[實用新型]一種中大型激光雷達幾何重疊因子的測量系統

有效

• 申請號: 201520510514.1
• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN204789985U
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 卜令兵;馬寧堃;黃興友;郜海洋
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;裴詠萍

技術領域

本實用新型涉及一種中大型激光雷達幾何重疊因子的測量系統。

背景技術

激光雷達是一種主動遙感的探測工具，目前已廣泛應用于大氣氣溶膠研究、大氣光學研究、大氣環境監測、全球氣候預測等領域。米散射激光雷達用于測量邊界層氣溶膠分布情況。將激光雷達系統連接計算機后，根據計算機軟件輸出的數據，得到氣溶膠垂直分布廓線；根據Fernald、Klett、斜率法等方法，反演大氣氣溶膠消光系數、后向散射系數等光學特性數值利用激光雷達進行大氣探測，雷達系統本身的限制會給測量結果造成無法避免的系統誤差。系統誤差可以通過分析激光雷達系統的工作特性訂正，如激光雷達的幾何重疊因子，當激光雷達激光的發散角與望遠鏡的接收視場角部分重合時，發射激光僅有一部分被有效利用，由這種視場角部分重疊的幾何關系確定的用于訂正的物理量稱為激光雷達的幾何重疊因子。

激光雷達的發射系統與接收系統的軸線相互平行或重合，稱為平行軸系統或共軸系統。米散射激光雷達發射系統的激光束有一定的發散角。原則上，當望遠鏡接收視場角略大于激光束發散角時，回波信號可以完全進入視場角。但是在距離地面約1000m高度內，激光的發散角與望遠鏡的視場角部分重合，發射激光僅僅部分被有效接收，由這種部分重疊的幾何關系確定的因子稱為激光雷達的幾何重疊因子。如圖1所示，近地面發射系統14和接收系統15的視場無重疊部分；隨著高度升高，重疊部分增多，幾何重疊因子逐漸增大；到達某一高度，激光發散區域完全落入望遠鏡視場角內，幾何重疊因子為1；此臨界高度以上的探測數據沒有由幾何重疊因子造成的誤差。幾何重疊因子是大于等0、小于或等于1的無量綱數，反映了發射激光的利用效率，它造成近地面測量的回波功率小于實際大氣的回波功率，導致測量結果的誤差，因而必須對激光雷達進行幾何重疊因子的修正。

幾何重疊因子的計算，主要依靠實驗的方法，包括水平發射法、均勻大氣垂直測量法、其他通道協助測量法。水平探測法在大氣分布均勻的晴朗夜空進行，要求激光雷達系統的發射系統水平發射。對于望遠鏡固定的激光雷達系統或是無法移動的大型激光雷達系統，水平探測無法實現，因此采用水平探測法直接求得大激光雷達幾何重疊因子的方法不可用。均勻大氣垂直測量法對發射方向要求較低，一般激光雷達均可進行垂直發射，假設不同高度處大氣氣溶膠光學參數相同，計算方法類似于水平方法。此實驗方法必須選擇大風、晴朗、干燥的天氣，大氣邊界層的氣溶膠垂直分布十分均勻時進行，條件嚴苛。滿足天氣條件后測量出的幾何重疊因子還是有很大的誤差，即使大氣分子運動速度十分快，還是會因為重力作用使大氣上下分布密度不均，因此大氣氣溶膠濃度垂直分布也不完全均勻。該方法假設大氣垂直方向均勻，但往往與事實相悖。其他通道協助的方法，是指負責的激光雷達系統包含拉曼通道，可以使用拉曼通道，得到幾何重疊因子。該方法要求系統內有其他通道可以比較、借鑒。但一般激光雷達并不具有這些通道。

發明內容

本實用新型的目的是為了解決現有技術中存在的上述缺陷，提供一種能有效提高中、大型激光雷達幾何重疊因子的測量準確性的測量系統。

為了達到上述目的，本實用新型提供了一種中大型激光雷達幾何重疊因子測量系統，包括微型激光雷達和信息處理系統；所述微型激光雷達采用米散射激光雷達，包括發射準直激光脈沖的發射系統、接收與大氣氣溶膠分子發生相互作用后返回的激光信號的接收系統、信息采集系統；所述信息采集系統與接收系統相連；所述信息處理系統分別與所述微型激光雷達的信息采集系統和待測中大型激光雷達相連。

本實用新型測量系統還包括外部支架；接收系統設于外部支架上，包括望遠鏡鏡筒、望遠鏡主鏡片、準直裝置；望遠鏡主鏡片設于望遠鏡鏡筒頂部；激光信號依次經過望遠鏡主鏡片和準直裝置后進入信息采集系統；望遠鏡鏡筒的左側和下部分別安裝有水平儀。

上述準直裝置包括用于阻擋經過所述望遠鏡主鏡片焦點的激光信號的小孔光闌、準直鏡和濾光片；激光信號通過望遠鏡主鏡片后，依次通過小孔光闌、準直鏡和濾光片進入信息采集系統。

上述外部支架包括底座、豎直支架和水平支架；豎直支架為兩個，分別左右垂直設于底座上；水平支架可上下移動地設于豎直支架之間；望遠鏡鏡筒可轉動地設于水平支架上。

上述發射系統采用微型二極管泵浦Nd:YAG固體激光器；信息采集系統采用光電倍增管。

本實用新型相比現有技術具有以下優點：