[發明專利]一種大氣探測激光雷達

在審

• 申請號: 201710727429.4
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107422337A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 王雅珍
• 申請（專利權）人: 池州睿成微電子有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/484
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司31300
• 代理人: 董澤宇

技術領域

本發明涉及激光雷達技術領域，尤其涉及一種大氣探測激光雷達。

背景技術

絕大部分激光雷達都工作在大氣環境中，所以研宄激光在大氣環境中的傳輸特性有著重要的意義。當激光在大氣中傳輸時，將與大氣中的分子、氣溶膠和其它微粒發生相互作用，具體而言，可以分為以下幾種：（1）大氣層某些氣體分子對激光有選擇性吸收，引起激光強度衰減和傳輸方向變化。（2）大氣中分子和氣溶膠等對激光的散射，引起激光強度衰減和傳輸方向變化。（3）大氣物理性質的急劇變化導致大氣閃爍，引起激光照度的調制和變化。（4）大氣分子和氣溶膠等本身的物理性質變化引起激光的變化。（5）大氣環流使光學折射率發生隨機變化，引起波前畸變，改變福射和激光的強度和相干性。大氣環境探測是激光雷達的特有應用，因為激光波長比微波雷達要短得多，與大氣中的氣體分子，塵埃，云霧，氣溶膠等可以產生相互作用，對激光的傳輸造成影響。在其他功能的激光雷達中，大氣對激光傳輸的影響是作為不利因素來考慮，而在大氣環境激光雷達中，這正是探測的有效手段。

激光在大氣中傳播會與大氣中的粒子發生散射，當激光波長與散射粒子的尺寸接近時，發生的散射被成為米散射。當激光波長比散射粒子大得多的情況下，所發生的散射成為瑞利散射。在大氣中而言，對激光產生瑞利散射的主要是氣體分子，由于萬米以上的大氣中所含塵埃，云霧和氣溶膠成分很少基本可以忽略，激光與大氣的主要作用就是瑞利散射，所以瑞利散射激光雷達主要用來探測萬米以上中間層大氣的密度，波動以及溫度。

現有的大氣激光雷達激光波長長，方向性較差，靈敏度不夠。

發明內容

針對現有技術中缺陷與不足的問題，本發明提出了一種大氣探測激光雷達，可以對分子級別的目標進行探測，具有分辨率高、方向性好、抗干擾能力強等優點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種大氣探測激光雷達，包括發射系統、接收系統和數據處理系統，所述發射系統由脈沖半導體激光器和光電二極管組成，脈沖半導體激光器發射激光束，激光束與目標物相互作用后產生激光回波，由光電二極管提供給接收系統，所述接收系統采用PMT模塊，PMT模塊對激光回波進行光電轉換和數據采集后，輸出數字信號至數據處理系統的FPGA中，所述FPGA通過USB連接到計算機中。

進一步的，所述脈沖半導體激光器發射的信號波長為905nm，脈沖能量為1.2-2.2μJ，重復頻率為5KHz。

進一步的，所述PMT模塊自帶成形電路，可輸出TTL電平的數字脈沖信號，其最高計數率為50MHz。

進一步的，所述FPGA采用兩個計數器并行工作。

進一步的，所述兩個計數器中的一個計數器工作時，將另一個計數器的數據寫入內部RAM，并將RAM中下一個地址的數據讀取出來，加載到該計數器中，實現數據的多次累加。

進一步的，所述兩個計數器采樣最小時間間隔為100ns。

進一步的，所述計算機通過NI-VISA實現對USB設備的訪問。

本發明具有如下有益效果：本發明激光波長短，方向性好，所以對目標進行探測時具有很高的靈敏度，角分辨和距離分辨能力很強；激光波長短，可以與氣體分子產生相互作用，利用不同分子對特定波長激光的吸收、散射和熒光特性，可以對分子級別的目標進行探測；激光本身不受電子干擾，可穿過等離子體鞘層，可以空間目標進行探測；體較小，重量輕，固態化和集成化高。

附圖說明

圖1為本發明系統結構示意圖；

圖2為本發明數據處理系統結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

如圖所示，一種大氣探測激光雷達，包括發射系統、接收系統和數據處理系統，所述發射系統由脈沖半導體激光器和光電二極管組成，脈沖半導體激光器發射激光束，激光束與目標物相互作用后產生激光回波，由光電二極管提供給接收系統，所述接收系統采用PMT模塊，PMT模塊對激光回波進行光電轉換和數據采集后，輸出數字信號至數據處理系統的FPGA中，所述FPGA通過USB連接到計算機中。