[發明專利]大氣激光雷達的探測方法及裝置

有效

• 申請號: 201910255054.5
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109828261B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 吳濤;商景誠;楊傳音;何興道;王浩;陶俊中
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S17/95
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 許艷

本發明提供一種大氣激光雷達探測的方法及裝置，采用種子注入式脈沖激光器的種子光束經倍頻后通過塞曼效應產生頻率對稱的雙邊頻光束，兩邊頻光束與大氣激光雷達探測到的后向180^o散射信號在探測器中混頻進行外差探測，實現整個頻譜的對稱式掃描，最終獲得散射信號的整個光譜線型，進而根據相關的理論得到大氣特性參數。種子注入式脈沖激光器與高精度延時裝置相連，其輸出的脈沖光束依次經激光擴束裝置、全反射平面鏡進入大氣激發產生散射信號。本發明具有高探測信噪比、高準確性及高光譜分辨率的優點，能夠消除測溫大氣激光雷達中米散射對散射光譜的影響，降低整個光譜的探測時間。

技術領域

本發明涉及大氣遙感探測技術，特別涉及一種大氣激光雷達的探測方法及裝置。

背景技術

目前，氣象部門通常使用無線電氣象探空儀測量大氣溫度，平流層至中間層的溫度探測一般使用火箭探空和星載紅外或微波輻射計。但是火箭探空費用昂貴，衛星遙感的垂直距離分辨率較低，因此激光雷達觀測大氣溫度已在許多大氣研究項目中得到重視，并取得了一定的研究進展。同樣，大氣激光雷達在大氣風速測量，氣溶膠分布研究等方面也具有獨特的優勢。然而，目前的大氣激光雷達探測技術仍然存在一定的缺點，如：大氣激光雷達的使用受環境影響較大，特別是白天大氣溫度的測量結果有待進一步提高，同時測量光譜中米散射的存在，也是影響大氣激光雷達溫度測量結果的重要因素。

發明內容

為了提高大氣激光雷達對大氣各參數測量的準確性，本發明提供一種大氣激光雷達探測的方法及裝置，以適用于不同功能類型的激光雷達，利用塞曼效應和外差探測的方法實現對散射信號的鑒頻及探測，有效的抑制背景噪聲的干擾，提高光譜探測信噪比，實現大氣激光雷達全天候的工作。

本發明采用以下的技術方案實現上述目的。一種大氣激光雷達的探測方法，其特征在于，采用種子注入式脈沖激光器的種子光束經倍頻后通過塞曼效應產生頻率對稱的雙邊頻光束，兩邊頻光束與大氣激光雷達探測到的后向180^o散射信號在探測器中混頻進行外差探測，獲得對應頻率處散射信號的頻譜點，根據塞曼效應譜線裂距與磁場強度間的線性關系，調節塞曼效應發生裝置中磁場的大小，改變兩邊頻光束的頻率間隔并再次與對應頻率處的散射信號混頻進行外差探測，實現整個頻譜的對稱式掃描，最終獲得散射信號的整個光譜線型，進而根據相關的理論得到大氣特性參數。

優選地，所述塞曼效應所產生的譜線裂距與磁場強度H間的線性關系，表達式為：

；

式中：e為電子電荷，m為電子質量，c為真空光速；通過改變磁場變化步長調節譜線裂距變化的大小，提高探測光譜的分辨率；同時塞曼效應產生相對于初始入射到塞曼效應發生裝置中激光頻率對稱分布的雙邊頻譜線，當磁場改變時實現對信號光譜的對稱式同步鑒頻掃描。

一種大氣激光雷達的探測方法，適用于測風激光雷達、測溫激光雷達或測量氣溶膠激光雷達的探測。

一種大氣激光雷達探測方法的裝置，包括種子注入式脈沖激光器，所述種子注入式脈沖激光器與高精度延時裝置相連，其輸出的脈沖光束依次經激光擴束裝置、全反射平面鏡進入大氣激發產生散射信號；所述種子注入式脈沖激光器的種子光束被第二平面分光鏡分光，其透射光束經光束變換裝置進入塞曼效應發生裝置；所述第二平面分光鏡的反射光束進入波長計，波長計與第一數據采集卡相連；種子注入式脈沖激光器，用于產生激發散射信號的脈沖光束和產生塞曼效應的種子光束；塞曼效應發生裝置，用于產生作為參考光束的兩道分裂光束；