一种大气温湿度廓线激光雷达系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种大气温湿度廓线激光雷达系统，其特征在于，包括：工控机、激光发射系统、接收分光系统和数据采集系统；所述的激光发射系统包括激光器和光学引导组件，所述的激光器与工控机电连接，所述的光学引导组件将激光器发射的激光引导至大气中；所述的接收分光系统包括望远镜、优化组件和分光组件，所述的优化组件将望远镜接收的光信号准直处理后，由分光组件分成五组光信号；所述的数据采集系统包括采集卡和与采集卡电连接的五组光电传感器，每组光电传感器对应一组光信号，所述的采集卡与工控机电连接，本实用新型专利技术克服了现有技术的不足，可实现温度垂直空间分布探测和温度边界层探测。和温度边界层探测。和温度边界层探测。

【技术实现步骤摘要】
一种大气温湿度廓线激光雷达系统


[0001]本技术属于激光雷达
，具体涉及一种大气温湿度廓线激光雷达系统。

技术介绍

[0002]激光雷达(LIDAR，LIght Detection And Ranging)是以激光为光源，通过探测激光与大气相互作用产生的回波信号，来遥感大气，具备高精度距离分辨能力。激光与大气的相互作用，会产生包含气体原子、分子、大气气溶胶粒子和云等有关信息的辐射信号，利用相应的反演方法就可以从中得到关于气体原子、分子、大气气溶胶粒子和云等大气成分的信息。
[0003]同时激光雷达可以获得大气温度廓线、大气湿度廓线、臭氧廓线等信息，是气象、环保行业中不可缺少的监测设备，应用前景越来越广泛。大气边界层温度廓线分布与大气逆温和城市热岛等大气现象密切相关，是大气预报的重要参数，温廓线拉曼激光雷达系统对边界层大气逆温特性和城市热岛效应的变化规律具有非常重要的意义。温廓线拉曼激光雷达主要是利用大气中氮气、氧气拉曼后向散射信号，来反演大气中温度廓线时空分布情况。

技术实现思路

[0004]为了实现大气温度湿度廓线的同步测量，本技术提供一种大气温湿度廓线激光雷达系统。
[0005]为解决上述问题，本技术所采取的技术方案如下：
[0006]一种大气温湿度廓线激光雷达系统，其特征在于，包括：
[0007]工控机、激光发射系统、接收分光系统和数据采集系统；
[0008]所述的激光发射系统包括激光器和光学引导组件，所述的激光器与工控机电连接，所述的光学引导组件将激光器发射的激光引导至大气中；
[0009]所述的接收分光系统包括望远镜、优化组件和分光组件，所述的优化组件将望远镜接收的光信号准直处理后，由分光组件分成五组光信号；
[0010]所述的数据采集系统包括采集卡和与采集卡电连接的五组光电传感器，每组光电传感器对应一组光信号，所述的采集卡与工控机电连接。
[0011]进一步，所述的光学引导组件包括反射镜一、扩束器和反射镜二，所述的反射镜一将激光器发出的激光反射至扩束器，经扩束器扩束后被反射镜二反射至大气中。
[0012]进一步，所述的扩束器的扩束倍数至少为3倍，透光率≥95％。
[0013]进一步，所述的扩束器的扩束倍数为5倍。
[0014]进一步，所述的激光器为单脉冲能量大于150mJ的紫外激光器，波长为355nm。
[0015]进一步，所述的优化组件包括光栅、反射镜三和准直透镜，望远镜接收的光信号经光栅处理后，由反射镜三发射给准直透镜进行准直处理；所述的分光组件包括依次设置于
光路上的分色片一、分色片二、滤光片一、分色片三、滤光片四和滤光片五，其中分色片一将光信号分成两路，其中一路经滤光片六过滤后得到第一组光信号，分色片二将来自于分色片一的光信号分成两路，其中一路经滤光片七过滤后得到第二组光信号，滤光片一将来自于分色片二的光信号分成两路，其中一路为第三组光信号，分色片三将来自于滤光片一的光信号分成两路，其中一路经滤光片二和滤光片三过滤后得到第四组光信号，滤光片四和滤光片五将来自于分色片三的光信号过滤后得到第五组光信号。
[0016]进一步，所述的第一组光信号的波长为407nm，所述的第二组光信号的波长为386.7nm，所述的第三组光信号的波长为354.7nm，所述的第四组光信号的波长为354.05nm，所述的第五组光信号的波长为353.2nm，
[0017]进一步，所述的光电传感器由光电倍增管和设置于光电倍增管前方的汇聚透镜组成，汇聚透镜将光信号汇聚至光电倍增管。
[0018]本技术与现有技术相比较，本技术的实施效果如下：本技术的系统通过对望远镜接收的光信号的分离，实现了对353.2nm、354.05nm、354.7nm、386.7nm、407.5nm波长的光信号的分离，使该系统能得到准确的大气温度和湿度轮廓线，且结果稳定，可实现温度垂直空间分布探测和温度边界层探测。
附图说明
[0019]图1为本技术的系统的结构示意图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0021]参见附图1，一种大气温湿度廓线激光雷达系统的激光器1发射特定波长激光，本系统的激光波长为355nm，单脉冲能量大于160mJ；高能激光出射后，首先经反射镜一2反射至扩束器3的入口，扩束器的扩束倍数为5倍，透光率≥95％，经扩束器后，光束发散角优化后，激光到达反射镜二4，经反射镜二4激光发射至大气，与大气分子进行作用，发生拉曼效应，激发出波长为353.2nm、354.05nm、354.7nm、386.7nm和407.5nm的后向散射光信号。
[0022]后向散射光信号，经过望远镜5进行接收，首先抵达光阑6，望远镜采用非球面大口径卡塞格林系统，非球面主镜，使视场弥散光斑足够小，口径为16英寸，可以接收足够强的散射信号；经过光阑6，较强的太阳光被抑制，有效光信号经过反射镜三7反射至准直透镜20，准直透镜由两组透镜组合而成，通过准直透镜各波长光学信号得到优化，然后透过至接收分光系统。
[0023]参见图1，有效光信号，经优化后首先到达分色片一10，经分色片一10后，407nm的光信号反射至滤光片六18，然后再经汇聚透镜一81汇聚至光电倍增管一91，转换成相应电信号，得到第一组信号；同时，经分色片一10后的其余波长信号透射至分色片二11，然后386.7nm的光信号经分色片二11反射至滤光片七19，然后经汇聚透镜二82汇聚至光电倍增管二92，转换成相应电信号，得到第二组信号；剩余三组信号透射至滤光片一12；利用光线
夹角，354.7nm波长的光信号透射至汇聚透镜三83，然后经汇聚透镜三83汇聚至光电倍增管三93，转换成相应电信号，得到第三组信号；然后剩余的两组光学信号经滤光片一12后到达分色片三13，利用滤光片二14和滤光片三15使354.05nm的光信号到底汇聚透镜四84，经汇聚透镜四84后，354.05nm信号到达光电倍增管五95，转换成相应电信号，得到第四组信号；同时最后一组353.2nm的光信号经过滤光片四16、滤光片五17到达汇聚透镜五85，然后经汇聚透镜五85后，汇聚至光电倍增管四94，转换成相应电信号，得到第五组信号。
[0024]上述的五组信号，经由高速采集卡21进行采集，采集卡21使用六通道100M采集卡，然后再传输至工控机22，工控机22由外接电源供电。工控机22对采集卡21采集的信号进行处理，通过第一组和第二组信号反演得到湿度廓线；通过第三组、第四组和第五组信号反演得到温度廓线。
[0025]第三组、第四组和第五组信号由于波长相差极小，本系统通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大气温湿度廓线激光雷达系统，其特征在于，包括：工控机、激光发射系统、接收分光系统和数据采集系统；所述的激光发射系统包括激光器和光学引导组件，所述的激光器与工控机电连接，所述的光学引导组件将激光器发射的激光引导至大气中；所述的接收分光系统包括望远镜、优化组件和分光组件，所述的优化组件将望远镜接收的光信号准直处理后，由分光组件分成五组光信号；所述的数据采集系统包括采集卡和与采集卡电连接的五组光电传感器，每组光电传感器对应一组光信号，所述的采集卡与工控机电连接。2.根据权利要求1所述的一种大气温湿度廓线激光雷达系统，其特征在于，所述的光学引导组件包括反射镜一、扩束器和反射镜二，所述的反射镜一将激光器发出的激光反射至扩束器，经扩束器扩束后被反射镜二反射至大气中。3.根据权利要求2所述的一种大气温湿度廓线激光雷达系统，其特征在于，所述的扩束器的扩束倍数至少为3倍，透光率≥95％。4.根据权利要求2所述的一种大气温湿度廓线激光雷达系统，其特征在于，所述的扩束器的扩束倍数为5倍。5.根据权利要求1所述的一种大气温湿度廓线激光雷达系统，其特征在于，所述的激光器为单脉冲能量大于150mJ的紫外激光器，波长为355nm。6.根据权利要求1所述的一种大气温湿度廓线激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，王磊，周成，张帅，刘东，
申请(专利权)人：合肥中科光博量子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：