 过所述四分之一波片、所述第一双折射偏振棱镜和所述第二双折射偏振棱镜实现四通道输 出。 可选地，所述激光雷达系统还包括倍频器，所述倍频器设置在所述激光发射器和 所述第一光束分离器之间，所述倍频器用于调整激光发射器出射的激光光束的波长。 可选地，所述激光雷达系统还包括扩束镜，所述扩束镜设置在所述激光发射器和 所述第一光束分离器之间。 本申请的另一目的还在于提供一种风速测量装置，应用于激光雷达系统，所述激 光雷达系统包括多纵模的激光发射器、第一光束分离器、第一反射镜、接收望远镜和干涉 仪，所述第一光束分离器用于将激光发射器发射的激光光束分为参考光束和测量光束，所 述第一反射镜用于将所述测量光束反射至待测大气中，所述接收望远镜用于接收光束，所 述接收望远镜的输出端与所述干涉仪的输入端连接，所述干涉仪有四个输出光束的通道， 四个所述通道的相位差依次为π/2，所述装置包括： 发射控制模块，用于控制所述激光发射器发射激光光束； 接收控制模块，用于控制所述接收望远镜接收所述激光光束对应的参考光束，以 及控制所述接收望远镜接收所述激光光束对应的回波光束，其中，所述回波光束为激光光 束对应的测量光束经大气弹性散射后传播至所述接收望远镜的光束； 功率获取模块，用于获取所述激光光束对应的参考光束在每个所述通道中的第一 子光束的功率，以及获取所述回波光束在每个所述通道的第二子光束的功率； 相位获取模块，用于根据每个所述第一子光束的功率获取所述激光光束的参考相 位，以及根据每个所述第二子光束的功率以及所述回波光束的功率获取所述回波光束的测 量相位； 计算模块，用于根据所述参考相位、所述测量相位、所述干涉仪的光程差、所述激 光光束的中心频率以及光速获得大气的目标风速。 相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果： 本申请实施例的提供的风速测量方法及风速测量装置，在可以对激光光束进行分 离的激光雷达系统中，通过激光发射器发射多纵模激光，然后分别通过干涉仪来对分离后 的参考光束以及测量光束对应的回波光束进行采集，计算出参考光束的参考相位、回波光 束的测量相位，从而根据参考相位和测量相位来获取目标风速，由于整个过程中，采用的是 多纵模的激光光束来获取目标风速，因此，可以简化测量大气风速的技术难度。 附图说明 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对 范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这 些附图获得其他相关的附图。 图1a是中心波长为1064nm的激光的光谱分布示意图； 9 CN 111551960 A 说　明　书 5/13 页 图1b是中心波长为1064nm的激光对应的大气弹性散射的回波光谱的分布示意图； 图2a是中心波长为532nm的激光的光谱分布示意图； 图2b是中心波长为532nm的激光对应的大气弹性散射的回波光谱的分布示意图； 图3a是中心波长为355nm的激光的光谱分布示意图； 图3b是中心波长为355nm的激光对应的大气弹性散射的回波光谱的分布示意图； 图4是本申请实施例提供的激光雷达系统的结构示意图一； 图5是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图； 图6是本申请实施例提供的激光雷达系统的结构示意图； 图7是干涉仪四个通道的透过率与激光出射光源的相位之间的关系示意图； 图8是干涉仪四个通道的透过率与多纵模大气弹性散射光谱的多普勒频移之间的 关系示意图； 图9是本申请实施例提供的风速测量方法的流程示意图； 图10是本申请实施例提供的风速测量装置的结构示意框图。 图标：100-电子设备，110-风速测量装置，111-发射控制模块；112-接收控制模块； 113-功率获取模块；114-相位获取模块；115-计算模块；120-存储器；130-处理器。