CN115453572B - 一种全光纤一体化光路的激光气象探测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了全光纤一体化光路的激光气象探测设备，包括底座和设备主体，设备主体包括采集控制模块、一体化光学系统、输出控制模块和水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块及两轴二维运动机构；两轴二维运动机构的水平圆周轴连接连接底座和设备主体；设备主体包括垂直的第一端、第二端和水平的第三端，第一端与第三端之间、第二端与第三端之间还分别连接倾斜的第四端和第五端。本发明实现设备一体化有机架构的内核；全光纤化激光器及激光传输光路设计，赋予设备小型化、轻量化和高可靠性；单镜筒发射接收设计，具有设备小型化、低能耗优势，可面向移动平台集成部署。

Description

一种全光纤一体化光路的激光气象探测设备

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种全光纤一体化光路的激光气象探测设备。

背景技术

激光气象雷达是利用激光探测大气的设备。由发射系统和接受、显示两大部分组成。发射系统的激光器产生一束具有高度单色性、相干性和方向性的光脉冲，经发射望远镜发射出去。接收系统以接收望远镜接收大气分子和气溶胶粒子的散射回波。依据探测原理的不同，可分成多种类型：普通激光气象雷达、偏振激光气象雷达、多普勒激光雷达、拉曼散射激光雷达、差分吸收激光雷达及共振荧光激光雷达等。普通激光气象雷达可测量云底和云顶高度、卷云含水量分布、低层大气湍流和风速以及能见度等。

传统探测仪器主要采用固体激光器；传统探测仪器功能单一，一路激光只测量一种参数。现阶段风、云、能见度、气溶胶、天气现象等五大常用要素气象探测装备没有集成到一起，达不到小型化、轻量化，无法面向汽车、舰船、飞机等移动平台的应用集成部署。

发明内容

有鉴于此，本发明前瞻气象装备领域，基于“一体多能”向集成化、小型机动化和精确定量化的演进趋势，统筹概念层、架构层、数据层、功能层直达应用层等五个维度纵深，突出贯穿“一体化”的顶层设计，体系化协同递进：在概念层，基于全光纤激光、全封闭波导技术内核，深度实践创新机理共性、器件共用、模组共形、通道共享的集成优化理念，实现水平能见度分布、云高、气溶胶、降水天气现象以及三维风场等五大气象要素功能模组的一体化融合设计；在架构层，基于光路一体化、收发一体化，实现双激光器系统（1064nm和1550nm）共用泵浦激光源（980nm泵浦），光谱按需模组功能匹配系列一体化架构设计；在数据层，基于多通道信号控制、接收和处理的一体化设计，实现前端要素激光感知至后端参量数据反演的一体化；在功能层，基于全激光探测机理的高性能，立足单装设备层级突破由线到面、由面到场、由场到域的系统层级功用，突出多要素、多参量和现势性的保障能力，实现水平能见度分布、云底高度及云层厚度、气溶胶状况、降水天气现象以及三维风场等多维度一体化的精准产品支撑；在应用层，在型制上覆盖小型化、轻量化、低功耗、高可靠的发展要求，在性能上覆盖集成化、智能化、体系化、精确化的发展要求，可广泛面向固定站点和车、舰、机平台开展谱系集成。

具体的，本发明公开的全光纤一体化光路的激光气象探测设备，包括底座和设备主体，设备主体包括采集控制模块、一体化光学系统、输出控制模块和水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块及两轴二维运动机构；

两轴二维运动机构的水平圆周轴连接连接底座和设备主体，设备主体可沿水平圆周轴旋转；设备主体包括垂直的第一端、第二端和水平的第三端，第一端与第三端之间、第二端与第三端之间还分别连接倾斜的第四端和第五端；水平能见度模块设置在第四端，前散能见度模块设置在第五端；云高探测模块设置在第一端的顶部，天气现象测量模块设置在第二端的顶部；在第一端和第二端的中部设置两轴二维运动机构的垂直轴，三维风场测量模块有容纳垂直轴的中空，三维风场测量模块从中空处穿过垂直轴，并被垂直轴驱动；

一体化光学系统包括980nm泵浦激光器和分光器，将激光分成多路，向水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块分别传输对应波长的激光；

水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块将接收到的光信号传输至一体化光学系统，并经过探测部分实现光电转换，探测得到的电信号发送至采集控制处理系统进行相应的初步信号采集与处理，最后处理结果和设备状态信息经输出控制系统发送至终端计算机。

进一步的，所述三维风场测量模块使用1550nm种子光源，连接声光多普勒相干模块；声光多普勒相干模块将激光发送到1550nm激光放大器，所述1550nm激光放大器还接收所述一体化光学系统将980nm激光的70%，放大后送入环形器中，环形器连接功率检测模块，如果功率达到80uJ则输入单镜筒收发装置中，否则环形器将激光输入至所述声光多普勒相干模块中，重新进行放大，直到功率达到80微焦。

进一步的，云高探测模块使用1064nm种子激光源，所述1064nm种子激光源连接1064nm激光放大器，1064nm激光放大器还接收一体化光学系统输出980nm激光的24%，然后将激光输入到50/50分光器中，所述50/50分光器将50%的激光输入第一1064nm激光环形器中，并连接单镜筒收发装置，检测云高；

水平能见度模块使用所述1064nm种子激光源，连接所述1064nm激光放大器，所述1064nm激光放大器还接收所述一体化光学系统输出980nm激光的24%，然后将激光输入到所述50/50分光器中，所述50/50分光器将另外50%的激光输入第二1064nm激光环形器中，并连接单镜筒收发装置，检测水平能见度。

进一步的，所述水平能见度模块的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光至探测区域中，并实现激光在水平方向360度的扫描，最后接收后向散射回波信号；

所述云高探测模块的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光到设备正上空，并接收后向散射回波信号；

所述前散能见度模块的发射系统发射准直的连续980nm激光到探测区域，并通过接收系统接收45度角方向的前向散射信号；

所述天气现象测量模块的发射系统发射带状光斑的连续980nm激光到接收系统；

所述三维风场测量模块的单镜筒收发系统发射载频和脉冲调制的1550nm激光到探测区域中，并实现激光在水平方向360度的和垂直方向90度扫描，最后接收后向散射的回波信号。

进一步的，所述前散能见度模块包括前散接收装置、前散发射装置、光斑准直扩束装置；所述光斑准直扩束装置接收1×4分光器分出的5.99%激光，处理后送入前散发射装置，前散接收装置接收前散发射装置发射的激光，将激光送入数据采集模块。

进一步的，所述天气现象测量模块包括天气现象接收装置、前散发射装置、光斑准直扩束与整形装置；所述光斑准直扩束与整形装置接收1×4分光器分出的0.01%激光，处理后送入天气现象发射装置，天气现象接收装置接收天气现象发射装置发射的激光，将激光送入数据采集模块。

进一步的，所述水平能见度模块、云高探测模块和三维风场模块均采用单镜筒发射-接收结构设计，发射激光和接收的后向散射信号均经过同一光纤传输光路和空间扩束光路。

进一步的，所述两轴二维运动机构的水平圆周轴和垂直轴均采用2000线带编码伺服电机驱动；两轴二维运动机构的动力输出轴配置机械密封圈。

本发明的有益效果如下：

本发明的一体化光路设计实现设备一体化有机架构的内核，赋予设备多维度一体化的功能优势。

全光纤化激光器及激光传输光路设计，赋予了设备小型化、轻量化和高可靠、高性能的技术优势。

单镜筒发射-接收设计，赋予了设备小型化、低能耗优势，宜于面向汽车、舰船、飞机等移动平台的应用集成部署。

多通道信号控制、接收及数据处理一体化设计，赋予了设备高集成度和高精度优势。

高稳定性多维运动结构设计赋予了全方位扫描、高精度探测优势，立足设备级层面突破由线到面、由面到场、由场到域的系统级功用。

附图说明

图1本发明的一体化光路结构示意图；

图2本发明内部总体工作流程图；

图3本发明设备接口关系概念图；

图4本发明的侧视图；

图5本发明的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明根据风、云、能见度、气溶胶、天气现象等五大常用气象要素在激光层面上的探测原理共性要求，系统需要为各子要素探测子功能模块提供各自所需波长的激光，就能够实现五大功能模块一体化集成优化工作。本设备采用全光纤激光技术，通过双激光器系统（1064nm激光器和1550nm激光器）共用同一泵浦激光源（980nm泵浦）的一体化激光光路设计，实现以980nm泵浦激光源为中心，将980nm激光及其泵浦产生的1064nm激光和1550nm激光合理分配至各子探测功能模组作为发射光源，将五大功能模组在底层架构的激光光路层面有机结合起来，从而实现基于一套激光的一体化气象多要素探测设备，完成对水平能见度分布、云底高度及云层厚度、气溶胶状况、降水天气现象以及三维风场等各个气象要素探测。

采用紧凑式模块化硬件设计，布局简洁明了，保证设备外形灵巧、操作方便，总体体积小（701x891x400），集成化程度高，适应于快速部署在各种应用场景。五大探测功能模块之间是通过一体化光路实现器件的共用和功能的整合，从而达成一体化构架；设备与上位机的信息传输采用数据通信的方式实现，减少了模拟量远距离传输的损耗和干扰误差。

参考图1、图4、图5，本发明公开的全光纤一体化光路的激光气象探测设备，包括底座和设备主体，设备主体包括采集控制模块、一体化光学系统、输出控制模块和水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块及两轴二维运动机构；

两轴二维运动机构的水平圆周轴连接连接底座和设备主体，设备主体可沿水平圆周轴旋转；设备主体包括垂直的第一端、第二端和水平的第三端，第一端与第三端之间、第二端与第三端之间还分别连接倾斜的第四端和第五端；水平能见度模块设置在第四端，前散能见度模块设置在第五端；云高探测模块设置在第一端的顶部，天气现象测量模块设置在第二端的顶部；在第一端和第二端的中部设置两轴二维运动机构的垂直轴，三维风场测量模块有容纳垂直轴的中空，三维风场测量模块从中空处穿过垂直轴，并被垂直轴驱动；

探测设备工作时，二维运动机构驱动旋转机构，使得设备主体在水平面上360度旋转，使得侧面的水平能见度模块可以360度测量各个方位的能见度，得到能见度水平分布数据；二维运动机构使得三维风场测量模块能够360度+90度运动，即旋转＋俯仰，测量周边全方位风向风速，进而得到风场分布。

一体化光学系统包括980nm泵浦激光器和分光器，将激光分成多路，向水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块分别传输对应波长的激光；

水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块将接收到的光信号传输至一体化光学系统，并经过探测部分实现光电转换，探测得到的电信号发送至采集控制处理系统进行相应的初步信号采集与处理，最后处理结果和设备状态信息经输出控制系统发送至终端计算机。

在一些实施例中，三维风场测量模块使用1550nm种子光源，连接声光多普勒相干模块；声光多普勒相干模块将激光发送到1550nm激光放大器，所述1550nm激光放大器还接收所述一体化光学系统将980nm激光的70%，放大后送入环形器中，环形器连接功率检测模块，如果功率达到80uJ则输入单镜筒收发装置中，否则环形器将激光输入至所述声光多普勒相干模块中，重新进行放大，直到功率达到80微焦。

在一些实施例中，云高探测模块使用1064nm种子激光源，所述1064nm种子激光源连接1064nm激光放大器，1064nm激光放大器还接收一体化光学系统输出980nm激光的24%，然后将激光输入到50/50分光器中，所述50/50分光器将50%的激光输入第一1064nm激光环形器中，并连接单镜筒收发装置，检测云高；

水平能见度模块使用所述1064nm种子激光源，连接所述1064nm激光放大器，所述1064nm激光放大器还接收所述一体化光学系统输出980nm激光的24%，然后将激光输入到所述50/50分光器中，所述50/50分光器将另外50%的激光输入第二1064nm激光环形器中，并连接单镜筒收发装置，检测水平能见度。

在一些实施例中，水平能见度模块的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光至探测区域中，并实现激光在水平方向360度的扫描，最后接收后向散射回波信号；

云高探测模块的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光到设备正上空，并接收后向散射回波信号；

前散能见度模块的发射系统发射准直的连续980nm激光到探测区域，并通过接收系统接收45度角方向的前向散射信号；

天气现象测量模块的发射系统发射带状光斑的连续980nm激光到接收系统；

三维风场测量模块的单镜筒收发系统发射载频和脉冲调制的1550nm激光到探测区域中，并实现激光在水平方向360度的和垂直方向90度扫描，最后接收后向散射的回波信号。

在一些实施例中，前散能见度模块包括前散接收装置、前散发射装置、光斑准直扩束装置；所述光斑准直扩束装置接收1×4分光器分出的5.99%激光，处理后送入前散发射装置，前散接收装置接收前散发射装置发射的激光，将激光送入数据采集模块。

在一些实施例中，天气现象测量模块包括天气现象接收装置、前散发射装置、光斑准直扩束与整形装置；所述光斑准直扩束与整形装置接收1×4分光器分出的0.01%激光，处理后送入天气现象发射装置，天气现象接收装置接收天气现象发射装置发射的激光，将激光送入数据采集模块。

在一些实施例中，水平能见度模块、云高探测模块和三维风场模块均采用单镜筒发射-接收结构设计，发射激光和接收的后向散射信号均经过同一光纤传输光路和空间扩束光路。

在一些实施例中，两轴二维运动机构的水平圆周轴和垂直轴均采用2000线带编码伺服电机驱动；两轴二维运动机构的动力输出轴配置机械密封圈。

设备一体化光路结构示意图如图1所示。该光路是以980nm泵浦激光源为中心构建的全光纤一体化激光光路，该光路产生的980nm激光、1064nm激光和1550nm激光将按照各自特性分配至五大探测功能模块，在进行光斑以及时序调制后作为发射光源。其中，水平能见度分布、云高以及三维风场探测功能模组中均采用单镜筒的收发系统。

在工作流程层面，本设备主要由采集控制处理系统、一体化激光光源和探测光学系统、水平能见度分布探测功能模组的单镜筒收发系统、云高（含气溶胶探测）探测功能模组的单镜筒收发系统、三维风场探测功能模组的单镜筒收发系统、前向散射能见度探测功能模组的准直发射系统和接收系统、降水天气现象探测功能模组的带状光发射系统和接收系统、输出控制系统等组成。采集控制处理系统发送控制信号至一体化光学系统中，实现对不同波长激光的不同调制；一体化光学系统通过激光产生及分光技术，向各个探测功能模组的发射系统分别传输对应波长的激光。水平能见度分布探测功能模组的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光至探测区域中，并实现激光在水平方向360度的扫描，最后接收后向散射回波信号；云高（气溶胶）探测功能模组的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光到设备正上空，并接收后向散射回波信号；前向散射能见度探测功能模组的发射系统发射准直的连续980nm激光到探测区域，并通过接收系统接收45度角方向的前向散射信号；降水天气现象探测功能模组的发射系统发射带状光斑的连续980nm激光到接收系统；三维风场探测功能模组的单镜筒收发系统发射载频和脉冲调制的1550nm激光到探测区域中，并实现激光在水平方向360度的和垂直方向90度扫描，最后接收后向散射的回波信号。五个探测功能模组接收到的光信号将传输至一体化光学系统，并经过探测部分实现光电转换，探测得到的电信号发送至采集控制处理系统进行相应的初步信号采集与处理，最后处理结果和设备状态信息经输出控制系统发送至终点计算机。工作流程如图2所示。

参考图3，设备中各子模块在数据采集控制处理器的控制下独立工作，接收的各探测结果由采集控制处理器统一处理。按照设备工作模式，通过通信单元向数据处理终端发送探测结果和设备状态信息。数据处理终端可按需要通过通信控制单元向一体化激光环境探测设备发送指令，达成设备的控制和维护功能。

一体化激光探测设备集成了水平能见度分布、前向散射能见度、云高（含气溶胶）、降水天气现象以及三维风场五个探测功能模组，自下而上的一体化激光光路设计使各模组功能达成具有了技术保证。

为了实现设备中五大探测功能模组的一体化有机融合构架，本发明通过分析不同环境要素探测功能模组对激光特性的需求后，聚焦激光波长这一关键点，通过自下而上的设计方法，从设备底层架构中最为核心的激光器件开启一体化结构设计，构建了双激光器系统（1064nm激光器和1550nm激光器）共用同一泵浦激光源（980nm泵浦）的一体化激光光路，以980nm泵浦激光源为中心，将各子探测功能模组的发射光源有机结合起来，完成了设备激光光路一体化的自主设计，赋予设备从概念层、架构层、数据层、功能层直至应用层等五个维度贯彻“一体化”内涵。

全光纤化激光器及激光传输光路设计：

水平能见度、云高和三维风场探测功能模组均采用了自主设计的全光纤激光器，相对传统探测仪器所采用的固体激光器而言，具有小、轻、易集成、低能耗、可靠性高、散热性能好、光束质量高等系列特点，因此，在本设备实现上，直接带来“一少两高”的突出优势，从而赋予本设备小型化、轻量化、高可靠、高性能的特征。“一少”：在设备结构与散热设计上，能够大幅减少设备的体积与重量；“两高”：一是高可靠，所有探测功能模组至发射端前的激光传输光路均实现了全光纤化设计，进而达成封闭波导结构。由全光纤封闭波导结构带来的高可靠性特性，避免灰尘、水汽、振动等对光学精密核心的干扰、污染乃至破坏，有效增强激光光路的可靠性，大幅提高了设备的实际寿命；二是高性能，高光束质量激光输出，提高了五大功能模组的探测性能。

同时，本设备在光纤化激光器及激光传输光路设计上严格贯彻标准，所有无源光纤器件均按照Bellcore GR-1209/1221的通讯器件的标准来执行，所有有源光纤器件是参照GR-468标准执行。相对传统开放性光路而言，可满足未来功能拓展和与其他系统融合要求。

单镜筒发射-接收一体化设计：

水平能见度分布、云高探测和三维风场探测等3个功能模组均采用单镜筒发射-接收结构设计，发射激光和接收的后向散射信号经过均同一光纤传输光路和空间扩束光路，并采用自主设计的高性能光纤环形器实现了两者的低损耗分离。其单镜筒发射-接收设计确保实现设备的小型化，高性能光纤环形器保证接收和发射信号互不干扰，确保达成设备的低能耗。由于发射激光和接收的后向散射信号同轴，该环形器实现的单镜筒发射-接收结构在保证信号接收不对发射激光器产生干扰的同时，提高了接收信号的耦合效率，实现紧凑的光路结构，从而大幅减少了设备体积，大幅降低能耗。多维度一体化气象多要素探测设备设计尺寸为701*891*400、功率:≤300W（无加热）/500W(加热),以其小体积、低能耗优势，有利于在移动平台的集成部署，达成机动保障应用能力。

多通道信号控制、接收及数据处理一体化设计：

本设备综合处理模块实现了多通道信号控制、接收及数据处理。其在硬件设计上采用“超大规模FPGA+超强浮点DSP” 结构，与各探测功能模组、控制软件进行优化匹配，实现了多通道数据采集处理的高精度、高速度、高集成和低功耗。且该模块通过丰富接口与各探测功能模组连接，以及通过电或光接口与上位机终端连接，实现设备与上位机的稳定高速交互通信，将上位机的控制命令传输至各探测功能模组，将初步处理的环境要素数据以及设备状态传输至上位机，从而实现本设备的精细化、高效性的功能优势。

高稳定性多维运动结构设计：

本设备通过采用水平圆周360度旋转和垂直90度的两轴二维运动机构，实现了三维风场探测功能模组在水平方向上的360°、仰角方向上90°扫描，水平能见度分布探测功能模组在水平方向上的360°扫描。水平圆周轴和垂直轴均采用2000线带编码伺服电机驱动，配置高灵敏度“零点”光电传感器，确保高精度初始点，实现了运动机构的高稳定性、高精度和长寿命。尤其是对能见度在水平360°方向进行全方位探测为本发明首创，目前市面上的能见度探测设备仅能实现或“点”或“线”能见度数值探测，激光一体化气象要素探测设备首次实现了能见度要素“面”的探测突破，能清晰反映观测点四周各个方向上的能见度分布情况，为探测行动提供更为精准的气象保障产品。此外，多维运动结构动力输出轴配置机械密封圈，可防止砂尘、水气进入设备内部，实现了运动机构的高稳定性和长寿命，并提高了一体化设备的寿命以及在恶劣环境的稳定性，从而实现设备在恶劣环境高效工作的环境适应性。

本发明的有益效果如下：

本发明的一体化光路设计实现设备一体化有机架构的内核，赋予设备多维度一体化的功能优势；

全光纤化激光器及激光传输光路设计，赋予了设备小型化、轻量化和高可靠、高性能的技术优势；

单镜筒发射-接收设计，赋予了设备小型化、低能耗优势，宜于面向汽车、舰船、飞机等移动平台的应用集成部署；

多通道信号控制、接收及数据处理一体化设计，赋予了设备高集成度和高精度优势；

高稳定性多维运动结构设计赋予了全方位扫描、高精度探测优势，立足设备级层面突破由线到面、由面到场、由场到域的系统级功用。

本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。

而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。

本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。

综上所述，上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种全光纤一体化光路的激光气象探测设备，其特征在于，包括底座和设备主体，设备主体包括采集控制模块、一体化光学系统、输出控制模块和水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块及两轴二维运动机构，两轴二维运动机构包括水平圆周轴和垂直轴；

两轴二维运动机构的水平圆周轴连接连接底座和设备主体，设备主体可沿水平圆周轴旋转；设备主体还包括垂直的第一端、第二端和水平的第三端，第一端与第三端之间、第二端与第三端之间还分别连接倾斜的第四端和第五端；水平能见度模块设置在第四端，前散能见度模块设置在第五端；云高探测模块设置在第一端的顶部，天气现象测量模块设置在第二端的顶部；在第一端和第二端的中部设置两轴二维运动机构的垂直轴，三维风场测量模块有容纳垂直轴的中空，三维风场测量模块从中空处穿过垂直轴，并被垂直轴驱动做俯仰运动；

一体化光学系统包括980nm泵浦激光器和分光器，将激光分成多路，向水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块分别传输对应波长的激光；

水平能见度模块、云高探测模块、三维风场测量模块、前散能见度模块、天气现象测量模块将接收到的光信号传输至一体化光学系统，并经过探测部分实现光电转换，探测得到的电信号发送至采集控制处理系统进行相应的初步信号采集与处理，最后处理结果和设备状态信息经输出控制系统发送至终端计算机；

所述三维风场测量模块使用1550nm种子光源，连接声光多普勒相干模块；声光多普勒相干模块将激光发送到1550nm激光放大器，所述1550nm激光放大器还接收所述一体化光学系统980nm激光的70％，放大后送入环形器中，环形器连接功率检测模块，如果功率达到80uJ则输入单镜筒收发装置中，否则环形器将激光输入至所述声光多普勒相干模块中，重新进行放大，直到功率达到80微焦；

所述云高探测模块使用1064nm种子激光源，所述1064nm种子激光源连接1064nm激光放大器，1064nm激光放大器还接收一体化光学系统输出980nm激光的24％，然后将激光输入到50/50分光器中，所述50/50分光器将50％的激光输入第一1064nm激光环形器中，并连接单镜筒收发装置，检测云高；

所述水平能见度模块使用所述1064nm种子激光源，连接所述1064nm激光放大器，所述1064nm激光放大器还接收所述一体化光学系统输出980nm激光的24％，然后将激光输入到所述50/50分光器中，所述50/50分光器将另外50％的激光输入第二1064nm激光环形器中，并连接单镜筒收发装置，检测水平能见度；

所述水平能见度模块的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光至探测区域中，并实现激光在水平方向360度的扫描，最后接收后向散射回波信号；

所述云高探测模块的单镜筒收发系统发射脉冲调制的1064nm激光到设备正上空，并接收后向散射回波信号；

所述前散能见度模块的发射系统发射准直的连续980nm激光到探测区域，并通过接收系统接收45度角方向的前向散射信号；

所述天气现象测量模块的发射系统发射带状光斑的连续980nm激光到接收系统；

所述三维风场测量模块的单镜筒收发系统发射载频和脉冲调制的1550nm激光到探测区域中，并实现激光在水平方向360度的和垂直方向90度扫描，最后接收后向散射的回波信号；

所述前散能见度模块包括前散接收装置、前散发射装置、光斑准直扩束装置；所述光斑准直扩束装置接收1×4分光器分出的5.99％激光，处理后送入前散发射装置，前散接收装置接收前散发射装置发射的激光，将激光送入数据采集模块；

所述天气现象测量模块包括天气现象接收装置、前散发射装置、光斑准直扩束与整形装置；所述光斑准直扩束与整形装置接收1×4分光器分出的0.01％激光，处理后送入天气现象发射装置，天气现象接收装置接收天气现象发射装置发射的激光，将激光送入数据采集模块。

2.根据权利要求1所述的全光纤一体化光路的激光气象探测设备，其特征在于，所述水平能见度模块、云高探测模块和三维风场模块均采用单镜筒发射-接收结构设计，发射激光和接收的后向散射信号均经过同一光纤传输光路和空间扩束光路。

3.根据权利要求1所述的全光纤一体化光路的激光气象探测设备，其特征在于，所述两轴二维运动机构的水平圆周轴和垂直轴均采用2000线带编码伺服电机驱动；两轴二维运动机构的动力输出轴配置机械密封圈。