[發(fā)明專利]基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具的紫外三頻高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)及其探測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710345377.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN107193015B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈法華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鹽城師范學(xué)院
• 主分類號(hào): G01S17/95
• 分類號(hào): G01S17/95;G01S7/481;G01S7/497
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種可同時(shí)高精度探測(cè)0?35km高度風(fēng)場(chǎng)、溫度和氣溶膠的基于三通道FP標(biāo)準(zhǔn)具的紫外三頻高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)及其探測(cè)方法。其特征是：發(fā)射激光頻率在ν₀、ν₀?2GHz和ν₀+2GHz之間交替改變；通道L、1和2標(biāo)準(zhǔn)具設(shè)計(jì)成一體，自由譜間距都為8GHz，譜寬分別為0.2GHz、1GHz和1GHz，1?L和1?2峰峰間隔分別為0.1GHz和4GHz；ν₀被鎖定在通道1峰值處；由1/4波片和偏振分束棱鏡組成級(jí)聯(lián)光路。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)雷達(dá)同時(shí)高精度測(cè)量0?35km風(fēng)場(chǎng)、溫度和氣溶膠，克服了單參數(shù)探測(cè)技術(shù)探測(cè)精度不高、探測(cè)范圍不能覆蓋及三個(gè)參數(shù)相互影響導(dǎo)致反演誤差較大的缺點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可同時(shí)高精度探測(cè)0-35km高度風(fēng)場(chǎng)、溫度和氣溶膠的激光雷達(dá)系統(tǒng)及其探測(cè)方法，特別涉及一種基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具的紫外三頻率高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)及其探測(cè)方法。

背景技術(shù)

大氣風(fēng)速、溫度和氣溶膠光學(xué)特性垂直廓線及其時(shí)間演變特征資料對(duì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、大氣科學(xué)以及氣候變化、大氣熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等研究都起著至關(guān)重要的作用。對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)、溫度和氣溶膠光學(xué)特性的探測(cè)和研究具有重要的科學(xué)意義。特別要提到的是，伴隨臨近空間飛行器的發(fā)展，空間環(huán)境安全保障已經(jīng)成為重要問題。平流層大氣風(fēng)場(chǎng)復(fù)雜變化和溫度、密度、氣壓狀態(tài)及動(dòng)力學(xué)擾動(dòng)將直接影響臨近空間(20～100km)飛行器安全、航空航天活動(dòng)的有效進(jìn)行和無線電系統(tǒng)的信息傳輸?shù)?。因此，?duì)平流層空間大氣環(huán)境要素(溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、壓強(qiáng)、密度等)的高精度探測(cè)，特別是“零風(fēng)層”(18～25km)的探測(cè)，提供平流層大氣狀態(tài)的預(yù)報(bào)和現(xiàn)報(bào)以及分析研究平流層的大氣特征分布，還具有重要的經(jīng)濟(jì)和軍事意義。

目前，對(duì)氣溶膠的探測(cè)主要有米散射激光雷達(dá)、偏振激光雷達(dá)和高光譜分辨率激光雷達(dá)。激光雷達(dá)探測(cè)大氣溫度的方法主要有：差分吸收法、瑞利散射積分法、瑞利散射光譜分析法和轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼散射法等。對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)的探測(cè)主要采用多普勒激光雷達(dá)。根據(jù)探測(cè)體制不同，所采用的鑒頻技術(shù)有相干探測(cè)技術(shù)和直接探測(cè)技術(shù)。其中基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具邊緣技術(shù)是目前較為成熟的、國際上對(duì)中高層大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè)最為普遍采用的技術(shù)。但是，進(jìn)行深入分析發(fā)現(xiàn)，上述單參數(shù)探測(cè)技術(shù)在對(duì)0～35km高度對(duì)應(yīng)的大氣參數(shù)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，存在探測(cè)精度不高、探測(cè)范圍不能覆蓋0～35km高度等缺陷；或者由于風(fēng)速、溫度和氣溶膠等三個(gè)參數(shù)的相互影響，導(dǎo)致反演誤差較大的缺點(diǎn)。例如：若采用高光譜分辨率激光雷達(dá)高精度測(cè)量氣溶膠，需要知道大氣溫度信息；若采用基于瑞利散射光譜分析法的高光譜分辨率激光雷達(dá)高精度測(cè)量大氣溫度，需要準(zhǔn)確扣除氣溶膠信息，同時(shí)還要考慮修正布里淵散射的影響；若采用基于邊緣技術(shù)的直接探測(cè)多普勒激光雷達(dá)高精度測(cè)量大氣風(fēng)速，需要知道氣溶膠和溫度信息。因此，為克服傳統(tǒng)單參數(shù)探測(cè)技術(shù)探測(cè)精度不高、探測(cè)范圍不能覆蓋或反演誤差較大等缺點(diǎn)，有必要探索可同時(shí)高精度探測(cè)0～35km高度(對(duì)流層和低平流層區(qū)域)大氣風(fēng)場(chǎng)、溫度和氣溶膠光學(xué)特性等大氣參數(shù)的激光雷達(dá)新技術(shù)。目前國內(nèi)外能夠同時(shí)高精度探測(cè)0～35km高度的大氣風(fēng)場(chǎng)、溫度和氣溶膠光學(xué)特性的激光雷達(dá)技術(shù)還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具的紫外三頻高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)及其探測(cè)方法，能用于同時(shí)探測(cè)0-35km高度大氣風(fēng)場(chǎng)、溫度和氣溶膠等大氣參數(shù)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：