[發明專利]一種基于CCD側向探測的氣溶膠激光雷達系統

在審

• 申請號: 202010828354.0
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111766610A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 夏媛;張磊;李亞娟;李沖
• 申請（專利權）人: 南京曉莊學院
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/481
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李倩

本發明公開了一種基于CCD側向探測的氣溶膠激光雷達系統，包括CCD和至少兩塊并排放置的柱面鏡，多塊柱面鏡對應的穿過其焦點的軸線與水平面的夾角依次遞增或依次遞減，多塊柱面鏡的焦線同時位于CCD探測面上；CCD和多塊柱面鏡分別固定在與其對應的角度調節機構上。本發明激光雷達探測系統采用多塊以不同角度并排放置的柱面鏡同時接收不同高度段的大氣氣溶膠信息，由多塊柱面鏡代替傳統的單個鏡頭，CCD可探測到代表多個高度段的多條并排光束，從而實現在保證探測高度范圍的前提下提高探測的空間分辨率，同時避免底層和高層由于魚眼鏡頭畸變造成的精度降低。

技術領域

本發明涉及一種氣溶膠激光雷達探測系統，尤其涉及一種基于CCD側向探測的氣溶膠激光雷達系統。

背景技術

大氣氣溶膠是一種懸浮在空氣中的固態或者液態小粒子，主要有揚塵、煙霧、花粉、火山灰等。根據粒徑大小可分為總懸浮顆粒物(TSP)、直徑小于10μm的可吸入顆粒物(PM10)和直徑小于2.5μm的細顆粒物(PM2.5)。大氣氣溶膠不僅干擾太陽對地面的輻射從而影響氣候系統，而且氣溶膠中諸多有害物質會影響人們的生活和健康，對大氣氣溶膠的探測研究已成為大氣科學和環境科學領域的重要熱點之一(石廣玉等，大氣氣溶膠的輻射與氣候效應，大氣科學，2008，32(4)：826～840)。氣溶膠探測的方法有很多，如米散射激光雷達(如Micro Pulse LiDAR)、太陽光度計(如MICROTOPS II Sunphotometer)、CCD側向探測激光雷達(John E.Barnes，et.al.Boundary layer scattering measurements with acharge-coupled device camera lidar，Applied Optics，2003，42(15)：2647-2652；麻曉敏等，側向散射激光雷達探測白天近地面氣溶膠探測技術，光學學報，2018，38(4)：0401005-1～8等)。米散射激光雷達探測特點是探測高度高，但大功率脈沖激光器、光學接收望遠鏡等均比較昂貴，而且諸多精密光學元件維護和使用需要專業人員操作；太陽光度計利用太陽光不同光譜波段輻射強度反演計算得到氣溶膠系數，其不足之處是必須依賴太陽，因此夜間無法測量；CCD側向探測激光雷達利用單鏡頭和CCD作為主要的接收裝置實現對大氣氣溶膠探測，通常采用廣角鏡頭以提高探測高度范圍，但同時會使空間分辨率降低。

發明內容

發明目的：本發明目的在于提供一種探測高度范圍大的同時探測空間分辨率高的基于CCD側向探測的激光雷達探測系統。

技術方案：本發明所述的基于CCD側向探測的氣溶膠激光雷達系統，包括CCD和至少兩塊并排放置的柱面鏡，多塊柱面鏡對應的穿過其焦點的軸線與水平面的夾角依次遞增或依次遞減，多塊柱面鏡的焦線同時位于CCD探測面上；CCD和多塊柱面鏡分別固定在與其對應的角度調節機構上。

其中，所述柱面鏡的上下兩面均鍍有增透膜。

其中，還包括控制裝置、分別通過電纜與控制裝置連接激光器和平移臺、第一反射鏡、倍頻器以及第二反射鏡；所述CCD也通過電纜與控制裝置連接；所述第一反射鏡固定在平移臺上，第一反射鏡的放置角度與激光器輸出光軸成45°夾角；所述倍頻器的輸入端口與激光器輸出光軸同軸，所述第二反射鏡固定在倍頻器輸出端后方，第二反射鏡的放置角度與倍頻器的輸出光軸成45°夾角。

其中，所述角度調節機構包括對稱設置的支撐桿以及與支撐桿通過轉軸轉動連接的安裝架，柱面鏡的側邊或CCD殼體固定在安裝架內，當安裝架相對支撐桿轉動到對應位置，通過螺栓將安裝架和支撐桿固定。

其中，所述平移臺包括傳動滑塊、固定在傳動滑塊上的放置平臺以及驅動傳動滑塊橫向移動的傳動機構，所述傳動機構包括鋪設在光學平臺上的支撐板，支撐板上鋪設有X軸向延伸的導軌；還包括固定在光學平臺上的傳動電機以及與傳動電機輸出軸固定連接的傳動螺桿；傳動滑塊帶螺紋孔，傳動滑塊套設在傳動螺桿上；傳動滑塊與導軌相互配合連接；傳動螺桿的兩個端部分別通過軸承固定在導軌上；第一反射鏡放置在放置平臺上。