一种信号接收系统及臭氧探测激光雷达技术方案

本申请公开了一种信号接收系统及臭氧探测激光雷达，所述信号接收系统利用合束光纤实现对多个分体望远镜接收的臭氧回波信号的接收，并利用后续光路对合束光纤传输的臭氧回波信号进行处理以实现光信号向电信号的转换，无需根据组合望远镜中的单体望远镜的数量设计众多的耦合光路、光电探测器和采集装置，实现了降低组合望远镜的接收光路的成本、提高接收光路的集成度，并且降低调试难度的目的。另外，所述信号接收系统的所述第一信号处理模块和第二信号处理模块关于所述斩光盘的中轴线对称设置，从而可以通过对第一信号处理模块和第二信号处理模块所在光路进行单独调节来实现瑞利回波信号或拉曼回波信号的光电转换。

A signal receiving system and ozone detection lidar

The present application discloses a signal receiving system and an ozone detection lidar. The signal receiving system realizes the reception of ozone echo signals received by multiple split telescopes using a combined-beam optical fiber, and processes the ozone echo signals transmitted by the combined-beam optical fiber to realize the conversion of optical signals to electrical signals by using a subsequent optical path. In order to reduce the cost of receiving optical path, improve the integration of receiving optical path and reduce the difficulty of debugging, many coupling optical paths, photodetectors and acquisition devices need not be designed according to the number of individual telescopes in the combined telescope. In addition, the first signal processing module and the second signal processing module of the signal receiving system are symmetrically arranged with respect to the central axis of the chopper so that the Rayleigh echo signal or the Raman echo signal can be realized by individually adjusting the optical path where the first signal processing module and the second signal processing module are located. Electrical conversion.

【技术实现步骤摘要】
一种信号接收系统及臭氧探测激光雷达
本申请涉及激光雷达系统
，更具体地说，涉及一种信号接收系统及臭氧探测激光雷达。
技术介绍
近几十年来，激光雷达在大气探测领域发展迅速，特别是在中国，科研经费的投入的增大，大气探测激光雷达的发展犹如雨后春笋。2012年，国家自然科学基金委员会资助了国家重大科研仪器设备研制专项“多波段多大气成分主被动综合探测系统”，其中包含了多个激光雷达子项目，如气溶胶云激光雷达、瑞利钠风温激光雷达、臭氧探测激光雷达、污染物探测激光雷达、二氧化碳激光雷达等。其中，瑞利钠风温激光雷达和臭氧探测激光雷达除了需要进行对流层探测以外，还需要进行中高层大气的探测，为了提高这两台激光雷达探测高度和信噪比，提高接收望远镜的有效接收面积是非常有效的手段。但接收望远镜的加工成本随着接收面积的增加成几何指数增长，因此，现今通常通过采用多台小口径望远镜作为组合望远镜，同时接收同一束激光和大气相互作用的后向散射回波信号，来实现增加接收望远镜的接收面积的目的。现有技术中对于组合望远镜的后续接收光路的设计尚无经验可以借鉴，传统的对于臭氧探测激光雷达系统中的接收望远镜的后续接收光路的设计思路通常为对于单一波长的回波信号，配套设置一根单独接收光纤、一套耦合光路、一套光电探测器和一套采集装置。但是对于具有组合望远镜的臭氧探测激光雷达而言，如果仍然按照传统的设计思路设计组合望远镜的后续接收光路，对于单一波长的回波信号，就需要设计与组合望远镜中单体望远镜的数量相同的接收光纤、耦合光路、光电探测器和采集装置，那么对于多个接收波长，至少耦合光路、光电探测器和采集装置的数量还要在上述基础上乘以探测波长的数量，如此设计的组合望远镜的接收光路不仅成本巨大、集成度低，而且后续的实施调试也很困难。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本申请提供了一种信号接收系统及臭氧探测激光雷达，以实现降低组合望远镜的接收光路的成本、提高接收光路的集成度，并且降低调试难度的目的。为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：一种信号接收系统，应用于臭氧探测激光雷达，所述信号接收系统包括：组合望远镜、合束光纤、消色差模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一信号转换模块、第二信号转换模块和斩光盘；其中，所述组合望远镜包括多个分体望远镜，用于接收所述臭氧探测激光雷达的臭氧回波信号并向所述合束光纤传输；所述合束光纤包括多根光纤，每根所述光纤的一端设置于一个所述分体望远镜的焦平面处，所述合束光纤用于接收所述组合望远镜传输的臭氧回波信号，并向所述消色差模块传输；所述消色差模块用于对所述合束光纤传输的臭氧回波信号进行消色差、准直和分色处理，以获得分别向第一信号处理模块和第二信号处理模块传输的瑞利回波信号和拉曼回波信号；所述第一信号处理模块和第二信号处理模块关于所述斩光盘的中轴线对称设置，所述第一信号处理模块用于对所述瑞利回波信号进行过滤和汇聚处理后，获得瑞利光斑点向所述斩光盘出射；所述第二信号处理模块用于对所述拉曼回波信号进行过滤和汇聚处理后，获得拉曼光斑点向所述斩光盘出射；所述斩光盘用于分别对所述瑞利光斑点和拉曼光斑点进行斩切处理后，获得瑞利待转换信号和拉曼待转换信号；所述第一信号转换模块用于接收所述瑞利待转换信号，并对所述瑞利待转换信号进行光电转换后，获得瑞利电信号；所述第二信号转换模块用于接收所述拉曼待转换信号，并对所述拉曼待转换信号进行光电转换后，获得拉曼电信号。可选的，每根所述光纤包括：第一光纤接头、第二光纤接头和连接所述第一光纤接头和第二光纤接头的传输光纤；其中，所述第一光纤接头设置于一个所述分体望远镜的焦平面处，所述第二光纤接头与所述合束光纤的其他光纤的第二光纤接头封装在一起，作为所述合束光纤的合束接头。可选的，所述第一光纤接头包括光纤芯和包围所述光纤芯的第一封装结构；所述合束接头包括多个第二光纤接头和包围多个所述第二光纤接头的第二封装结构；所述第一封装结构为金属封装结构或塑料封装结构；所述第二封装结构为金属封装结构或塑料封装结构。可选的，所述消色差模块包括：空气隙消色差透镜组、分色片和第一反射镜，其中，所述空气隙消色差透镜组包括弯月透镜和设置于弯月透镜背离所述合束光纤一侧的双凸透镜，所述空气隙消色差透镜组用于对所述合束光纤传输的臭氧回波信号进行消色差和准直处理；所述分色片用于反射经过消色差和准直处理的臭氧回波信号中的拉曼回波信号，并透射经过消色差和准直处理的臭氧回波信号中的瑞利回波信号，以将经过消色差和准直处理的臭氧回波信号分离为瑞利回波信号和拉曼回波信号；所述第一反射镜用于将所述瑞利回波信号向所述第一信号处理模块反射。可选的，所述弯月透镜和双凸透镜的表面均设置有紫外光增透膜。可选的，所述第一信号处理模块包括：第二反射镜、第一滤光片和第一汇聚透镜；所述第二反射镜用于将所述瑞利回波信号向所述第一滤光片反射；所述第一滤光片用于过滤所述瑞利回波信号中的杂散信号，并向所述第一汇聚透镜传输；所述第一汇聚透镜用于将接收到的瑞利回波信号进行汇聚，以获得瑞利光斑点并向所述斩光盘出射；所述第二信号处理模块包括：第三反射镜、第二滤光片和第二汇聚透镜；所述第三反射镜用于将所述拉曼回波信号向所述第二滤光片反射；所述第二滤光片用于过滤所述拉曼回波信号中的杂散信号，并向所述第二汇聚透镜传输；所述第二汇聚透镜用于将接收到的拉曼回波信号进行汇聚，以获得拉曼光斑点并向所述斩光盘出射。可选的，所述第三反射镜、第二滤光片和第二汇聚透镜设置于第一圆筒中；所述分色片通过所述第一圆筒以圆筒方式与所述第二信号处理模块连接；所述第二反射镜、第一滤光片和第一汇聚透镜设置于第二圆筒中；所述第一反射镜通过所述第二圆筒以圆筒方式与所述第一信号处理模块连接。可选的，所述第一信号转换模块包括：第一透镜组和第一探测器；所述第一透镜组用于对所述瑞利待转换信号进行汇聚；所述第一探测器用于对汇聚后的瑞利待转换信号进行光电转换，以获得瑞利电信号；所述第二信号转换模块包括：第二透镜组和第二探测器；所述第二透镜组用于对所述拉曼待转换信号进行汇聚；所述第二探测器用于对汇聚后的拉曼待转换信号进行光电转换，以获得拉曼电信号。一种臭氧探测激光雷达，包括：如上述任一项所述的信号接收系统。从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种信号接收系统及臭氧探测激光雷达，其中，所述信号接收系统采用包括多根光纤的合束光纤接收组合望远镜中多个分体望远镜接收的臭氧回波信号，合束光纤接收的臭氧回波信号经过消色差模块的处理后形成瑞利回波信号和拉曼回波信号分别经过第一信号处理模块、第二信号处理模块、斩光盘、第一信号转换模块和第二信号转换模块的处理后，获得瑞利电信号和拉曼电信号，实现对组合望远镜接收的臭氧回波信号的接收和处理。所述信号接收系统利用合束光纤实现对多个分体望远镜接收的臭氧回波信号的接收，并利用后续光路对合束光纤传输的臭氧回波信号进行处理以实现光信号向电信号的转换，无需根据组合望远镜中的单体望远镜的数量设计众多的耦合光路、光电探测器和采集装置，实现了降低组合望远镜的接收光路的成本、提高接收光路的集成度，并且降低调试难度的目的。另外，所述信号接收系统的所述第一信号处理模块和第二信号处理模块关于所述斩光盘的中轴线对称设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信号接收系统，其特征在于，应用于臭氧探测激光雷达，所述信号接收系统包括：组合望远镜、合束光纤、消色差模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一信号转换模块、第二信号转换模块和斩光盘；其中，所述组合望远镜包括多个分体望远镜，用于接收所述臭氧探测激光雷达的臭氧回波信号并向所述合束光纤传输；所述合束光纤包括多根光纤，每根所述光纤的一端设置于一个所述分体望远镜的焦平面处，所述合束光纤用于接收所述组合望远镜传输的臭氧回波信号，并向所述消色差模块传输；所述消色差模块用于对所述合束光纤传输的臭氧回波信号进行消色差、准直和分色处理，以获得分别向第一信号处理模块和第二信号处理模块传输的瑞利回波信号和拉曼回波信号；所述第一信号处理模块和第二信号处理模块关于所述斩光盘的中轴线对称设置，所述第一信号处理模块用于对所述瑞利回波信号进行过滤和汇聚处理后，获得瑞利光斑点向所述斩光盘出射；所述第二信号处理模块用于对所述拉曼回波信号进行过滤和汇聚处理后，获得拉曼光斑点向所述斩光盘出射；所述斩光盘用于分别对所述瑞利光斑点和拉曼光斑点进行斩切处理后，获得瑞利待转换信号和拉曼待转换信号；所述第一信号转换模块用于接收所述瑞利待转换信号，并对所述瑞利待转换信号进行光电转换后，获得瑞利电信号；所述第二信号转换模块用于接收所述拉曼待转换信号，并对所述拉曼待转换信号进行光电转换后，获得拉曼电信号。...

【技术特征摘要】
1.一种信号接收系统，其特征在于，应用于臭氧探测激光雷达，所述信号接收系统包括：组合望远镜、合束光纤、消色差模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一信号转换模块、第二信号转换模块和斩光盘；其中，所述组合望远镜包括多个分体望远镜，用于接收所述臭氧探测激光雷达的臭氧回波信号并向所述合束光纤传输；所述合束光纤包括多根光纤，每根所述光纤的一端设置于一个所述分体望远镜的焦平面处，所述合束光纤用于接收所述组合望远镜传输的臭氧回波信号，并向所述消色差模块传输；所述消色差模块用于对所述合束光纤传输的臭氧回波信号进行消色差、准直和分色处理，以获得分别向第一信号处理模块和第二信号处理模块传输的瑞利回波信号和拉曼回波信号；所述第一信号处理模块和第二信号处理模块关于所述斩光盘的中轴线对称设置，所述第一信号处理模块用于对所述瑞利回波信号进行过滤和汇聚处理后，获得瑞利光斑点向所述斩光盘出射；所述第二信号处理模块用于对所述拉曼回波信号进行过滤和汇聚处理后，获得拉曼光斑点向所述斩光盘出射；所述斩光盘用于分别对所述瑞利光斑点和拉曼光斑点进行斩切处理后，获得瑞利待转换信号和拉曼待转换信号；所述第一信号转换模块用于接收所述瑞利待转换信号，并对所述瑞利待转换信号进行光电转换后，获得瑞利电信号；所述第二信号转换模块用于接收所述拉曼待转换信号，并对所述拉曼待转换信号进行光电转换后，获得拉曼电信号。2.根据权利要求1所述的信号接收系统，其特征在于，每根所述光纤包括：第一光纤接头、第二光纤接头和连接所述第一光纤接头和第二光纤接头的传输光纤；其中，所述第一光纤接头设置于一个所述分体望远镜的焦平面处，所述第二光纤接头与所述合束光纤的其他光纤的第二光纤接头封装在一起，作为所述合束光纤的合束接头。3.根据权利要求2所述的信号接收系统，其特征在于，所述第一光纤接头包括光纤芯和包围所述光纤芯的第一封装结构；所述合束接头包括多个第二光纤接头和包围多个所述第二光纤接头的第二封装结构；所述第一封装结构为金属封装结构或塑料封装结构；所述第二封装结构为金属封装结构或塑料封装结构。4.根据权利要求1所述的信号接收系统，其特征在于，所述消色差模块包括：空气隙消色差透镜组、分色片和第一反射镜，其中，所述空气隙消色差透镜组包括弯月透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：方欣，李陶，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34