[發明專利]一種多視場偏振激光雷達探測系統及探測冰云的方法

有效

• 申請號: 201810660938.4
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN109061668B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 卜令兵;謝佳明;姜輔媛
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

1.一種多視場偏振激光雷達探測系統，其特征在于，包括發射模塊、接收模塊和主控模塊，其中：

所述發射模塊包括激光器、擴束鏡和第一反射鏡，所述激光器發出的激光依次通過所述擴束鏡和第一反射鏡發射到大氣中；

所述接收模塊包括望遠鏡、第二反射鏡、電動小孔、凸透鏡、濾光片、偏振片、衰減片、偏振分束器、第一至第二光電探測器和信號采集模塊；所述望遠鏡接收大氣中云粒子的后向散射光，后向散射光依次經過第二反射鏡、電動小孔、凸透鏡變換為平行光，平行光依次經過濾光片、偏振片、衰減片后經過偏振分束器，偏振分束器輸出的兩路光信號分別輸入第一光電探測器、第二光電探測器，信號采集模塊分別對第一光電探測器、第二光電探測器的輸出進行光子計數；

所述主控模塊分別與激光器、電動小孔、信號采集模塊連接，以控制激光器發射激光、通過調節電動小孔的孔徑變換激光雷達的視場角、根據接收信號采集模塊的計數結果計算冰水含量以及不同視場角下的退偏比、比對不同視場角下的退偏比變化趨勢與不同橫縱比下六角橢球形粒子的退偏比隨積分角度的變化趨勢得到云粒子的橫縱比、比對不同視場角下的退偏比變化趨勢與不同等效粒徑六角橢球形粒子的退偏比隨積分角度的變化趨勢得到云粒子的等效粒徑。

2.根據權利要求1所述的一種多視場偏振激光雷達探測系統，其特征在于，所述信號采集模塊采用P7882型號的光子計數卡。

3.根據權利要求1所述的一種多視場偏振激光雷達探測系統，其特征在于，所述激光器發出的激光波長為532nm。

4.根據權利要求1所述的一種多視場偏振激光雷達探測系統，其特征在于，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。

5.根據權利要求1所述的一種多視場偏振激光雷達探測系統，其特征在于，所述望遠鏡采用200mm的卡塞格林望遠鏡，其焦距為2032mm。

6.利用如權利要求1至5中任一所述的一種多視場偏振激光雷達探測系統探測冰云的方法，其特征在于，包括以下具體步驟：

步驟1，主控模塊控制激光器發射激光，激光器發射的激光依次經過擴束鏡和第一反射鏡垂直發射到大氣中；

步驟2，利用望遠鏡垂直接收大氣中云粒子的后向散射光，后向散射光經過第二反射鏡反射后依次穿過電動小孔和凸透鏡后變為平行光，平行光再依次通過濾光片、偏振片和衰減片后進入偏振分束器，偏振分束器輸出的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，其中，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，信號采集模塊分別對接收到的兩個電信號進行光子計數，得到兩個計數結果；

步驟3，通過主控模塊調節電動小孔的孔徑，并重復步驟2，得到兩組對應不同視場角的計數結果，再利用主控模塊對兩組計數結果進行實時分析，計算不同視場角下的退偏比；

步驟4，對兩組計數結果中的任一組進行處理得到消光系數廓形圖，再利用激光雷達反演冰水含量的經驗公式反演得到冰水含量；

步驟5，使用T-Matrix方法計算不同橫縱比下六角橢球形粒子的退偏比隨積分角度的變化趨勢，與步驟3得到的不同視場角下的退偏比的變化趨勢進行對比，相似度最高時對應的橫縱比即為云粒子的橫縱比；

步驟6，使用T-Matrix方法計算不同等效粒徑六角橢球形粒子的退偏比隨積分角度的變化趨勢，與步驟3得到的不同視場角下的退偏比的變化趨勢進行對比，相似度最高時對應的等效粒徑即為云粒子的等效粒徑。

7.根據權利要求6所述的利用一種多視場偏振激光雷達探測系統探測冰云的方法，其特征在于，步驟1中激光器發射532nm波長的激光。