專(zhuān)利名稱(chēng)：米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)環(huán)境監(jiān)測(cè)及電子學(xué)領(lǐng)域，具體是一種新型的米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)以及它的控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
米散射激光雷達(dá)是大范圍快速監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境的高技術(shù)手段。它根據(jù)大氣對(duì)激光的散射、吸收、消光等物理效應(yīng)，通過(guò)定量分析大氣氣溶膠(飄塵、顆粒物、煙塵和沙塵)對(duì)激光產(chǎn)生的后向散射回波，獲得大氣消光系數(shù)垂直廓線(xiàn)，由此實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境探測(cè)的目的。
激光雷達(dá)由激光發(fā)射、大氣后向散射回波接收光學(xué)單元和數(shù)據(jù)處理與控制電子學(xué)系統(tǒng)組成。如果大氣比較干凈，由于大氣分子的存在，其回波信號(hào)強(qiáng)度隨高度的分布如B-C-E曲線(xiàn)，當(dāng)大氣中包含氣溶膠分布時(shí)，回波信號(hào)將在相應(yīng)的位置上突起，如C-D-Z曲線(xiàn)。經(jīng)過(guò)相關(guān)公式的計(jì)算，可得到大氣消光系數(shù)廓線(xiàn)，從而反演出氣溶膠的空間分布。激光雷達(dá)可以對(duì)幾公里以至幾十公里范圍的大氣環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；激光的短脈沖使空間分辨率可達(dá)幾米；隨著長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，激光雷達(dá)能給出氣溶膠的時(shí)空變化；還可定量獲得大氣能見(jiàn)度等等。這些信息對(duì)了解氣溶膠的垂直分布、遷移、擴(kuò)散和建立氣候模型具有實(shí)際價(jià)值，是其它測(cè)量手段不可替代的。
早在60年代中期，人們就已經(jīng)研制出米散射激光雷達(dá)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展激光雷達(dá)技術(shù)日趨完善，已進(jìn)入實(shí)用和商品化。常規(guī)的激光雷達(dá)主要存在四個(gè)方面的不足1)、為獲取一定的信噪比和測(cè)量范圍，常規(guī)的可見(jiàn)波段激光雷達(dá)裝置大都采用較大的激光能量(幾十～幾百mJ)，激光脈沖重復(fù)率一般在幾十Hz，較大的接收望遠(yuǎn)鏡口徑(300～630mm)。信號(hào)的采集大多使用光電倍增管PMT、高壓電源、寬帶前放、高速A/D和多道分析儀(或甄別器和多道計(jì)數(shù)器)等。因此，系統(tǒng)的造價(jià)高、體積龐大、不易移動(dòng)等限制了激光雷達(dá)應(yīng)用范圍。
2)、系統(tǒng)集成化程度低，難以自動(dòng)化運(yùn)行。
3)、全天候運(yùn)行成本高。
4)、脈沖激光對(duì)操作人員和地面人員的眼睛安全問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用米散射偏振的原理設(shè)計(jì)出一種米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)系統(tǒng)。完全解決了常規(guī)的激光雷達(dá)的不足，采用小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻偏振激光器用于探測(cè)非球型粒子的空間分布廓線(xiàn)，同時(shí)保留了一般微脈沖激光雷達(dá)的探測(cè)功能，形成了一個(gè)新型的微脈沖激光雷達(dá)裝置。與以往的激光雷達(dá)相比，它的突出特點(diǎn)是除了具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、造價(jià)低、自動(dòng)化程度高、可連續(xù)運(yùn)行和易于移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)外，關(guān)鍵器件的全固化結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)確保了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和探測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，性能價(jià)格比高等。特別是可應(yīng)用于卷云、沙塵、煙塵等非球形粒子的形態(tài)特征的測(cè)量，同時(shí)可進(jìn)行大氣邊界層的結(jié)構(gòu)和時(shí)間演變特征的測(cè)量，大氣氣溶膠(飄塵)和高卷云消光系數(shù)垂直分布和時(shí)間演變特征的測(cè)量，云頂、云底及云中心的高度及多層云結(jié)構(gòu)的測(cè)量，大氣能見(jiàn)度測(cè)量等方面。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)控制方法，將小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻偏振激光器工作時(shí)發(fā)出的偏振激光輸入擴(kuò)束器進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后向天空發(fā)射，激光被大氣中的氣溶膠所散射，氣溶膠中的球型粒子的后向散射光將不改變激光的偏振方向，而非球型粒子的后向散射光將改變激光的偏振方向而形成與原激光偏振方向垂直的分量(退偏)。來(lái)自球型和非球型粒子的后向散射回波信號(hào)由接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡接收并通過(guò)分光棱鏡將兩個(gè)不同偏振方向的光分開(kāi)，分別傳遞到兩個(gè)探測(cè)器；探測(cè)器輸出相應(yīng)的光子電脈沖信號(hào)，分別傳輸?shù)絻蓚€(gè)光子計(jì)數(shù)卡；光子計(jì)數(shù)卡按照光電脈沖信號(hào)從空間返回的時(shí)序做對(duì)位記數(shù)和累加處理，其結(jié)果存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；對(duì)采集到的兩路信號(hào)進(jìn)行計(jì)算可獲得回波的退偏振度，從而得出非球型粒子的空間分布廓線(xiàn)。此外，也可以將兩組信號(hào)求合，得到總的后向散射光強(qiáng)度分布。
米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)裝置，包括小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻激光器、發(fā)射光路單元、接收與分光光路單元、信號(hào)接收單元、數(shù)據(jù)處理分析單元，其特征在于發(fā)射光路單元與接收光路單元的光軸為平行非同軸結(jié)構(gòu)；發(fā)射光路單元包括小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻偏振激光器、安裝在偏振激光器出光口處的擴(kuò)束器、安裝在擴(kuò)束器的出光口處的由兩塊反射鏡構(gòu)成的光路折轉(zhuǎn)裝置，偏振激光器與激光器電源相聯(lián)接，激光器電源的激光同步脈沖信號(hào)通過(guò)BNC接口傳送到兩塊光子計(jì)數(shù)卡的同步觸發(fā)端；接收光路單元包括卡塞格林結(jié)構(gòu)的接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、裝配在接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)焦點(diǎn)位置的微孔光闌、微孔光闌之后依次裝配整形透鏡、窄帶濾光片、分光棱鏡；信號(hào)接收單元包括兩個(gè)探測(cè)器(分別接收兩個(gè)偏振態(tài)的回波)、安插在工控計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽上的兩塊計(jì)數(shù)卡，兩個(gè)探測(cè)器分別通過(guò)BNC型接口與兩塊光子計(jì)數(shù)卡相接，計(jì)數(shù)卡的另外一個(gè)BNC型接口與激光電源同步輸出端相連接，以控制計(jì)數(shù)卡同步工作。
米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)控制方法，所述的小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻偏振激光器用于探測(cè)非球型粒子的空間分布廓線(xiàn)，同時(shí)保留了一般微脈沖激光雷達(dá)的探測(cè)功能，形成了一個(gè)新型的微脈沖激光雷達(dá)裝置。
米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)裝置，所述的光路折轉(zhuǎn)裝置中的兩塊反射鏡以45度傾斜并相互平行，二次反射鏡位于接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的次鏡背后，反射鏡背面與接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡次鏡背面相對(duì)，經(jīng)二次反射鏡反射的激光光路與接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的光軸平行但不同軸，發(fā)射光束外徑與次鏡裝配框相切，光束發(fā)散角區(qū)域內(nèi)的氣溶膠粒子所產(chǎn)生的回波，將無(wú)遮攔的被接收系統(tǒng)所接收，這一方案消除了雷達(dá)的探測(cè)盲區(qū)。
米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)裝置，所述的接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主鏡、次鏡采用介質(zhì)膜，中心波長(zhǎng)為激光的532nm，其反射率＞99％，帶寬50nm；所述的微孔光闌的孔徑為0.2mm；所述的窄帶濾光片的帶寬為3埃，中心波長(zhǎng)透過(guò)率為25％；所述的分光棱鏡為雙渥拉斯頓棱鏡分光棱鏡，透過(guò)率＞85％。
米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)裝置，其特征在于所述的探測(cè)器為高敏度光電探測(cè)器(CPM)，線(xiàn)性范圍為10MHz。
本發(fā)明的工作原理如下本發(fā)明根據(jù)米散射理論把氣溶膠假設(shè)為均質(zhì)球狀粒子的情況下描述光對(duì)氣溶膠的散射規(guī)律，根據(jù)粒子幾何形狀復(fù)雜的特點(diǎn)，理論分析和實(shí)際測(cè)量均證明了不同形狀的粒子所散射的電磁波具有不同偏振特性，當(dāng)入射光為線(xiàn)偏振光時(shí)，經(jīng)球形粒子散射后其散射光偏振方向不變，而經(jīng)非球形粒子散射后光的振動(dòng)方向相對(duì)于入射光將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，也就是發(fā)生了退偏振過(guò)程。利用其散射光的退偏振信息，探測(cè)并區(qū)分球型和非球型粒子，通過(guò)計(jì)算獲知他們存在的相互比例。偏振特性的變化可以使用退偏比δ(Depolarization Ratio)來(lái)衡量。用偏振激光雷達(dá)可以很方便的獲得退偏比信息。當(dāng)發(fā)射激光為水平偏振p∥光時(shí)，回波信號(hào)既有p′∥，也有相垂直的偏振光p⊥′。偏振光p⊥′分量來(lái)自于非球形粒子退偏過(guò)程。由此，可以得到推偏振比δ=p⊥′p//⊥′.]]>采用偏振激光束(P∥)向天空發(fā)射，對(duì)于球型粒子，其后向散射光的偏振方向與照射光相同，即沒(méi)發(fā)生退偏振現(xiàn)象。當(dāng)偏振激光(P∥)照射到非球型粒子后，其后向散射光的偏振方向?qū)l(fā)生變化，產(chǎn)生了(P⊥)光的分量，即發(fā)生退偏振。如果在接收回波信號(hào)時(shí)，將后向散射光中的退偏和非退偏光(分別來(lái)自非球型和球型粒子)區(qū)分開(kāi)來(lái)并且兩個(gè)信號(hào)相比即可得到退偏振比δ＝[(P⊥)/[(P⊥)+(P∥)]，退偏振比大，就表示非球型粒子所占比例高，是有效探測(cè)冰晶、沙塵、煙塵等非球型顆粒物空間分布的方法。


圖1本發(fā)明的微脈沖偏振激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本發(fā)明的激光雷達(dá)大氣探測(cè)原理示意圖。
圖3本發(fā)明的非球型粒子產(chǎn)生退偏比δ示意圖。
圖4本發(fā)明的主工作程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1-4。
米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)方法，將小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻偏振激光器(3)工作時(shí)發(fā)出激光同步輸出脈沖信號(hào)傳輸?shù)焦庾佑?jì)數(shù)卡(7)，用于同步光子計(jì)數(shù)卡進(jìn)行計(jì)數(shù)并對(duì)位累加工作；將偏振激光器(3)工作時(shí)發(fā)出的偏振激光輸入擴(kuò)束器(4)進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后向天空發(fā)射，激光被大氣中的氣溶膠所散射，氣溶膠中的球型粒子的后向散射光將不改變激光的偏振方向，而非球型粒子的后向散射光將改變激光的偏振方向而形成與原激光偏振方向垂直的分量(退偏)。來(lái)自球型和非球型粒子的后向散射回波信號(hào)由接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡接收并通過(guò)分光棱鏡(10)將兩個(gè)不同偏振方向的光分開(kāi)，分別傳遞到兩個(gè)探測(cè)器(1、8)，；探測(cè)器(1、8)輸出相應(yīng)的光子電脈沖信號(hào)，分別傳輸?shù)絻蓚€(gè)光子計(jì)數(shù)卡(7)；光子計(jì)數(shù)卡(7)按照光電脈沖信號(hào)從空間返回的時(shí)序做對(duì)位記數(shù)和累加處理，其結(jié)果存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；對(duì)采集到的兩路信號(hào)進(jìn)行計(jì)算可獲得回波的退偏振度，從而得出非球型粒子的空間分布廓線(xiàn)。此外，也可以將兩組信號(hào)求合，得到總的后向散射光強(qiáng)度分布，其數(shù)據(jù)與一般的微脈沖激光雷達(dá)數(shù)據(jù)相同。因此偏振微脈沖激光雷達(dá)可以完成一般微脈沖激光雷達(dá)的功能。
米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)裝置，包括發(fā)射光路單元、接收光路單元、信號(hào)采集單元、數(shù)據(jù)處理分析單元。發(fā)射光路單元與接收光路單元的光軸為平行非同軸結(jié)構(gòu)；發(fā)射光路單元的偏振激光器(3)出光口安裝有擴(kuò)束器(4)，括束器(4)的出光口前安裝有由兩塊反射鏡(5、15)構(gòu)成的光路折轉(zhuǎn)裝置，偏振激光器(3)與激光器電源(2)相聯(lián)接，激光器電源(2)的激光同步脈沖信號(hào)通過(guò)BNC接口傳送到兩塊光子計(jì)數(shù)卡(7)；接收光路單元的接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(9、13、14)為卡塞格林結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置裝配有微孔光闌(9)，微孔光闌(9)后依次裝配有聚焦透鏡(12)、窄帶濾光片(11)、分光棱鏡(10)；信號(hào)接收單元的兩個(gè)探測(cè)器(1、8)分別裝配在分光棱鏡(10)的兩個(gè)垂直光路上，兩個(gè)探測(cè)器(10)的光電信號(hào)輸出分別通過(guò)BNC型接口與兩塊光子計(jì)數(shù)卡(7)相接，兩塊計(jì)數(shù)卡(7)安插在工控計(jì)算機(jī)(6)的擴(kuò)展槽上。光路折轉(zhuǎn)裝置中的兩塊反射鏡(5、15)以45度傾斜并相互平行，二次反射鏡位于接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的次鏡(14)背后，反射鏡(15)背面與接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的次鏡(14)背面相對(duì)，經(jīng)二次反射鏡(15)反射的激光光路與接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的光軸平行不同軸。接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主鏡(13)、次鏡(14)采用介質(zhì)膜，中心波長(zhǎng)為激光的532nm，其反射率＞99％，帶寬50nm；所述的微孔光闌(9)的孔徑為0.2mm；所述的窄帶濾光片(11)的帶寬為3埃，中心波長(zhǎng)透過(guò)率為25％；所述的分光棱鏡(10)為雙渥拉斯頓棱鏡分光棱鏡，透過(guò)率＞85％。探測(cè)器(1、8)為高敏度光電探測(cè)器(CPM)，線(xiàn)性范圍為10MHz。
接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡采用卡塞格林光學(xué)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)焦距2000mm，接收口徑200mm，小孔光欄直徑為0.2mm，接收視場(chǎng)為100μrad。激光發(fā)射采用由4片透鏡組成的擴(kuò)束器，擴(kuò)束64倍，發(fā)散角為50μrad。
由于發(fā)射光束有一定的發(fā)散角，發(fā)散角區(qū)域的氣溶膠產(chǎn)生的后向散射光將不被被次鏡所遮攔而被光學(xué)望遠(yuǎn)鏡所接收，隨著探測(cè)區(qū)域的延伸，達(dá)到完全接收，可以保證雷達(dá)探測(cè)盲區(qū)為零。同時(shí)可滿(mǎn)足一定的幾何因子(非重疊區(qū))距離，以滿(mǎn)足探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍。
采用了集成化模塊的高靈敏度光電探測(cè)器(CPM)，體積小性能穩(wěn)定，其線(xiàn)性范圍為10MHz。這樣的選擇可以充分利用有限的空間，使雷達(dá)系統(tǒng)作到小巧，模塊化程度高。
2個(gè)高速多道光子計(jì)數(shù)卡直接安插在工控計(jì)算機(jī)主板上。它由1024個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)單元組成計(jì)數(shù)核心，對(duì)光子接收探測(cè)器輸出的光子電脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。這個(gè)計(jì)數(shù)單元在接收到來(lái)自激光同步信號(hào)脈沖后，以每個(gè)計(jì)數(shù)單元200nS(納秒)的時(shí)間寬度依次順序進(jìn)行工作，并對(duì)前次結(jié)果進(jìn)行對(duì)位累加。使數(shù)據(jù)采集、累加、存儲(chǔ)按時(shí)序完成。
雷達(dá)參數(shù)的確定1)幾何因子確定由于接收望遠(yuǎn)鏡次鏡的存在，近區(qū)回波光將部分被遮攔，使得不能全部接收。隨著探測(cè)距離增大到一個(gè)特定的點(diǎn)r0，才能達(dá)到完全接收。小于r0范圍的信號(hào)是部分接收，因此需要修正。幾何修正因子ξ(r)是距離的函數(shù)并小于1。大于r0的區(qū)域ξ(r)＝1，表示完全接收的情況。幾何修正函數(shù)ξ(r)是由實(shí)驗(yàn)確定的。實(shí)驗(yàn)選擇在大氣水平均勻性非常好和水平能見(jiàn)度較高的天氣條件下進(jìn)行，這時(shí)可認(rèn)為水平后向散射系數(shù)β為常數(shù)，根據(jù)雷達(dá)方程，回波信號(hào)表達(dá)式x(r)＝ξ(r)CE0Ωβe-2αrx(r)表示回波光子數(shù)，CE0Ω為雷達(dá)參數(shù)。在＞r0的范圍內(nèi)，滿(mǎn)足ξ(r)＝1的關(guān)系。將上式取對(duì)數(shù)lnx(r)＝ln[CE0Ωβ]-2αr r＞r0這是一個(gè)線(xiàn)性方程，直線(xiàn)的斜率為2α。為了獲得實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，讓PMPL呈水平放置，做水平大氣測(cè)量，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可計(jì)算得到該斜率的數(shù)值。在＜r0范圍內(nèi)的幾何修正函數(shù)表達(dá)式為ξ(r)＝x(r)/xOC(r) r＜r0x(r)是通過(guò)r＞r0區(qū)域回波信號(hào)確定的，即根據(jù)斜率的計(jì)算將該直線(xiàn)函數(shù)由r0一直延伸到r＝0的區(qū)間。xOC(r)為r＜r0區(qū)間內(nèi)的實(shí)測(cè)回波光子數(shù)。上述方法即稱(chēng)為斜率法。
2)2路回波探測(cè)器修正為了獲得2路回波探測(cè)器的差異，在白天有背景光的情況下進(jìn)行一天的測(cè)量，背景光是均勻的，如果探測(cè)器探測(cè)能力相同，則來(lái)自探測(cè)器1、2的回波信號(hào)平均值S1、S2應(yīng)該相同，如果存在差異，它們將存在一個(gè)固定的比值K。計(jì)算退偏比時(shí)，其修正系數(shù)為K＝S1/S2微脈沖激偏振光雷達(dá)性能激光波長(zhǎng)532nm(LD泵浦NdYAG/KTP)能量≥15μJ/脈沖(在2000Hz)重復(fù)率2-2.5kHz激光脈寬15ns發(fā)散角～25μrad(半角)接收望遠(yuǎn)鏡口徑φ200mm(Cassegrain)微脈沖激偏振光雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)激光波長(zhǎng)532nm(LD泵浦NdYAG/KTP)能量≥15μJ/脈沖(在2000Hz)重復(fù)率2-2.5kHz激光脈寬15ns發(fā)散角～25μrad(半角)接收望遠(yuǎn)鏡口徑φ200mm(Cassegrain)接收視場(chǎng)～50μrad(半角)濾光片帶寬0.3nm探測(cè)器CPM數(shù)據(jù)采集器光子計(jì)數(shù)卡和工控機(jī)
權(quán)利要求
1.米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)控制方法，其特征在于將小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻偏振激光器工作時(shí)發(fā)出的偏振激光輸入擴(kuò)束器進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后向天空發(fā)射，激光被大氣中的氣溶膠所散射，氣溶膠中的球型粒子的后向散射光將不改變激光的偏振方向，而非球型粒子的后向散射光將改變激光的偏振方向而形成與原激光偏振方向垂直的分量(退偏)；來(lái)自球型和非球型粒子的后向散射回波信號(hào)由接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡接收并通過(guò)分光棱鏡將兩個(gè)不同偏振方向的光分開(kāi)，分別傳遞到兩個(gè)探測(cè)器；探測(cè)器輸出相應(yīng)的光子電脈沖信號(hào)，分別傳輸?shù)絻蓚€(gè)光子計(jì)數(shù)卡；光子計(jì)數(shù)卡按照光電脈沖信號(hào)從空間返回的時(shí)序做對(duì)位記數(shù)和累加處理，其結(jié)果存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；對(duì)采集到的兩路信號(hào)進(jìn)行計(jì)算可獲得回波的退偏振度，從而得出非球型粒子的空間分布廓線(xiàn)；此外，也可以將兩組信號(hào)求合，得到總的后向散射光強(qiáng)度分布。
2.米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)裝置，包括小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻激光器、發(fā)射光路單元、接收與分光光路單元、信號(hào)接收單元、數(shù)據(jù)處理分析單元，其特征在于發(fā)射光路單元與接收光路單元的光軸為平行非同軸結(jié)構(gòu)；發(fā)射光路單元包括小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻偏振激光器、安裝在偏振激光器出光口處的擴(kuò)束器、安裝在擴(kuò)束器的出光口處的由兩塊反射鏡構(gòu)成的光路折轉(zhuǎn)裝置，偏振激光器與激光器電源相聯(lián)接，激光器電源的激光同步脈沖信號(hào)通過(guò)BNC接口傳送到兩塊光子計(jì)數(shù)卡的同步觸發(fā)端；接收光路單元包括卡塞格林結(jié)構(gòu)的接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、裝配在接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)焦點(diǎn)位置的微孔光闌、微孔光闌之后依次裝配整形透鏡、窄帶濾光片、分光棱鏡；信號(hào)接收單元包括兩個(gè)探測(cè)器(分別接收兩個(gè)偏振態(tài)的回波)、安插在工控計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽上的兩塊計(jì)數(shù)卡，兩個(gè)探測(cè)器分別通過(guò)BNC型接口與兩塊光子計(jì)數(shù)卡相接，計(jì)數(shù)卡的另外一個(gè)BNC型接口與激光電源同步輸出端相連接，以控制計(jì)數(shù)卡同步工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)控制方法，其特征在于所述的小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻偏振激光器用于探測(cè)非球型粒子的空間分布廓線(xiàn)，同時(shí)保留了一般微脈沖激光雷達(dá)的探測(cè)功能，形成了一個(gè)新型的微脈沖激光雷達(dá)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)裝置，其特征在于所述的光路折轉(zhuǎn)裝置中的兩塊反射鏡以45度傾斜并相互平行，二次反射鏡位于接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的次鏡背后，反射鏡背面與接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡次鏡背面相對(duì)，經(jīng)二次反射鏡反射的激光光路與接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的光軸平行但不同軸，發(fā)射光束外徑與次鏡裝配框相切，光束發(fā)散角區(qū)域內(nèi)的氣溶膠粒子所產(chǎn)生的回波，將無(wú)遮攔的被接收系統(tǒng)所接收，這一方案消除了雷達(dá)的探測(cè)盲區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)裝置，其特征在于所述的接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主鏡、次鏡采用介質(zhì)膜，中心波長(zhǎng)為激光的532nm，其反射率＞99％，帶寬50nm；所述的微孔光闌的孔徑為0.2mm；所述的窄帶濾光片的帶寬為3埃，中心波長(zhǎng)透過(guò)率為25％；所述的分光棱鏡為雙渥拉斯頓棱鏡分光棱鏡，透過(guò)率＞85％。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)裝置，其特征在于所述的探測(cè)器為高敏度光電探測(cè)器(CPM)，線(xiàn)性范圍為10MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種米散射偏振微脈沖激光雷達(dá)控制方法及裝置，將小型半導(dǎo)體泵浦YAG倍頻偏振激光器工作時(shí)發(fā)出的偏振激光輸入擴(kuò)束器進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后向天空發(fā)射，激光被大氣中的氣溶膠所散射，氣溶膠中的球型粒子的后向散射光將不改變激光的偏振方向，而非球型粒子的后向散射光將改變激光的偏振方向而形成與原激光偏振方向垂直的分量(退偏)。來(lái)自球型和非球型粒子的后向散射回波信號(hào)由接收光學(xué)望遠(yuǎn)鏡接收并通過(guò)分光棱鏡將兩個(gè)不同偏振方向的光分開(kāi)，分別傳遞到兩個(gè)探測(cè)器；光子計(jì)數(shù)卡按照光電脈沖信號(hào)從空間返回的時(shí)序做對(duì)位記數(shù)和累加處理，其結(jié)果存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；對(duì)采集到的兩路信號(hào)通過(guò)XJ－PMPL軟件對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得出回波的退偏振度，從而得出非球型粒子的空間分布廓線(xiàn)。此外，也可以將兩組信號(hào)求合，得到總的后向散射光強(qiáng)度分布，因此偏振微脈沖激光雷達(dá)也可以完成一般微脈沖激光雷達(dá)的功能。
文檔編號(hào)G01N21/53GK1641339SQ200410065538
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月20日
發(fā)明者紀(jì)玉峰, 徐赤東, 胡歡陵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所