[實用新型]一種用于液態水云測量的多視場激光雷達探測系統

有效

• 申請號: 201720348231.0
• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN206638826U
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 卜令兵;蔡鎬澤;黃興友;郜海陽;張衡衡;張晉茹
• 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: 姜慧勤

技術領域

本實用新型涉及一種用于液態水云測量的多視場激光雷達探測系統，具體涉及一種測量云中云粒子微物理特性的多視場激光雷達探測系統，屬于云粒子探測技術領域。

背景技術

在對天氣因素分析時，云粒子的成分及特性，是推測未來天氣發展趨勢的重要指標，對云粒子進行實時監控，更有助于分析大氣運動的情況，觀測的結果對短期的天氣預報有深刻意義。對長期氣候的研究，云具有輻射作用，影響整個地球的氣候變化，云對溫度的影響甚至超越了二氧化碳對溫度影響的三倍。對模式進行研究，云的物理性質也是一個重要的研究方向，云的高度、云量、云的厚度以及云粒子特性，對天氣預報和檢驗以及天氣模型的建立極其重要。

云的幾個物理量的探測中，探測云粒子的微物理特性是當務之急，如云粒子中的水粒子物理形態、水的含量、水粒子的大小。云中水的相態是一個非常重要的參數指標。如果探測到云中的含水量，假設云中水粒子的粒徑分布滿足某一種特定關系，則云中的粒徑譜分布與含水量之間可用數學公式推導出來，所以，研究云中水含量十分重要。

至今，各種觀測云的方法都被使用。衛星遙感有其獨特的特點，在衛星軌道上對全球云的分布進行觀測，在云物理特性測量方面，它只能從整體上去區分水的相態是水相還是冰相，但不能從微觀上對云中的水粒子進行區分，并且在出現多層重疊云時會出現觀測方面的問題，在低云的觀測等方面也存在問題。機載云粒子測量儀是目前常用的人影響天氣的儀器，能夠對飛機飛行路徑上的云粒子的各種參數進行測量，能夠測量云粒子的粒徑以及云中的含水量，機載云粒子探測器可以直接測量云粒子，結果較為準確，但是費用相對其他觀測方式比較高，觀測次數受到限制。普通天氣雷達由于其波長的限制，對云的微物理特性探測能力也有限，隨著毫米波技術的發展，毫米波成為了觀測云最常用的手段，相比于普通的天氣雷達，毫米波雷達的波長更短，能更好的測量云的相態，再通過掃描設備，毫米波雷達能探測以雷達為中心十幾公里內云的相關參數，激光雷達相比于毫米波雷達，更有其獨特的優勢：空間分辨率方面，其距離分辨率的最小值為1.5m，比毫米波雷達的空間分辨能力要強；對于波長，毫米波雷達的波長一遍是3mm或者8mm，對于大多數云來說，該波長遠大于云粒子的大小，因此其探測能力肯定受到一定程度的限制，尤其是對薄云中小粒子的探測能力，而激光雷達的波長一般小于1微米，對云中各種粒子的探測能力更強，并且能夠監測到毫米波無法監測到的小粒子薄云。技術方面，毫米波雷達的造價和維護的費用比較昂貴，相比于毫米波雷達，激光雷達的各項技術均已成熟，系統更為簡潔，運行維護的費用相對更低，在以后的普及中更有優勢。但是，傳統的激光雷達僅能測量單一視場角下的激光雷達回波，根據Mie散射理論，單一視場角的激光雷達回波無法反映云粒子的尺度譜信息，因此，多視場激光雷達對于研究云的微物理參數具有重要的意義。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種用于液態水云測量的多視場激光雷達探測系統，利用云粒子的多次散射效應，通過改變視場角的大小，獲得不同視場角下的云粒子的退偏比，進而得到云粒子的半徑和液態含水量。

本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種用于液態水云測量的多視場激光雷達探測系統，包括激光雷達發射模塊、激光雷達接收模塊以及主控模塊；其中，激光雷達發射模塊包括激光器、擴束鏡、偏振片、半波片；激光雷達接收模塊包括望遠鏡、凸透鏡、電動小孔、偏振分束器、第一至第二光電探測器、信號采集模塊；所述激光器、電動小孔、信號采集模塊分別與主控模塊連接，第一光電探測器、第二光電探測器分別與信號采集模塊連接；激光器發射的激光信號依次經擴束鏡、偏振片、半波片后垂直進入大氣，望遠鏡垂直接收大氣中云粒子的后向散射光，后向散射光經凸透鏡變成平行光，平行光穿過電動小孔進入偏振分束器，偏振分束器將平行光分為水平偏振光和垂直偏振光，分別傳到第一光電探測器、第二光電探測器，第一光電探測器將水平偏振光轉化為電信號并傳輸至信號采集模塊，第二光電探測器將垂直偏振光轉化為電信號并傳輸至信號采集模塊，信號采集模塊分別采集兩個電信號并將結果傳輸至主控模塊。

作為本實用新型的一種優選方案，所述激光器采用YAG半導體激光器。

作為本實用新型的一種優選方案，所述望遠鏡采用200mm的卡塞格林望遠鏡，其焦距為2032mm。

作為本實用新型的一種優選方案，所述第一光電探測器、第二光電探測器均為H10682-110型號的光電倍增管。

作為本實用新型的一種優選方案，所述信號采集模塊采用P7882型號的光子計數卡。