适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统技术方案

本发明专利技术涉及一种适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统，该系统包括双视场装置、大视场光路系统和小视场光路系统；双视场装置包括至少两个不同尺寸的双视场分光器件，以适应不同云底高度的大气探测；所述双视场分光器件用于使经大气层反射后的回波信号中，一部分进入大视场光路系统，一部分进入小视场光路系统；所述大视场光路系统和小视场光路系统均用于在对应视场下筛选出不同波长的光信号。本发明专利技术分光系统不仅可以适应不同云底高度的大气探测，而且结构简单，且操作方便，应用于激光雷达中，基于双视场可以有效地对水云和气溶胶的大气参数进行可靠检测。对水云和气溶胶的大气参数进行可靠检测。对水云和气溶胶的大气参数进行可靠检测。

【技术实现步骤摘要】
适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统


[0001]本专利技术涉及大气探测
，特别是一种适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统。

技术介绍

[0002]气溶胶
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云相互作用(Aerosol
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Cloud Interaction，ACI)是地球系统中不确定性最高的辐射强迫因子之一，该相互作用也是气溶胶对地球
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大气系统的辐射收支平衡进行影响的两大主要方式之一。在气溶胶
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云相互作用中，气溶胶通过影响云的光学特性、云量、含水量以及寿命等参数，进而对气候产生包括第一类间接效应(Twomey效应)和第二类间接效应(Albercht效应或云生命周期效应)的间接影响；与此同时，气溶胶对云的影响还包括半直接效应。因此气溶胶和云的相互作用对于大气构成以及全球气候变化有着极其重要的影响，研究气溶胶
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云相互作用，对大气辐射收支平衡和气候变化的影响以及作用机理具有重要的科学意义和研究价值。
[0003]当前学者们利用卫星、机载、地基观测和数值模式等手段对气溶胶和云微物理特性展开了相关研究。机载现场观测技术测量准确但成本太高，仅限于个案研究，并不适合进行具有统计学意义的长时间观测。卫星被动遥感测量可以覆盖全球范围，因此可以进行大范围长时间的观测，但时效性较差。激光雷达技术作为一种主动的遥感探测技术，近年来常用于大气、环境、气象、海洋等领域。相比较而言，包括激光雷达在内的主动遥感技术可以进行具有高时空分辨率的长期观测，因此可以更为深入的研究气溶胶
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云相互作用。利用主动遥感对云和气溶胶特性进行长时间观测，雷达和激光雷达技术都具有可行性。相比较于激光雷达，雷达的穿透深度更广，对于测量大范围内的垂直云层具有重要意义；但对于薄云层、水云的探测却并不合适，这是因为探测信号低于雷达探测阈值。相比较而言，激光雷达更适合作为水云、气溶胶的探测工具。激光雷达能够以很高的时空分辨率探测气溶胶、云特性垂直分布，因此激光雷达成为研究气溶胶、云特性的重要手段。对于在大气环境中占主要成分的较小液滴，激光雷达具有更高的灵敏度，也正是因此，它可以对液滴形成和气溶胶粒子混合的云底区域进行高精度的探测。
[0004]综上，利用激光雷达对气溶胶
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云的相互作用进行探测研究具有很好的应用前景与可实现性。然而，目前国内还没有相应的系统，国外对水云探测的激光雷达系统结构复杂，需要多种仪器设备相互配合使用，操作繁琐，不适于推广应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统，应用于激光雷达系统中进行水云探测，以简化激光雷达系统的结构。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了以下技术方案：
[0007]本专利技术实施例提供了一种适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统，包括双视场装置、大视场光路系统和小视场光路系统，所述双视场装置包括至少两个
不同尺寸的双视场分光器件，以适应不同云底高度的大气探测；其中，
[0008]所述双视场分光器件用于使经大气层反射后的回波信号中，一部分进入大视场光路系统，一部分进入小视场光路系统；
[0009]所述大视场光路系统和小视场光路系统均用于在对应视场下筛选出不同波长的光信号。
[0010]上述方案中，利用双视场装置，使不同角度散射光分别进入了不同视场，实现了不同散射角度的分光，而且大/小视场光路系统可以筛选出不同波长的光信号，实现了不同波长的筛选。整个系统不仅可以实现多波长双视场分光，而且系统结构简单，当其应用于激光雷达系统时，可以简化整个激光雷达系统的结构。另外，通过设置至少两个不同尺寸的双视场分光器件，可以实现在不改变光路系统的情况下满足不同云底高度的大气探测需求，进一步使得整个系统的结构更加简化，操作也更加简单。即是说，可以解决如何在不改变光路的情况下探测不同高度的水云的技术问题。
[0011]在本专利技术方案中，所述双视场分光器件包括大视场部分和小视场部分，各个双视场分光器件的大视场部分和小视场部分的尺寸均不同。
[0012]上述方案中，各个双视场分光器件的大视场部分和小视场部分的尺寸均不同，可以更好地适应不同云底高度的水探测。
[0013]在一个可实施方案中，所述小视场部分用于透射回波信号中的小角度散射光，大视场部分用于反射回波信号中的大角度散射光。
[0014]上述方案中，分别通过透射和反射的方式来区分小视场和大视场的光信号，实施方式简单，可以降低系统的复杂度。
[0015]在一个可实施方案中，所述双视场装置还包括载体，所述至少两个双视场分光器件布置于所述载体上，通过移动所述载体实现不同尺寸的双视场分光器件的选用。
[0016]上述方案中，通过移动所述载体实现不同尺寸的双视场分光器件的选用的方式，相比于更换(也就是将原有双视场分光器件拆下，并装上其他尺寸的双视场分光器件)双视场分光器件的方式，操作更加简单、方便，同时借助于载体还实现了双视场分光器件的安装固定。
[0017]在一个可实施方案中，所述载体为转盘，所述至少两个双视场分光器件沿转盘的圆周布置。所述载体为矩形带，所述至少两个双视场分光器件沿矩形带的长度方向呈单行布置。
[0018]当载体为转盘时，转动转盘即可选择不同尺寸的双视场分光器件；当载体为矩形带时，通过拖动矩形带即可选择不同尺寸的双视场分光器件，实现方式简单，方便操作。
[0019]在一个可实施方案中，大视场光路系统与小视场光路系统的结构相同，均包括若干个二向色镜、滤波镜组和光电倍增管，滤波镜组与光电倍增管一一对应；当二向色镜为多个时，不同的二向色镜镀有针对不同波长光信号的反射膜，且多个二向色镜沿光路依次布置，光路前方的二向色镜透射的光信号输入至光路后方的二向色镜，光路末端的二向色镜透射的光信号入射至对应的滤波镜组，二向色镜反射的光信号入射至对应的滤波镜组，经滤波镜组滤波后被对应的光电倍增管吸收。
[0020]与现有技术相比，本专利技术分光系统，整个系统不仅可以实现多波长双视场分光，而且系统结构简单，当其应用于激光雷达系统时，可以简化整个激光雷达系统的结构。
[0021]本专利技术所具有的其他优势将会在具体实施例中进行相应说明。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023]图1为实施例中举例的适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统的光路图。
[0024]图2为实施例中双视场装置的一种结构示意图。
[0025]图3为实施例中双视场装置的另一种结构示意图。
[0026]图4为实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统，其特征在于，包括双视场装置、大视场光路系统和小视场光路系统，所述双视场装置包括至少两个不同尺寸的双视场分光器件，以适应不同云底高度的大气探测；其中，所述双视场分光器件用于使经大气层反射后的回波信号中，一部分进入大视场光路系统，一部分进入小视场光路系统；所述大视场光路系统和小视场光路系统均用于在对应视场下筛选出不同波长的光信号。2.根据权利要求1所述的适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统，其特征在于，所述双视场分光器件包括大视场部分和小视场部分，各个双视场分光器件的大视场部分和小视场部分的尺寸均不同。3.根据权利要求2所述的适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统，其特征在于，所述小视场部分用于透射回波信号中的小角度散射光，大视场部分用于反射回波信号中的大角度散射光。4.根据权利要求1所述的适应不同云底高度的双视场多波长拉曼激光雷达分光系统，其特征在于，所述双视场装置还包括载体，所述至少两个双视场分光器件布置于所述载体上，通过移动所述载体实现不同尺寸的双视场分光器件的选用。...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛建东，董翔宇，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：