CN115792861A - 一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光多普勒雷达技术领域，具体涉及一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置及方法。本发明通过控制本振光功率的大小，实现对端面反射中频信号幅值的调节，使其幅值在AD量化量程范围内，从而采集并量化该端面反射中频信号，并通过快速傅里叶变换FFT方法分析提取其初始相位。根据提取的端面反射中频信号的初始相位，通过实时电压反馈到相位调制器上，产生一定的相移，调节端面反射中频信号的初始相位为基准相位值，从而实现大气回波脉冲中频信号的相位对齐，并实现脉冲的相干累加。此外，分析得到的端面反射中频信号的频率，可用于多普勒频移的解算，减小变温环境下调制器产生的频移量变化情况下仍采用固定频移量解算多普勒频移导致的速度测量误差。

Description

一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置及方法

技术领域

本发明属于激光多普勒雷达技术领域，具体涉及一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置及方法。

背景技术

激光多普勒测风雷达由于回波信号为大气气溶胶粒子散射信号，后向散射系数通常为10^－6～10^－10，造成回波信号非常微弱，通常采用快速傅里叶变换FFT以及非相干频谱累加的方法解算信号频率，而当信号非常微弱时，该方法难以准确处理信号，影响了此类激光雷达的许多性能，如探测最远距离或高度、探测精度、数据更新率等。若能在快速傅里叶变换FFT处理前实现脉冲信号相干累加，类似于无线电波段的相参雷达，则理论上可大幅提高探测信噪比，实现更高的系统性能。

相干/非相干累加是比较常见的信号处理方法，由于信号具有时间相关性，而噪声通常不具有时间相关性，为随机白噪声，经过累加可以提高系统信噪比。理论上，非相干累加信噪比可以提高

倍，而相干累加信噪比可以提高M倍，M为用于累加的脉冲个数，相干累加信噪比提升幅度远高于非相干累加。然而实现相干累加条件较为苛刻，需要各脉冲具有相同的初始相位。对于无线电雷达，其发射信号、本振信号和相参检波信号是由同一个高纯度的信号源产生并放大得到，进行倍频，混频时信号源都来源于这个高纯度的信号源和同一个基准信号，这样保证了回波信号的相位及波形一致，满足相干累加条件。而对于激光雷达，由于脉冲调制信号与声光调制器等移频信号通常不同源，且光路(尤其是光纤光路)易受温度、振动等影响使得信号光和本振光的光程发生变化，导致外差中频脉冲信号产生随机的相位变化，无法直接做相干积累。

针对激光脉冲相干累加，人们也做了很多努力尝试。哈尔滨工业大学陆威团队(论文题目：激光测风雷达信噪比提高方法实验研究)、电子科技大学李晓峰团队(论文题目：相干激光测风雷达多普勒频移估计技术研究)均尝试采用正交混频鉴相的方法，通过对激光雷达信号进行数字鉴相，提取脉冲信号的相位，并且根据所求得相位值对激光回波信号进行位相对齐，最后对回波信号进行时域积累，实现激光雷达信号的相参积累。试验上取得了一定的效果。但该方法需要增加两路正交信号，在光路上引入多个器件，系统复杂。

此外，传统的激光多普勒测速雷达数据解算是对回波信号进行频谱分析后，得到峰值频率，然后减去调制器产生的固定的频移量，然而采用声光调制器其频移量是由加载到声光调制器上的电路产生的射频信号频率、声光晶体和换能器特性共同决定，采用电光调制器其频移量与加载到电光晶体上的锯齿波斜率、电光晶体特性等共同决定，随温度变化频移量会产生微小变化，因此这将带来多普勒频移及速度的解算误差。

发明内容

本发明的目的：提供一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置及方法。由于端面反射中频信号的初始相位与大气回波脉冲中频信号初始相位相差固定值，可以利用端面反射信号初始相位实现大气回波信号的相位对齐。然而端面反射中频信号的初始相位由于温度、振动、应力变化等原因造成相位不稳定；此外，端面反射中频信号超出AD量化电压范围，难以提取其初始相位。

本发明通过控制本振光功率的大小，实现对端面反射中频信号幅值的调节，使其幅值在AD量化量程范围内，从而采集并量化该端面反射中频信号，并通过快速傅里叶变换FFT方法分析提取其初始相位。根据提取的端面反射中频信号的初始相位，通过实时电压反馈到相位调制器上，产生一定的相移，调节端面反射中频信号的初始相位为基准相位值，从而实现大气回波脉冲中频信号的相位对齐，并实现脉冲的相干累加。此外，分析得到的端面反射中频信号的频率，可用于多普勒频移的解算，减小变温环境下调制器频移量变化情况下仍采用固定频移量解算多普勒频移导致的速度测量误差。

本发明的技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，包括：依次光纤连接的种子激光器1、第一分束器2、调制器模块3、光纤放大器模块4、环形器模块5和光学天线模块6；所述第一分束器2还与光强度调制器7、相位调制器模块8、耦合器模块9、平衡光电探测器模块10依次光纤连接；所述环形器模块5还与耦合器模块9光纤连接；

所述信号处理模块11与调制器模块3、光强度调制器7、相位调制器模块8、平衡探测器模块10电连接；

所述信号处理模块11所产生的调制信号、AD的时钟信号均由同一晶振经分频器后得到的；所述调制器模块3对应的调制信号脉冲宽度加上光强度调制器7对应的调制信号的脉冲宽度的和为脉冲调制周期。

在一个可能的实施例中，所述调制器模块3和光强度调制器7上加载的调制信号在电路输出时存在相对延时。

在一个可能的实施例中，所述的光强度调制器7选用电控光功率衰减器。

在一个可能的实施例中，调制器模块3包括至少一个调制器；所述调制器为声光调制器或电光调制器；所述电光调制器选用相位调制器，或者强度调制器；所述强度调制器选用马赫增德型或基于马赫增德型的级联、并联、正交或其他变形结构。

在一个可能的实施例中，所述相位调制器模块8包括至少一个调制器，选用电光晶体构成的电光调制器，或者能够产生相位或光程变化的调制器。

在一个可能的实施例中，所述环形器模块5包括一个环形器；所述光学天线模块6包括一个光学天线；所述耦合器模块9包括一个耦合器；所述平衡光电探测器模块10包括一个平衡光电探测器。

在一个可能的实施例中，所述相位调制器模块8连接于第一分束器2与光强度调制器7之间，或者连接于第一分束器2至环形器模块5至耦合器模块9所形成的光路上的任意两个相邻模块之间。

在一个可能的实施例中，所述装置还包括第二分束器12和第三分束器13；所述第一分束器2、调制器模块3之间设置有所述第二分束器12；所述光强度调制器7、相位调制器模块8之间设置有所述第三分束器13；

所述环形器模块5包括多个环形器、所述光学天线模块6包括多个光学天线、所述耦合器模块9包括多个耦合器、所述平衡光电探测器模块10包括多个平衡光电探测器；所述调制器模块3包括多个调制器；所述光纤放大器模块4包括多个光纤放大器；

第一分束器2与每个调制器之间连接有所述第二分束器12；多个调制器与多个光纤放大器4对应连接；多个光纤放大器4、多个环形器、多个光学天线依次一一对应连接；

多个环形器与多个耦合器、多个平衡光电探测器依次一一对应连接。

所述第三分束器13连接于光强度调制器7和相位调制器模块8之间时，所述装置包括多个相位调制器8；多个相位调制器8与多个耦合器9一一对应连接。

根据本发明的第二方面，提出一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的方法，采用上述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，包括如下步骤：

种子激光器1发出的激光经过第一分束器2后产生本振光和信号光；本振光依次进入光强度调制器7、相位调制器模块8和耦合器模块9；信号光依次进入调制器模块3、光纤放大器模块4、环形器模块5，通过光学天线模块6发射到空气中；光学天线模块6同时接收大气气溶胶粒子散射回的回波信号光，回波信号光经环形器模块5进入耦合器模块9，与本振光外差干涉，由平衡探测器模块10探测外差干涉信号，产生中频电信号；

信号处理模块11采集探测到的中频电信号，AD量化后得到数字中频信号；

信号光在发射到空气中之前，会在环形器模块5的第二端口的光纤端面以及镜头端面产生幅值远大于大气散射回波信号的反射信号，称为端面反射信号；

端面反射中频信号的初始相位为一固定值，则回波中频信号的初始相位也为一固定值。

根据端面反射中频信号，信号处理模块11计算相位调整量实时改变相位调制器模块8的相移，将不同回波中频信号的初始相位调整到固定值，满足脉冲相干累加条件。

本发明的优点：本发明提供一种实现的脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置及方法。通过控制本振光功率的大小，实现对端面反射中频信号幅值的调节，使其幅值在AD量化量程范围内，从而采集并量化该端面反射中频信号，并通过快速傅里叶变换FFT方法分析提取其初始相位。由于端面反射中频信号的初始相位与大气回波中频信号初始相位相差固定值，因此可以通过实时反馈调节端面反射中频信号的初始相位为基准相位值，从而实现回波脉冲中频信号的相位对齐，并实现脉冲的相干累加。该方法将大幅提高激光多普勒雷达系统探测灵敏度及信噪比，有利于雷达信号的高精度高可靠解算。此外，通过频谱估计该幅值较小的端面反射中频信号的频率值，可作为调制器频移量的监测信号用于解算多普勒频移，减小变温环境下频移量变化情况下仍采用固定频移量解算导致的测量误差。

附图说明：

图1为本发明优选实施例的用于实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加装置结构图

图2为本发明优选实施例的信号处理模块构成示意图

图3为本发明优选实施例的中频信号产生及控制示意图

图4为本发明优选实施例的实现脉冲相干累加的算法流程图

图5为本发明优选实施例的信号频率－幅度谱和频率－相位谱示意图

图6为本发明优选实施例的用于多路脉冲激光雷达信号相干累加的方案结构图

图7为本发明优选实施例的锁相环模块示意图

附图标记说明：1－种子激光器、2－第一分束器、3－调制器模块、4－光纤放大器模块、5－环形器模块、6－光学天线模块、7－光强度调制器、8－相位调制器模块、9－耦合器模块、10－平衡光电探测器模块、11－信号处理模块，12－第二分束器、13－第三分束器、21－加载到调制器模块的射频信号、22－平衡探测器模块探测到的端面反射中频信号、23－锁相环模块、24－锁相环模块输出信号；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，一种激光多普勒测速装置，所述装置包括：依次光纤连接的种子激光器1、第一分束器2、调制器模块3、光纤放大器模块4、环形器模块5和光学天线模块6；

第一分束器2与光强度调制器7、相位调制器模块8、耦合器模块9、平衡光电探测器模块10依次光纤连接；环形器模块5与耦合器模块9光纤连接；

信号处理模块11与调制器模块3、光强度调制器7、相位调制器模块8、平衡探测器模块10电连接；

信号处理模块11用于对平衡光电探测器模块9发送的外差中频信号进行数字采集，对得到的数字中频信号进行分段处理，根据端面反射中频信号判断回波脉冲中频信号的初始相位，根据得到的初始相位值计算相位变化量，实时调整相位调制器模块8的电压值，产生一定的相位值补偿初始相位的变化量，完成回波脉冲数字中频信号相位对齐及相干累加。

如图2所示，所述信号处理模块11包括晶振、时钟管理单元、AD模数转换器、相干累加模块、频率估计模块、相位鉴别模块、锁相模块、相位信号发生器、调制信号/移频信号发生器组成；所述产生的调制信号、移频信号、AD的时钟信号均由同一晶振经时钟管理单元后得到的。

信号处理模块11产生的所有调制信号、AD采集时钟等均由同一晶振分频得到以保证其同源性。加载到调制器模块3以及光强度调制器7上的脉冲调制信号其重复频率相同、脉冲形状互补，即调制器模块3对应的调制信号脉冲宽度加上光强度调制器7对应的调制信号的脉冲宽度的和为脉冲调制周期。

所述调制信号脉冲宽度是指单个脉冲周期内的脉冲电平持续时间。

调制器模块3和光强度调制器7上加载的调制信号在电路输出时存在相对延时。

可选地，调制器模块3加载的调制信号的重复频率和脉冲宽度分别为1KHz～200KHz和100ns～1μs，光强度调制器7上加载的调制信号的重复频率和脉冲宽度分别为1KHz～200KHz和4μs～999.9μs。

所述的光强度调制器7可以为任意原理的电控光功率衰减器，如电控的mems光衰减器、电光强度调制器、磁光强度调制器、声光调制器等。其目的是调节本振光信号功率的大小。

可选地，调制器模块3包括至少一个调制器；所述调制器为声光调制器或电光调制器。

当所述调制器为电光调制器时可以为相位调制器，也可以为强度调制器，强度调制器可选马赫增德型或基于马赫增德型的级联、并联、正交或其他变形结构，相位或强度调制器的目的是使种子激光器的频率产生一定的变化量。

可选地，相位调制器模块8包括至少一个调制器，可以为电光晶体构成的电光调制器，或者能够产生相位或光程变化的调制器，如电控光延时线。

可选地，环形器模块5包括一个环形器、光学天线模块6包括一个光学天线、耦合器模块9包括一个耦合器、平衡光电探测器模块10包括一个平衡光电探测器。

可选地，相位调制器模块8可连接于第一分束器2与光强度调制器7之间，也可连接于第一分束器2至环形器模块5至耦合器模块9所形成的光路上的任意两个相邻模块之间。

可选地，所述装置还包括第二分束器12和第三分束器13；所述第一分束器2、调制器模块3之间设置有所述第二分束器12；所述光强度调制器7、相位调制器模块8之间设置有所述第三分束器13。

环形器模块5包括多个环形器、光学天线模块6包括多个光学天线、耦合器模块9包括多个耦合器、平衡光电探测器模块10包括多个平衡光电探测器；调制器模块3包括多个调制器；光纤放大器模块4包括多个光纤放大器；

第一分束器2与每个调制器之间连接有第二分束器；多个调制器与多个光纤放大器4对应连接；多个光纤放大器4、多个环形器、多个光学天线依次一一对应连接；

多个环形器与多个耦合器、多个平衡光电探测器依次一一对应连接。

可选地，第三分束器连接于光强度调制器7和相位调制器模块8之间时，所述装置包括多个相位调制器8；多个相位调制器8与多个耦合器9一一对应连接。

另一方面，提供一种脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的方法，所述方法包括：

种子激光器发出的激光经过第一分束器2后产生本振光和信号光；本振光依次进入光强度调制器7、相位调制器模块8和耦合器模块9；信号光依次进入调制器模块3、光纤放大器模块4、环形器模块5，通过光学天线模块6发射到空气中；光学天线模块6同时接收大气气溶胶粒子散射回的回波信号光，回波信号光经环形器模块5进入耦合器模块9，与本振光外差干涉，由平衡探测器模块10探测外差干涉信号，产生中频电信号；

信号处理模块11采集探测到的中频电信号，AD量化后得到数字中频信号，对数字中频信号进行分析处理可以得到激光视线方向的速度，测量多个激光视线方向速度可以计算出三轴速度以及速度方向。

信号光在发射到空气中之前，会在环形器模块5的第二端口的光纤端面以及镜头端面产生幅值远大于大气散射回波信号的反射信号(称为端面反射信号)，到达耦合器模块9的端面反射光信号可表示为

u_eb(t)＝A₁·cos[2π(v₀+v_M)t+φ_s+Δφ_s]

其中，v₀为光波频率，v_M为调制器移频频率，φ_s为端面反射信号光在光纤光路中传输产生的相位，Δφ_s为由于温度、振动、应力变化等原因造成的端面反射信号光传输的光程变化导致的相位变化。

信号光发射到空气中与大气粒子作用，产生多普勒频移，到达耦合器模块9的大气回波光信号可表示为

u_bk(t)＝A₃·cos[2π(v₀+v_M+f_d)t+φ_s+Δφ_s+φ_bk]

其中，φ_bk为信号光在大气中传输产生的相位，f_d为产生的多普勒频移量，此处假定端面反射信号光与大气回波信号光到达耦合器模块9的时间差很短，可认为由于温度、振动、应力变化等原因造成的光路相位变化Δφ_s不变。

与端面反射信号光相混频的本振光到达耦合器模块9的光信号可表示为

u_LO1(t)＝A₂·cos[2πv₀t+φ_l1+Δφ_l]

其中，φ_l1为与端面反射信号光相混频的本振光传输的相位，Δφ_l为由于温度、振动、应力变化等原因造成的本振光传输光程变化导致的相位变化。

同样认为由于温度、振动、应力变化等原因造成的本振光路产生的相位变化Δφ_l不变，则与大气回波信号光相混频的本振光到达耦合器模块9的光信号可表示为

u_LO2(t)＝A₂·cos[2πv₀t+φ_l2+Δφ_l]

其中，φ_l2为与大气回波信号光相混频的本振光传输的相位。

则信号光与本振光外差混频后由平衡探测器接收到的端面反射中频信号可表示为

u_r(t)＝B₁·cos[2πv_Mt+φ_r+Δφ_r]

其中，φ_r＝φ_s-φ_l1为端面反射中频信号的初始相位，Δφ_r＝Δφ_s-Δφ_l为由于温度、振动、应力变化等原因造成光路相位变化。

大气回波中频信号可表示为

u_eco(t)＝B₂·cos[2π(v_M+f_d)t+φ_e+Δφ_r+φ_bk]

其中，φ_e＝φ_s-φ_l2，对比端面反射中频信号与大气回波中频信号，两者的相位差Δφ为一固定值：

Δφ＝φ_e-φ_r+φ_bk＝φ_l1-φ_l2+φ_bk

因此，若端面反射中频信号的初始相位为一固定值，则回波中频信号的初始相位也为一固定值，满足脉冲相干累加条件。由于端面反射中频信号存在Δφ_r的相位变化，通过相位调制器实时产生一定的相移，补偿端面反射中频信号初始相位中的变化量Δφ_r，使其为零，从而实现回波中频脉冲信号的相位固定，满足相干累加条件，从而可实现不同回波脉冲中频信号的相干累加。

可参考图3，通常激光多普勒测风雷达本振光路中不包含光强度调制器7和相位调制器模块8，其本振光为功率固定不变的连续光；信号处理模块采集到的数字中频信号(中频信号1)的端面反射部分的幅值超过AD量化量程，无法从该端面反射中频信号中提取准确的频率及初始相位信息；

调节光强度调制器7脉冲电平(声光调制器调节低电平幅值，电光调制器等调节高电平幅值)，将本振光调制为脉冲光(本振光信号2)，同时调节光强度调制器7脉冲信号与加载到调制器模块3上的脉冲调制信号间的相对延时△τ，使得端面反射回波信号上升沿与本振光脉冲下降沿对齐，从而得到幅值在AD的量化电压范围内的端面反射中频信号(中频信号2)。同时为了不降低回波中频信号幅值，光强度调制器7电平应调节到使本振光信号2峰值功率最大。

所述的相位对齐方法可以表述为：可参见图4，AD采集并量化脉冲中频信号，提取端面反射中频数字信号，将该部分数字信号进行快速傅里叶变换FFT运算，求得该部分数字信号的频率－幅度谱和频率－相位谱，可参见图5，求得幅度谱的最大值对应的频率f₀，该频率f₀对应相位谱中的相位Φ₀即为提取的端面反射中频信号的初始相位。也可根据离散频谱校正方法，进行初始相位的校正，提高初始相位提取精度。锁相模块给定初始相位基准值，采用比例－积分(PI)控制等方法计算初始相位调整量，该调整量作为反馈量作用于相位信号发生器，用于产生实时调节相位调制器模块8的电压值，使相位调制器模块8产生一定的相移，从而实时补偿由于温度、振动、应力变化等原因造成的端面反射中频信号的相位变化，使得初始相位稳定在基准值附近，从而实现回波脉冲中频信号相位对齐，满足相干累加条件，从而可实现同一测量区域的多个不同大气回波脉冲中频信号的相干累加。

AD采集并量化不同脉冲对应的大气回波中频信号，分别得到不同脉冲对应的时间序列，将N个时间序列按照对应的序号相累加，相干累加后的时间序列D_A表示为：

其中n为时间序列的序号。

对相干累加后的时间序列D_A进行快速傅里叶变换FFT运算，得到频率谱，进行峰值频率估计，得到频谱峰值对应的频率f，减去调制器模块的频移量v_M可得到多普勒频移量f-v_M，从而可计算出激光视线方向的速度

λ为激光波长。

所述的锁相模块和相位信号发生器的工作方式也可以表述为：可参见图7，将加载到调制器模块的射频信号21与平衡探测器模块探测到的中频信号22共同加载到锁相环模块23上，并将锁相环模块的输出信号24加载到相位调制器模块8上，改变相位调制器模块的相位值，实时实现端面反射中频信号的相位与加载到调制器模块的射频信号的相位同步，从而实现端面反射中频信号的相位为一个固定值，因此回波中频脉冲信号的相位固定，满足相干累加条件，从而可实现不同回波脉冲中频信号的相干累加。

相干累加的结果通过频谱分析可以估计出的频谱最大值对应的频率，用其减去调制器模块3产生的频移量，可得到多普勒频移量，从而可以计算出激光视线方向速度。然而发射激光的频移量的稳定性由多种因素共同决定，例如声光调制器频移量由加载到声光调制器上的射频信号频率、声光晶体和换能器特性共同决定，电光调制器用于移频，频移量与加载到电光晶体上的锯齿波斜率、电光晶体特性等共同决定。因此经调制器模块调制后产生的频移量随温度变化会产生微小变化，若变温过程中仍减去固定频移量，会产生一定的解算误差。而探测得到的幅值较小的端面反射中频信号的频率可实时表征调制器产生的频移量，通过分析该幅值较小的端面反射中频信号的频谱－幅度谱，得到幅度谱最大值对应的频率f₀，可以代替固定的频移量v_M用于解算多普勒频移，减小变温环境下频移量变化情况下仍采用固定频移量解算导致的测量误差。

Claims (9)

1.一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，包括：依次光纤连接的种子激光器(1)、第一分束器(2)、调制器模块(3)、光纤放大器模块(4)、环形器模块(5)和光学天线模块(6)；所述第一分束器(2)还与光强度调制器(7)、相位调制器模块(8)、耦合器模块(9)、平衡光电探测器模块(10)依次光纤连接；所述环形器模块(5)还与耦合器模块(9)光纤连接；

所述信号处理模块(11)与调制器模块(3)、光强度调制器(7)、相位调制器模块(8)、平衡探测器模块(10)电连接；

所述信号处理模块(11)所产生的调制信号、AD的时钟信号均由同一晶振经分频器后得到的；所述调制器模块(3)对应的调制信号脉冲宽度加上光强度调制器(7)对应的调制信号的脉冲宽度的和为脉冲调制周期。

2.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述调制器模块(3)和光强度调制器(7)上加载的调制信号在电路输出时存在相对延时。

3.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述的光强度调制器(7)选用电控光功率衰减器。

4.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，调制器模块(3)包括至少一个调制器；所述调制器为声光调制器或电光调制器；所述电光调制器选用相位调制器，或者强度调制器；所述强度调制器选用马赫增德型或基于马赫增德型的级联、并联、正交或其他变形结构。

5.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述相位调制器模块(8)包括至少一个调制器，选用电光晶体构成的电光调制器，或者能够产生相位或光程变化的调制器。

6.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述环形器模块(5)包括一个环形器；所述光学天线模块(6)包括一个光学天线；所述耦合器模块(9)包括一个耦合器；所述平衡光电探测器模块(10)包括一个平衡光电探测器。

7.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述相位调制器模块(8)连接于第一分束器(2)与光强度调制器(7)之间，或者连接于第一分束器(2)至环形器模块(5)至耦合器模块(9)所形成的光路上的任意两个相邻模块之间。

8.根据权利要求1所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，所述装置还包括第二分束器(12)和第三分束器(13)；所述第一分束器(2)、调制器模块(3)之间设置有所述第二分束器(12)；所述光强度调制器(7)、相位调制器模块(8)之间设置有所述第三分束器(13)；

所述环形器模块(5)包括多个环形器、所述光学天线模块(6)包括多个光学天线、所述耦合器模块(9)包括多个耦合器、所述平衡光电探测器模块(10)包括多个平衡光电探测器；所述调制器模块(3)包括多个调制器；所述光纤放大器模块(4)包括多个光纤放大器；

第一分束器(2)与每个调制器之间连接有所述第二分束器(12)；多个调制器与多个光纤放大器(4)对应连接；多个光纤放大器(4)、多个环形器、多个光学天线依次一一对应连接；

多个环形器与多个耦合器、多个平衡光电探测器依次一一对应连接。

所述第三分束器(13)连接于光强度调制器(7)和相位调制器模块(8)之间时，所述装置包括多个相位调制器(8)；多个相位调制器(8)与多个耦合器(9)一一对应连接。

9.一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的方法，采用上述权利要求1－8任意一项所述的一种实现脉冲激光多普勒雷达信号相干累加的装置，其特征在于，包括如下步骤：

种子激光器(1)发出的激光经过第一分束器(2)后产生本振光和信号光；本振光依次进入光强度调制器(7)、相位调制器模块(8)和耦合器模块(9)；信号光依次进入调制器模块(3)、光纤放大器模块(4)、环形器模块(5)，通过光学天线模块(6)发射到空气中；光学天线模块(6)同时接收大气气溶胶粒子散射回的回波信号光，回波信号光经环形器模块(5)进入耦合器模块(9)，与本振光外差干涉，由平衡探测器模块(10)探测外差干涉信号，产生中频电信号；

信号处理模块(11)采集探测到的中频电信号，AD量化后得到数字中频信号；

信号光在发射到空气中之前，会在环形器模块(5)的第二端口的光纤端面以及镜头端面产生幅值远大于大气散射回波信号的反射信号，称为端面反射信号；

根据端面反射中频信号，信号处理模块(11)计算相位调整量实时改变相位调制器模块(8)的相移，将不同回波中频信号的初始相位调整到固定值，满足脉冲相干累加条件。

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