[發明專利]一種機載多通道氣溶膠-云粒子激光雷達系統

在審

• 申請號: 202011414429.7
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112505726A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 趙一鳴;胡濤濤;潘超;戴學兵;梅艷鵬;張玉石;李涼海;于勇;劉昊
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01N15/02;G01N15/00;G01N15/06
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 王輝

本發明提供一種機載多通道氣溶膠?云粒子激光雷達系統，包括機體、激光發射子系統、回波接收子系統、信號采集與綜合控制子系統、GNSS/INS組合導航單元、TEC溫控子系統、二次電源和機載減震裝置，其中：激光發射子系統包含發射532nm和1064nm雙波束激光的雙波長高重頻固態激光器及其激光器控制器，回波接收子系統包含望遠鏡、光學中繼單元和探測器單元；信號處理與綜合控制器子系統包含三通道光子計數卡、溫度采集器和安裝實時處理與顯控軟件的工控機。本發明可發射雙波束激光并接收激光與大氣中的分子、氣溶膠和云等物質發生作用而產生回波。本發明光子計數通道計數率時間分辨率高，體積小，重量輕，可搭載包括無人機在內多種飛機平臺。

技術領域

本發明涉及測量測試技術領域，具體涉及一種機載多通道氣溶膠-云粒子激光雷達系統。

背景技術

氣溶膠和云是影響全球氣候和大氣環境的重要因子。氣溶膠通過吸收和散射太陽輻射及作為云凝結核參與云的形成對全球氣候產生影響。云對入射太陽輻射的散射和對地球表面向上熱輻射的吸收會改變地球表面和大氣層內的熱通量，云在大氣能量分配、輻射傳輸、水循環系統中扮演了重要的角色。

研究氣溶膠和云對全球氣候及大氣環境的影響，均需要獲取全球或區域尺度上氣溶膠和云的時空分布。地基激光雷達可以探測大氣氣溶膠和云的垂直分布及時間變化特征，但僅能探測地基激光雷達系統上空小范圍內大氣氣溶膠和云的垂直分布和時間變化特征。機載大氣探測激光雷達是獲得航線范圍里大氣氣溶膠和云的三維空間分布信息的最有效手段之一。

近幾年，無人機技術飛速發展，使用無人機載大氣探測激光雷達開展氣溶膠和云粒子探測也成為科學技術進步的趨勢。

發明內容

本發明是為了解決無人機探測氣溶膠-云粒子的問題，提供一種人機載多通道氣溶膠-云粒子激光雷達系統，該系統可發射532nm和1064nm雙波束激光，接收激光與大氣中的分子、氣溶膠和云等物質發生作用而產生回波，利用相應的反演方法對接收到的回波信號進行反演獲取無人機航行區域下大氣氣溶膠和云粒子等大氣成分信息。本發明系統體積小，重量輕，結構緊湊，可搭載包括無人機在內多種飛機平臺，并且光子計數通道計數率時間分辨率高，實時性、集成度、可靠性高，非常適用于無人機載設備對體積小、重量輕、功耗小的要求。

本發明提供一種機載多通道氣溶膠-云粒子激光雷達系統，包括安裝在機載平臺上的機體、部分設置在機體內部部分伸出機體外部用于發射激光及輸出激光同步脈沖信號的激光發射子系統，部分設置在機體內部部分伸出機體外部用于接收激光與大氣中的分子、氣溶膠粒子及云發生作用而產生的回波并分光轉換為電信號輸出的回波接收子系統，設置在機體內部與激光發射子系統、回波接收子系統均電連接用于采集和處理電信號并進行激光雷達系統的控制、狀態監控、數據處理及反演的信號處理及綜合控制子系統，設置在機體內部與信號處理及綜合控制子系統電連接用于提供機體當前位置及姿態信息的GNSS/INS組合導航單元，設置在機體內部用于使機體保持溫度穩定的TEC溫控子系統，設置在機體上與激光發射子系統、回波接收子系統、信號處理及綜合控制子系統、TEC溫控子系統均電連接的用于將外部電源轉換為直流電源的二次電源和設置在機體四周的機載減震裝置；

信號處理及綜合控制子系統包括與回波接收子系統電連接的光子計數卡，與光子計數卡電連接安裝實時處理與顯控軟件用于工作參數配置、控制指令收發、工作狀態檢測量顯示、數據實時存儲及顯示的工控機，安裝在激光發射子系統、回波接收子系統、光子計數卡及二次電源上并與工控機電連接的溫度采集器和用于提供網絡及設備連接的數據交換服務器；利用相應的反演方法對接收到的回波信號進行反演就可得到大氣氣溶膠和云等大氣成分信息，包括氣溶膠和云的后向散射系數、消光系數、光學厚度等光學特性參數，退偏比等反映粒子形狀的微物理參數信息。