激光測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法,利用本發(fā)明可以使雷達探測距離對大氣能見度變化具有一定自適應性。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：在中控計算機(1)中內(nèi)置雷達操控軟件和回波距離門設定值，雷達操控軟件將統(tǒng)計出的回波信噪比達標距離門個數(shù)與設定值進行比較，判斷統(tǒng)計出的信噪比達標距離門數(shù)是否超過設定值；當中控計算機分析風場測量信噪比達標距離門個數(shù)低于設定值時，自動進行調(diào)節(jié)測風雷達光學天線焦距，控制調(diào)焦電機沿著光學調(diào)焦天線軸線緩慢移動天線次鏡，改變光學調(diào)焦天線的等效焦距；同時中控計算機根據(jù)調(diào)焦當前測量的信噪比達標距離門數(shù)的變化趨勢確定調(diào)焦方向，更新調(diào)焦電機初始位置，搜索最佳焦距。
【專利說明】
激光測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及一種測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，特別是脈沖光纖激光測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖光纖激光測風雷達利用大氣中隨風漂移的微小氣溶膠顆粒對激光散射回波的多普勒頻移效應來進行大氣風場的測量，大氣環(huán)境的氣溶膠條件在一定程度上對激光測風雷達探測能力(探測距離、信噪比等)產(chǎn)生不良影響。從國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀看來，脈沖激光測風雷達多采用固定焦距的光學天線對激光進行發(fā)射接收，但在長期實驗觀察過程中發(fā)現(xiàn)，激光測風雷達的探測性能不僅易受大氣條件的影響，還與雷達光學天線聚焦位置有密切關系?；诠潭ń咕喙鈱W天線的激光測風雷達在多變大氣條件下，探測性能具有顯著差異，如在高原地區(qū)和平原地區(qū)，前者探測能力與后者相比顯著降低，因此基于固定焦距光學天線的激光測風雷達在使用上具有一定局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是對現(xiàn)有技術(shù)的進一步改進和發(fā)展，其目的是針對傳統(tǒng)技術(shù)的不足之處，提供一種脈沖光纖激光測風雷達光學天線焦距自適應調(diào)節(jié)，從而在一定程度上改善激光測風雷達探測性能的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于包括如下步驟:在測風雷達中，采用中控計算機I接收回波距離門信噪比數(shù)據(jù)，并在中控計算機I中內(nèi)置雷達操控軟件和回波距離門設定值，雷達操控軟件將統(tǒng)計出的回波信噪比達標距離門個數(shù)與設定值進行比較，判斷統(tǒng)計出的信噪比達標距離門數(shù)是否超過設定值8;當中控計算機分析風場測量信噪比達標距離門個數(shù)低于設定值時，自動進行調(diào)節(jié)測風雷達光學天線焦距，控制調(diào)焦電機沿著光學調(diào)焦天線軸線緩慢移動天線次鏡，改變光學調(diào)焦天線的等效焦距；同時中控計算機根據(jù)調(diào)焦當前測量的信噪比達標距離門數(shù)的變化趨勢確定調(diào)焦方向，使雷達信噪比達標距離門數(shù)保持在設定值以上，或在實時大氣條件下達到最大時，命令調(diào)焦電機停止工作，并更新調(diào)焦電機初始位置，繼續(xù)監(jiān)測測風雷達信噪比達標距離門數(shù)與設定值的關系，進入搜索最佳焦距的循環(huán)中。
[0005]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
本發(fā)明針對固定焦距光學天線的激光測風雷達在使用上的局限性，在測風雷達、脈沖光纖激光測風雷達中，采用中控計算機I接收回波距離門信噪比數(shù)據(jù)，并在中控計算機I中內(nèi)置雷達操控軟件和回波距離門設定值，雷達操控軟件將統(tǒng)計出的回波信噪比達標距離門個數(shù)與設定值進行比較，判斷統(tǒng)計出的信噪比達標距離門數(shù)是否超過設定值;使用變焦光學天線的方式，在雷達探測距離降低時，通過調(diào)節(jié)光學天線焦距，使光學天線聚焦位置到達一個最佳位置，實時自適應大氣條件，可在一定程度上改善激光測風雷達探測性能，使其受大氣條件的影響減少的最低。解決了現(xiàn)有技術(shù)基于固定焦距光學天線的激光測風雷達在多變大氣條件下，探測性能具有顯著差異的問題，克服了高原地區(qū)和平原地區(qū)，前者探測能力與后者相比顯著降低的缺陷。
[0006]本發(fā)明在脈沖光纖激光測風雷達信噪比達標距離門數(shù)低于設定值時，通過雷達光學天線焦距的自動調(diào)節(jié)，使雷達探測距離對大氣能見度變化具有一定自適應性的控制策略。
【附圖說明】
[0007]為了進一步說明而不是限制本發(fā)明的上述實現(xiàn)方式，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施范圍之中。所有這些構(gòu)思應視為本技術(shù)所公開的內(nèi)容和本發(fā)明的保護范圍。
[0008]圖1是本發(fā)明測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法的基本實現(xiàn)框圖。
[0009]圖2是本發(fā)明圖1的工作流程圖。
[0010]圖中:I中控計算機，2電機驅(qū)動器，3調(diào)焦電機，4光學天線，41次鏡，42主鏡。
【具體實施方式】
[0011]參閱圖1。在以下描述的一個最佳實施例中，所述的測風雷達為脈沖光纖激光測風雷達，脈沖光纖激光測風雷達的光學天線焦距自適應調(diào)節(jié)主要通過順次串聯(lián)的中控計算機
1、電機驅(qū)動器2和調(diào)焦電機3，以及設置在光學天線4中，連接在調(diào)焦電機3上的次鏡41和與次鏡41同光軸分布的主鏡42協(xié)同工作實現(xiàn)。其中，光學天線4為收發(fā)合一共孔徑結(jié)構(gòu)光學調(diào)焦天線，所述光學調(diào)焦天線包括同軸分布的主鏡42和次鏡41，主鏡為正透鏡組，次鏡為負透鏡組，次鏡41通過機械結(jié)構(gòu)連接在調(diào)焦電機上，并可由調(diào)焦電機帶動沿天線軸線在一定范圍內(nèi)運動。中控計算機I相連電機驅(qū)動器2，電機驅(qū)動器2通過RS232通信接口與中控計算機實現(xiàn)通信。調(diào)焦電機以1nm的固定微小步長精確帶動光學調(diào)焦天線次鏡沿天線軸線在一定范圍內(nèi)運動。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，在測風雷達中，采用中控計算機I接收回波距離門信噪比數(shù)據(jù)，并在中控計算機I中內(nèi)置雷達操控軟件和回波距離門設定值，雷達操控軟件將統(tǒng)計出的回波信噪比達標距離門個數(shù)與設定值進行比較，判斷統(tǒng)計出的信噪比達標距離門數(shù)是否超過設定值8;當中控計算機分析風場測量信噪比達標距離門個數(shù)低于設定值時，自動進行調(diào)節(jié)測風雷達光學天線焦距，控制調(diào)焦電機沿著光學調(diào)焦天線軸線緩慢移動天線次鏡，改變光學調(diào)焦天線的等效焦距；同時中控計算機根據(jù)調(diào)焦當前測量的信噪比達標距離門數(shù)的變化趨勢確定調(diào)焦方向，使雷達信噪比達標距離門數(shù)保持在設定值以上，或在實時大氣條件下達到最大時，命令調(diào)焦電機停止工作，并更新調(diào)焦電機初始位置，繼續(xù)監(jiān)測測風雷達信噪比達標距離門數(shù)與設定值的關系，進入搜索最佳焦距的循環(huán)中。
[0013]中控計算機I對回波信號進行分析，得到各回波距離門信噪比數(shù)據(jù)，當回波信噪比達標距離門數(shù)低于雷達操控軟件內(nèi)置設定值時，控計算機I向電機驅(qū)動器發(fā)出電機運動命令，電機驅(qū)動器2接收到中控計算機I調(diào)焦指令后驅(qū)動調(diào)焦電機3工作，控制調(diào)焦電機沿著光學調(diào)焦天線軸線緩慢移動天線次鏡41。調(diào)焦電機3在電機驅(qū)動器2控制下，以固定微小步長移動光學天線4的次鏡41，次鏡41以初始位置為起點逐步前后移動，改變光學調(diào)焦天線的等效焦距，直到回波信噪比達標距離門個數(shù)高于設定值；同時中控計算機I根據(jù)調(diào)焦同時測量的信噪比達標距離門數(shù)的變化趨勢來確定正確的調(diào)焦方向，使雷達信噪比達標距離門數(shù)保持在設定值以上，或在實時大氣條件下達到最大。當信噪比達標距離門個數(shù)始終未達到該設定值時，則調(diào)焦電機運動到信噪比達標距離門數(shù)最大時停止工作，待暫停結(jié)束后重新進入焦距搜索循環(huán)。
[0014]參閱圖2。為實現(xiàn)脈沖光纖激光測風雷達的光學天線自適應控制，激光測風雷達中控計算機接收到各回波距離門信噪比數(shù)據(jù)；中控計算機統(tǒng)計信噪比達標距離門數(shù)并判斷是否低于設定值;若信噪比達標距離門數(shù)大于等于設定值，則雷達繼續(xù)進行測量，不用更改天線焦距。若信噪比達標距離門數(shù)低于設定值，則中控計算機向電機驅(qū)動器發(fā)出電機運動命令，電機驅(qū)動器控制調(diào)焦電機帶動光學調(diào)焦天線次鏡沿天線軸線緩慢運動，改變光學調(diào)焦天線的等效焦距。雷達操控軟件內(nèi)置程序根據(jù)調(diào)焦同時測量的信噪比達標距離門數(shù)的變化趨勢預測正確的調(diào)焦方向。信噪比達標距離門數(shù)低于設定值時，中控計算機控制調(diào)焦電機前后運動，嘗試在原焦距附近進行搜索，若雷達信噪比達標距離門數(shù)變化到超過雷達操控軟件內(nèi)置設定值，中控計算機命令調(diào)焦電機停止工作，繼續(xù)監(jiān)測雷達信噪比達標距離門數(shù)與設定值的關系；若雷達信噪比達標距離門數(shù)始終不能超過設定值，則調(diào)焦電機運動到信噪比達標距離門數(shù)最大位置停止工作，并暫停焦距搜索，待暫停結(jié)束后重新進入焦距搜索循環(huán)。
[0015]上述實現(xiàn)方式可根據(jù)以下工作步驟逐一實現(xiàn):雷達操控軟件啟動之后，中控計算機I控制調(diào)焦電機歸位到初始位置，開始進行風場測量。中控計算機I根據(jù)由回波信號分析得到的回波距離門信噪比數(shù)據(jù)，統(tǒng)計判斷信噪比達標距離門數(shù)是否超過雷達操控軟件內(nèi)置設定值，若信噪比達標距離門數(shù)超過設定值則調(diào)焦電機停止，雷達繼續(xù)進行風場測量;若信噪比達標距離門數(shù)低于雷達操控軟件內(nèi)置設定值，則中控計算機判斷焦距搜索完畢否，若未完畢則調(diào)焦電機帶動天線次鏡沿天線軸線向前或向后微調(diào)，而后進行風場測量，中控計算機繼續(xù)判斷信噪比達標距離門數(shù)與雷達操控軟件內(nèi)置設定值的關系，若焦距搜索完畢，則調(diào)焦電機運動到搜索中發(fā)現(xiàn)的信噪比達標距離門數(shù)最大位置后停止工作并更新調(diào)焦電機初始位置，進入暫停搜索計時，判斷暫停搜索計時完畢后，再次進入搜索最佳焦距的循環(huán)中。
【主權(quán)項】
1.一種測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于包括如下步驟:在測風雷達中，采用中控計算機(I)接收回波距離門信噪比數(shù)據(jù)，并在中控計算機(I)中內(nèi)置雷達操控軟件和回波距離門設定值，雷達操控軟件將統(tǒng)計出的回波信噪比達標距離門個數(shù)與設定值進行比較，判斷統(tǒng)計出的信噪比達標距離門數(shù)是否超過設定值；當中控計算機分析風場測量信噪比達標距離門個數(shù)低于設定值時，自動進行調(diào)節(jié)測風雷達光學天線焦距，控制調(diào)焦電機沿著光學調(diào)焦天線軸線緩慢移動天線次鏡，改變光學調(diào)焦天線的等效焦距；同時中控計算機根據(jù)調(diào)焦當前測量的信噪比達標距離門數(shù)的變化趨勢確定調(diào)焦方向，使雷達信噪比達標距離門數(shù)保持在設定值以上，或在實時大氣條件下達到最大時，命令調(diào)焦電機停止工作，并更新調(diào)焦電機初始位置，繼續(xù)監(jiān)測測風雷達信噪比達標距離門數(shù)與設定值的關系，進入搜索最佳焦距的循環(huán)中。2.如權(quán)利要求1所述的測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于:所述的測風雷達為脈沖光纖激光測風雷達，脈沖光纖激光測風雷達的光學天線焦距自適應調(diào)節(jié)主要通過順次串聯(lián)的中控計算機(I)、電機驅(qū)動器(2)和調(diào)焦電機(3)，以及設置在光學天線(4)中，連接在調(diào)焦電機(3)上的次鏡(41)和與次鏡(41)同光軸分布的主鏡(42)協(xié)同工作實現(xiàn)。3.如權(quán)利要求1所述的測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于:光學天線(4)為收發(fā)合一共孔徑結(jié)構(gòu)光學調(diào)焦天線，所述光學調(diào)焦天線包括同軸分布的主鏡(42)和次鏡(41)，主鏡為正透鏡組，次鏡為負透鏡組，次鏡(41)通過機械結(jié)構(gòu)連接在調(diào)焦電機上，并由調(diào)焦電機(3)帶動沿天線軸線在一定范圍內(nèi)運動。4.如權(quán)利要求1所述的測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于:調(diào)焦電機以1nm的固定微小步長精確帶動光學調(diào)焦天線的次鏡(41)沿天線軸線在一定范圍內(nèi)運動。5.如權(quán)利要求3所述的測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于:中控計算機(I)對回波信號進行分析，得到各回波距離門信噪比數(shù)據(jù)，當回波信噪比達標距離門數(shù)低于雷達操控軟件內(nèi)置設定值時，中控計算機(I)向電機驅(qū)動器發(fā)出電機運動命令，電機驅(qū)動器(2)接收到中控計算機(I)調(diào)焦指令后驅(qū)動調(diào)焦電機(3)工作，控制調(diào)焦電機沿著光學調(diào)焦天線軸線緩慢移動天線次鏡(41)。6.如權(quán)利要求4所述的測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于:調(diào)焦電機(3)在電機驅(qū)動器(2)控制下，以固定微小步長移動光學天線(4)的次鏡(41)，次鏡(41)以初始位置為起點逐步前后移動，改變光學調(diào)焦天線的等效焦距，直到回波信噪比達標距離門個數(shù)高于設定值；同時中控計算機(I)根據(jù)調(diào)焦同時測量的信噪比達標距離門數(shù)的變化趨勢來確定正確的調(diào)焦方向，使雷達信噪比達標距離門數(shù)保持在設定值以上，或在實時大氣條件下達到最大；當信噪比達標距離門個數(shù)始終未達到設定值時，調(diào)焦電機運動到信噪比達標距離門數(shù)最大時停止工作，待暫停結(jié)束后重新進入焦距搜索循環(huán)。7.如權(quán)利要求1所述的測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于:中控計算機接收到各回波距離門信噪比數(shù)據(jù)，統(tǒng)計信噪比達標距離門數(shù)并判斷是否低于設定值；若信噪比達標距離門數(shù)大于等于設定值，則雷達繼續(xù)進行測量，不用更改天線焦距。8.如權(quán)利要求1所述的測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于:若信噪比達標距離門數(shù)低于設定值，中控計算機向電機驅(qū)動器發(fā)出電機運動命令，電機驅(qū)動器控制調(diào)焦電機帶動光學調(diào)焦天線次鏡沿天線軸線緩慢運動，改變光學調(diào)焦天線的等效焦距。9.如權(quán)利要求1所述的測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于:雷達操控軟件內(nèi)置程序根據(jù)調(diào)焦同時測量的信噪比達標距離門數(shù)的變化趨勢預測正確的調(diào)焦方向。10.如權(quán)利要求1所述的測風雷達光學天線焦距的自適應調(diào)節(jié)方法，其特征在于:信噪比達標距離門數(shù)低于設定值時，中控計算機控制調(diào)焦電機前后運動，嘗試在原焦距附近進行搜索，若雷達信噪比達標距離門數(shù)變化到超過雷達操控軟件內(nèi)置設定值，中控計算機命令調(diào)焦電機停止工作，繼續(xù)監(jiān)測雷達信噪比達標距離門數(shù)與設定值的關系;若雷達信噪比達標距離門數(shù)始終不能超過設定值，則調(diào)焦電機運動到信噪比達標距離門數(shù)最大位置停止工作，并暫停焦距搜索，待暫停結(jié)束后重新進入焦距搜索循環(huán)。
【文檔編號】G01S17/95GK105929407SQ201610259832
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月24日
【發(fā)明人】趙彬, 馮力天, 羅雄, 陶剛, 樊冬, 湯磊, 楊澤后, 周鼎富
【申請人】西南技術(shù)物理研究所