[發明專利]一種高光譜分辨率激光雷達的掃頻定標裝置和方法

有效

• 申請號: 201911165805.0
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN110865396B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 劉東;沈雪;王南朝;劉崇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/497
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種高光譜分辨率激光雷達的掃頻定標裝置和方法，其中，裝置包括激光發射系統、接收系統和采集處理系統；所述的接收系統包括望遠鏡，所述望遠鏡接收激光雷達回波信號依次經過小孔光闌、準直目鏡、第二反射鏡以及立方分光棱鏡后分為兩路，其中一路信號被反射進入后向散射通道，另一路信號透射通過干涉光譜鑒頻器后進入高光譜通道；所述的后向散射通道和高光譜通道均由干涉濾光片、透鏡和光電探測器組成；所述的干涉光譜鑒頻器接有頻率掃描控制器；所述采集處理系統包括數據采集卡和上位機，所述數據采集卡采集各個通道的信號送至上位機處理。利用本發明，可以簡便、準確地對基于干涉光譜鑒頻器的高光譜分辨率激光雷達進行定標。

技術領域

本發明屬于大氣氣溶膠遙感激光雷達技術領域，尤其是涉及一種高光譜分辨率激光雷達的掃頻定標裝置和方法。

背景技術

大氣氣溶膠是指懸浮在大氣中直徑為0.001～100微米的塵埃、煙霧等固體或液體顆粒。大氣中的氣溶膠一方面強烈地影響著大氣的輻射能量平衡從而影響全球氣候，另一方面其作為污染物也直接影響到大氣及整個生態環境。對大氣氣溶膠光學特性精確而高效的探測，是推斷氣溶膠微物理特性，從而精確厘清氣候變化、環境污染的演變規律并提出科學治理方案的前提。

高光譜分辨率激光雷達是一種無需假設消光系數和后向散射系數之比(也稱激光雷達比)就可以精確反演氣溶膠及云光學特性參數的新型激光雷達系統。高光譜分辨率激光雷達相比普通的后向散射激光雷達引入了關鍵的特征器件——光譜鑒頻器，其系統復雜程度增加。對于高光譜分辨率激光雷達的系統參數，尤其是光譜鑒頻器相關參數的準確定標極為關鍵，關系到最終光學特性產品反演精度，從而決定了是否能發揮出高光譜分辨率激光雷達的根本優勢。

高光譜分辨率激光雷達需要定標的基本系統參數包括發射光路與接收光路的重疊因子、各探測器接收的背景噪聲、各個探測通道的接收效率(指光進入望遠鏡之后引起的各通道探測器的響應)或接收效率之比、高光譜分辨通道的氣溶膠散射信號透過率與大氣分子散射信號透過率等。普通的后向散射激光雷達中需要定標的重疊因子、背景噪聲等，經過多年的研究，已經積累了豐富的定標方法。而高光譜分辨率激光雷達中的光譜鑒頻器相關的系統常數包括高光譜分辨通道與后向散射通道的接收效率之比(以下簡稱增益比)、高光譜分辨通道的氣溶膠散射信號透過率與大氣分子散射信號透過率。常見的532nm波段基于碘分子吸收池光譜鑒頻器的高光譜分辨率激光雷達通過移開光譜鑒頻器、碘吸收譜線計算或測定的方式可以在觀測前分別對上述參數進行標定，但這種方式對于光譜透過率對入射角度極為敏感、精密不宜挪動的干涉光譜鑒頻器來說無法沿用與碘分子吸收池光譜鑒頻器相同的標定方式，對于干涉光譜鑒頻器的參數定標一直是個難題，從而限制了基于干涉光譜鑒頻器的高光譜分辨率激光雷達的精確反演和推廣應用。

因此，發展一種基于干涉光譜鑒頻器的高光譜分辨率激光雷達定標技術可以促進除532nm波段以外其他波段的高光譜分辨率激光雷達的發展，是進一步推動多波段氣溶膠光學特性精確反演的技術基礎。

發明內容

本發明提供了一種高光譜分辨率激光雷達的掃頻定標裝置簡便、準確的實時定標裝置，可以解決高光譜分辨率激光雷達系統中干涉光譜鑒頻器定標的難題。

一種高光譜分辨率激光雷達的掃頻定標裝置，包括激光發射系統、接收系統和信號采集處理系統；

所述激光發射系統發射激光光束到大氣中，產生激光雷達回波信號；

所述的接收系統包括望遠鏡、小孔光闌、準直目鏡、第二反射鏡、立方分光棱鏡、干涉光譜鑒頻器、后向散射通道以及高光譜通道，所述望遠鏡接收激光雷達回波信號依次經過小孔光闌、準直目鏡、第二反射鏡以及立方分光棱鏡后分為兩路，其中一路信號被反射進入后向散射通道，另一路信號透射通過干涉光譜鑒頻器后進入高光譜通道；所述的后向散射通道和高光譜通道均由干涉濾光片、透鏡和光電探測器組成；

所述信號采集處理系統包括數據采集卡和上位機，所述數據采集卡采集各個光電倍增管通道的信號送至上位機處理。