[實用新型]全天時全高程大氣探測激光雷達

無效

• 申請號: 200920083967.5
• 申請日: 2009-03-04
• 公開（公告）號: CN201464659U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 龔順生;程學武;李發泉;楊國韜;王繼紅;竇賢康;薛向輝;楊勇;李勇杰;王嘉珉;賈漢春
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/481;G01S7/484;G01S7/486
• 代理公司: 武漢荊楚聯合知識產權代理有限公司 42215
• 代理人: 王健

技術領域：

本實用新型涉及激光雷達，尤其涉及從近地面到110公里這一寬范圍大氣層段探測的全高程激光雷達和連續24小時不間斷大氣探測的全天時激光雷達。

背景技術：

從近地面到110公里高空大氣層段，是日-地關系鏈中的重要環節，是空間物理和大氣科學的重要研究領域。激光雷達具有時空分辨率高、探測靈敏度高、可分辨探測物種和不存在大氣探測盲區等優點，特別適用于對這一層段大氣多參量的探測。

大氣探測激光雷達通常以30公里為界，分為低空探測激光雷達和高空探測激光雷達。高空探測激光雷達主要有瑞利散射激光雷達和共振熒光激光雷達兩種，瑞利散射激光雷達的探測高度一般為30～80公里，而共振熒光激光雷達的探測高度為80～110公里。30公里以下低空探測激光雷達則主要有米氏散射激光雷達、拉曼散射激光雷達、差分吸收激光雷達等，其中米氏散射激光雷達可以實現約1～30公里的大氣連通性探測。

德國IAP激光雷達組將共振熒光、瑞利散射、拉曼散射三臺激光雷達聯合起來共同實現1～105公里夜間溫度探測和80～105公里全天時探測(Temperature?lidar?measurements?from?1?to?105km?altitude?using?resonance，Rayleigh，and?Rotational?Raman?scattering，Atmos.Chem.Phys.2004，4：793～800)。這種由多臺激光器、多臺望遠鏡和諸多檢測設備組成的系統，造價昂貴，調整復雜，維護困難。一方面，多臺激光器很難實現同步發射，這會造成多臺激光雷達回波信號在時間上不同步；另一方面，多個激光束會在空間上產生一定偏離，造成多臺激光雷達回波信號在空間上不一致。

發明內容：

本實用新型的目的是：提供一種全天時全高程大氣探測激光雷達，該激光雷達通過雙波長發射、三通道同時接收、窄帶濾光、以及收發聯調等有機融合，不但實現了單臺激光雷達對1～110公里高空大氣的夜間全程探測，還實現了對1～60公里和80～110公里大氣的全天時探測，進一步拓展了激光雷達的探測能力，為大氣探測提供了一種更為有效的設備。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

全天時全高程大氣探測激光雷達由激光發射部分、光學接收部分、信號檢測部分組成，其中：

激光發射部分中的雙波長發射裝置可同時產生穩頻的532nm和589nm兩束激光。532nm激光經第一棱鏡發射，用于激發30公里以下的米氏散射和30～80公里的瑞利散射；589nm激光經第二棱鏡發射，用于激發80～110公里鈉層的共振熒光。兩個棱鏡分別安裝在兩個電動雙軸傾斜臺上，由計算機控制電動雙軸傾斜臺，對棱鏡進行調節，使得兩束激光按要求的方向進行發射。

其中：雙波長發射裝置為一種綜合型多功能中高層大氣探測激光雷達(專利號：ZL?200710051538.5)中的第二發射裝置，該裝置中的Nd:YAG激光器采用種子注入技術獲得穩頻的532nm激光，589nm激光的輸出波長被鎖定在鈉原子的共振峰上(中國科學G，37(2)：196-201)，使之與高空鈉層產生有效共振。

光學接收部分采用兩臺接收望遠鏡，一臺高空望遠鏡的焦平面上平行放置兩根光纖，分別用于接收532nm瑞利散射回波光和589nm鈉層熒光回波光，并送入瑞利散散射通道和鈉層熒光通道；一臺低空望遠鏡焦平面上放置一根光纖，用于接收532nm激光低空米氏散射回波光，并送入米氏散射通道。高空望遠鏡采用較大口徑接收望遠鏡且離兩發射棱鏡3～8米，是為了獲得更高的探測能力的同時，有效避免低空強散射回波光的干擾，實現30～110公里探測；低空望遠鏡采用較小口徑接收望遠鏡且離發射棱鏡0.1～1米，是為了避免低空強散射回波光飽和的同時，使得收發匹配的起始高度盡可能低，實現1～30公里探測。

信號檢測部分同時獲取米氏散射通道、瑞利散射通道(專利號：ZL200710051538.5)和鈉層熒光通道(專利號：ZL?200710051538.5)回波信號，并由計算機采集和存儲。在米氏散射通道、瑞利散射通道和鈉層熒光通道中均采用了pm量級帶寬的窄帶濾光器，比普通干涉濾光片帶寬窄2～3個數量級，且具有帶外抑制更強的特點，可有效濾除白天天空背景光噪聲，配合穩頻的532nm和589nm激光，實現三通道的全天時探測。