[發明專利]一種用于大氣臭氧觀測的激光雷達系統及觀測方法

有效

• 申請號: 201310189117.4
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103293533A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 曹念文
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種用于大氣臭氧觀測的激光雷達系統及觀測方法。

背景技術

目前大氣臭氧的主要探測方法是采用差分吸收激光雷達技術，但主要還存在以下問題：現有技術中，一般采用一個固定的波長對對大氣臭氧進行觀測，對同一次實驗觀測過程中由于激光器輸出、激光雷達回波信號的不穩定、探測器信號的不穩定，以及大氣條件的不穩定等因素造成的隨機誤差欠考慮，即使考慮隨機誤差，需要采用長時間觀測的方法，因而觀測效率和精度都不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于大氣臭氧觀測，結構簡單，具有高精度、高效率的激光雷達系統。

與此相應，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于本發明設計的激光雷達系統，具有高精度、高效率的大氣臭氧觀測方法。

本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種用于大氣臭氧觀測的激光雷達系統，包括主控制器、激光發射裝置組、激光信號探測器、數據采集裝置、以及終端裝置；其中，主控制器分別與激光發射裝置組、數據采集裝置相連接，激光信號探測器經數據采集裝置與終端裝置相連接；所述激光發射裝置組包括至少兩組激光發射器，還包括光束組合器，主控制器分別與各組激光發射器相連接，各組激光發射器的發射端分別與光束組合器的輸入端相連接。

作為本發明的一種優選技術方案：還包括至少n-1個時鐘延遲裝置，n為所述激光發射器的組數，所述各組激光發射器與時鐘延遲裝置一一對應，所述主控制器分別經各個時鐘延遲裝置與各個激光發射器相連接；或者，所有激光發射器中，除其中任意一組激光發射器直接與主控制器相連接外，所述主控制器分別經各個時鐘延遲裝置與其余激光發射器相連接。

作為本發明的一種優選技術方案：所述各組激光發射器還分別包括與之相對應的倍頻器，各組激光發射器發射端經對應倍頻器與光束組合器的輸入端相連接。

作為本發明的一種優選技術方案：還包括光電倍增管，所述激光信號探測器經光電倍增管與數據采集裝置相連接，所述主控制器同時與光電倍增管相連接。

作為本發明的一種優選技術方案：所述各組激光發射器包括相互連接的固體激光泵和染料激光器。

本發明所述一種用于大氣臭氧觀測的激光雷達系統采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

（1）本發明設計的用于大氣臭氧觀測的激光雷達系統，結構簡單，通過在同一組實驗觀測過程中，采用多波長對對大氣臭氧同時進行差分吸收觀測與分析，實現高效率、高精度的實驗觀測效果；且在同一組較短的觀測時間內，通過多波長對同時測量，能夠得到較高大氣精度的臭氧濃度，有效降低實驗觀測中隨機誤差，提高大氣臭氧觀測的效率和精度；

（2）本發明設計的用于大氣臭氧觀測的激光雷達系統中，加入時鐘延遲裝置，能夠有效保證了各個激光發射器觸發時間的控制；

（3）本發明設計的用于大氣臭氧觀測的激光雷達系統中，針對激光發射器產生的激光脈沖采用倍頻器進行倍頻，增強激光脈沖的能量，有效保證了大氣臭氧觀測的精度。

與此相應，本發明為了解決上述技術問題采用以下技術方案：本發明設計了一種用于大氣臭氧觀測的激光雷達系統的觀測方法，包括如下步驟：

步驟1.所述主控制器分別對所述各組激光發射器進行同樣控制，控制激光發射器交替輸出對應至少兩個不同波長的各個脈沖，且各組激光發射器輸出的脈沖彼此相同；

步驟2.對所述用于大氣臭氧觀測的激光雷達系統進行校準；

步驟3.分別控制各組激光發射器輸出的對應不同波長的脈沖構成各個異波長脈沖；控制各組激光發射器輸出的對應不同波長的脈沖經光束組合器，在各組激光發射器之間構成各個異波長脈沖對；各個異波長脈沖和各個異波長脈沖對依脈沖時序，構成組合激光束射向大氣中；

步驟4.射向大氣中的組合激光束射經大氣臭氧散射后，由激光信號探測器進行接收，發送給數據采集裝置，數據采集裝置將接收到的數據信息發送給終端裝置對大氣臭氧進行差分吸收觀測。

作為本發明的一種優選技術方案：所述步驟2包括如下步驟：

步驟⑴控制各組激光發射器輸出的對應相同波長的脈沖經光束組合器，在各組激光發射器之間構成同波長脈沖對；