[發明專利]一種具有臭氧吸收自校正功能的激光雷達探測系統的方法

有效

• 申請號: 202010023899.4
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111208494B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 吳德成;劉東;王邦新;鐘志慶;邢昆明;謝晨波;王珍珠;王英儉
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/95;G01S7/48;G01N21/65
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙) 34125
• 代理人: 郭華俊

一種具有臭氧吸收自校正功能的激光雷達探測系統的方法，該系統包括探測器模塊，所述探測器模塊包括三個分色鏡、三個探測器單元，每個分色鏡將光束分成兩路，一路反射到對應的探測器單元，另一路反射到下一分色鏡上進行分束，三個探測器單元對應包括接收水汽分子、氮氣分子、氧氣分子的振?轉拉曼散射回波信號。本發明通過在日盲水汽拉曼激光雷達中增加一個接收氧氣分子振?轉拉曼散射回波信號的通道，激光雷達直接測量水汽分子、氮氣分子和氧氣分子的拉曼散射回波信號，為得到水汽混合比的垂直分布提供硬件基礎，而不需要利用其它設備測量或者從日盲激光雷達測量信號中反演臭氧濃度的分布，從而降低測量成本，并且提高測量精度。

技術領域

本發明涉及雷達探測技術領域，尤其涉及一種具有臭氧吸收自校正功能的激光雷達探測系統的方法。

背景技術

拉曼激光雷達是測量邊界層內水汽高分辨率時空分布的有效工具，對于研究邊界層中的各種物理過程有重要的應用價值。但是由于水汽的拉曼散射回波信號非常微弱，在白天由于背景光的干擾，其探測能力收到很大的限制。為了提高拉曼激光雷達在白天的探測能力，一般都采用大脈沖能量的激光發射裝置、大口徑小視場的接收望遠鏡、窄帶干涉濾光片F，因此拉曼激光雷達的體積、重量都比較大，成本也比較高，在使用中受到一定限制。采用日盲技術，可以有效地減小天空背景光的影響，拉曼激光雷達的體積、重量相對較小，成本也相對比較低。因此，基于日盲技術的拉曼激光雷達在邊界層水汽的晝夜連續測量中具有一定的優勢，但是由于臭氧在水汽和氮氣分子拉曼散射波長上吸收差異的影響，需要校正臭氧吸收的影響，才能夠準確測量水汽混合比。目前通常采用另外一臺臭氧激光雷達測量或模式輸出的臭氧分布的數據對日盲拉曼激光雷達的測量數據進行校正，不僅僅增加了測量成本，并且還會引入一定的測量誤差，這在很大程度上限制了日盲拉曼激光雷達的應用。

發明內容

為了實現測量邊界層內水汽高分辨率時空分布的前提下降低成本，為此，本發明提供一種具有臭氧吸收自校正功能的激光雷達探測系統的方法。本發明采用以下技術方案：

一種具有臭氧吸收自校正功能的激光雷達探測系統，包括探測器模塊，所述探測器模塊包括三個分色鏡、三個探測器單元，每個分色鏡將光束分成兩路，一路反射到對應的探測器單元，另一路反射到下一分色鏡上進行分束，三個探測器單元對應包括接收水汽分子、氮氣分子、氧氣分子的振-轉拉曼散射回波信號。

進一步的說，系統還包括在探測器模塊前端依次設置的

發射模塊，用于發射設定波長的激光到大氣中；

接收模塊，用于接收包括大氣信息的散射回波信號；

還包括在探測器模塊的后端依次設置的

數據采集模塊，用于采集每個探測器單元中回波信號；

上位機，所述上位機獲得數據采集模塊中的信號和與激光器的受控端連接。

對探測器模塊的限定，三個探測器單元分別為第一探測單元、第二探測單元、第三探測單元，所述第一探測單元包括接收波長為295nm的水汽分子振-轉拉曼散射回波信號的第一探測器，所述第二探測單元包括接收波長為284nm的氮氣分子振-轉拉曼散射回波信號的第二探測器，所述第三探測單元包括接收波長為277nm的氧氣分子振-轉拉曼散射回波信號的第三探測器。

對探測器模塊的進一步限定，每個探測器單元還包括設置在分色鏡與探測器之間的且依光路設置的窄帶干涉濾光片F、透鏡L。

對發射模塊的限定，所述激光器輸出波長為266nm的激光器，所述發射模塊還包括用于減小激光器輸出的激光光束發散角的擴束鏡、將擴束后的激光反射到大氣中的反射鏡M1。

對接收模塊的限定，所述接收模塊包括依次設置的接收望遠鏡、接收望遠鏡、準直目鏡，所述接收望遠鏡用于接收帶有大氣信息的發射信號，所述準直目鏡用于校準接收望遠鏡接收的信號。