一種大氣氣溶膠光學(xué)特性測定方法及一種激光雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大氣氣溶膠光學(xué)特性測定方法及高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)，具 體涉及一種通過鎖定激光頻率，保證干涉儀光譜與激光光譜重合的基于法布里-珀羅干涉 儀的高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 大氣氣溶膠是指懸浮在大氣中直徑在0. 001-100 μ m之間的固體和液體微粒，它 通過吸收和散射直接影響地球的輻射平衡，同時會改變云的形成和特性，從而間接影響輻 射傳輸。氣溶膠光學(xué)性質(zhì)的測量對于大氣研宄、通量傳輸研宄具有相當(dāng)?shù)闹匾浴４送?，?氣污染形成的氣溶膠，往往含有許多有害物質(zhì)甚至致癌物質(zhì)，是一種對人體危害較大的微 粒狀大氣污染物，因此大氣氣溶膠又是大氣污染監(jiān)測的主要內(nèi)容之一?？梢?，氣溶膠物理和 光學(xué)特性將會直接或間接作用于氣候的輻射平衡，并對大氣環(huán)境質(zhì)量和人體健康有非常重 要的影響。因此對氣溶膠的深入研宄有著十分重要的意義。
[0003] 一般激光雷達(dá)的大氣后向散射信號既包括分子散射，也包括氣溶膠的后向散射信 號，根據(jù)激光雷達(dá)方程反演氣溶膠的光學(xué)特性，必須要做假設(shè)，如需要假設(shè)水平均勻性或氣 溶膠消光系數(shù)對后向散射之比隨著距離為常數(shù)這一條件，導(dǎo)致反演結(jié)果的不確定性。激光 雷達(dá)方程為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大氣氣溶膠光學(xué)特性的測定方法，其特征在于，通過將激光發(fā)射頻率鎖定在法 布里-珀羅干涉濾波器透射譜線峰值的中心位置，將激光發(fā)射進(jìn)入大氣，利用法布里-珀 羅干涉濾波器接收后向散射信號，然后根據(jù)激光雷達(dá)方程反演出大氣后向散射比和氣溶膠 后向散射系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于，所述激光發(fā)射頻率的鎖定通過以下 方法實(shí)現(xiàn)：所述激光發(fā)射進(jìn)入大氣后的后向散射信號分為兩路，一路進(jìn)入?yún)⒖纪ǖ?，一路進(jìn) 入法布里-珀羅干涉濾波器，得到兩路AD探測信號；由參考通道的AD探測信號和經(jīng)過法布 里-珀羅干涉濾波器后的AD探測信號的比值變化，來反饋控制出射激光頻率；鎖定兩路AD 探測信號的比值，使發(fā)射激光頻率跟隨法布里-珀羅干涉濾波器透射譜線峰值的中心頻率 慢漂移從而鎖定激光發(fā)射頻率。
3. -種采用權(quán)利要求1所述測定方法的高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所 述雷達(dá)系統(tǒng)包括激光發(fā)射系統(tǒng)、激光接收系統(tǒng)、光電探測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)；所述激 光接收系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)鏡、法布里-珀羅干涉濾波器和光學(xué)接收系統(tǒng)；所述激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā) 射激光，一路進(jìn)入大氣，后向散射信號通過望遠(yuǎn)鏡接收，另一路與所述望遠(yuǎn)鏡接收的后向散 射信號合并，共同作為接收到的散射信號引入所述光學(xué)接收系統(tǒng)；所述散射信號經(jīng)過所述 光學(xué)接收系統(tǒng)后，一路進(jìn)入?yún)⒖纪ǖ?，一路進(jìn)入法布里-珀羅干涉濾波器，分別得到兩路回 波信號；所述兩路回波信號分別通過對應(yīng)的光電探測系統(tǒng)采集AD探測信號和大氣散射信 號；所述光電探測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)輸入所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，鎖定兩路AD探測信號的比 值，并反演出大氣后向散射比和氣溶膠后向散射系數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)接收系統(tǒng)包括透鏡、濾 光片、分光鏡；所述散射信號依次通過透鏡、濾光片后，經(jīng)所述分光鏡分成兩部分，一部分進(jìn) 入所述參考通道，另一部分進(jìn)入所述法布里-珀羅干涉濾波器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述光電探測系統(tǒng)包括光電探 測器、AD采集卡、光子計數(shù)卡；所述光電探測器接收對應(yīng)的回波信號，將其轉(zhuǎn)化成電信號 后，分別通過AD采集卡和光子計數(shù)卡采集光電倍增信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)射系統(tǒng)包括種子激 光器、振蕩器和擴(kuò)束器；所述種子激光器將激光注入所述振蕩器中，再經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后輸 出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包括控 制系統(tǒng)和計算機(jī)；所述計算機(jī)分別與所述光電探測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)相連；所述控制系統(tǒng)與 所述激光發(fā)射系統(tǒng)相連。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大氣氣溶膠光學(xué)特性測定方法及一種高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)。本發(fā)明在通過鎖定激光發(fā)射頻率，實(shí)現(xiàn)高光譜分辨率激光雷達(dá)系統(tǒng)功能；通過法布里-珀羅干涉窄帶光譜濾波器將氣溶膠散射成分和分子散射成分分開，恰好解決了傳統(tǒng)后向散射激光雷達(dá)所遇到的使用一個雷達(dá)方程反演氣溶膠散射系數(shù)和消光系數(shù)兩個未知量的困難，且它不受發(fā)射激光波長的限制，測量的大氣后向散射比精度高，相對誤差小。
【IPC分類】G01N21-49, G01S17-88
【公開號】CN104777487
【申請?zhí)枴緾N201510205525
【發(fā)明人】卜令兵, 潘紅林, 黃興友, 郜海洋
【申請人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月28日