一种臭氧差分吸收激光雷达系统及大气臭氧分布探测方法技术方案

本发明专利技术涉及大气臭氧探测领域，尤其是一种臭氧差分吸收激光雷达系统及大气臭氧分布探测方法，所述臭氧差分吸收激光雷达系统包括：激光发射装置，所述激光发射装置发射第一波长的激光束；波长转换装置，所述第一波长的激光束通过所述波长转换装置后分别产生第二波长的激光束和第三波长的激光束；激光接收装置，所述激光接收装置接收回波信号，所述回波信号由所述第一波长的激光束、所述第二波长的激光束和所述第三波长的激光束经大气层后向散射所得。本发明专利技术提供的雷达系统技术简单、成本较低，维护方便。维护方便。维护方便。

【技术实现步骤摘要】
一种臭氧差分吸收激光雷达系统及大气臭氧分布探测方法


[0001]本专利技术涉及大气臭氧探测领域，尤其是一种臭氧差分吸收激光雷达系统及大气臭氧分布探测方法

技术介绍

[0002]虽然臭氧在平流层起到了保护人类与环境的重要作用，但若其在对流层浓度增加，则会对人类、动植物生长和生态环境带来严重危害，同时在对流层光化学、大气环境质量和生态环境方面起着重要作用。差分吸收激光雷达技术因其空分辨率高、快速实时、动态范围大等优势成为探测大气臭氧分布的一种有效的手段。
[0003]目前通常使用激光器发射激光光源泵浦气体(如氢气、氘气、CO2)拉曼管，以产生相应的不同波长的拉曼激光，拉曼激光和激光光源经过扩束准直后发射至大气中，经过大气的衰减，被大气中的粒子散射和吸收，利用臭氧对不同波长的拉曼激光吸收程度不同，形成了差分吸收；经过大气粒子以及臭氧的散射和吸收，后向散射的激光在返回的路程中再次被大气消光，然后由接收光学系统接收，经过光电探测器光电转换，最后对回波信号采集，使用差分吸收算法可获得臭氧浓度空间分布信息。基于可调谐激光光源或是OPO调谐技术的系统，通常技术复杂、成本较高，维护不便。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种臭氧差分吸收激光雷达系统及大气臭氧分布探测方法，旨在解决现有技术中的至少一个问题。
[0005]本专利技术的第一方面提出了一种臭氧差分吸收激光雷达系统，包括：激光发射装置，所述激光发射装置发射第一波长的激光束；波长转换装置，所述第一波长的激光束通过所述波长转换装置后分别产生第二波长的激光束和第三波长的激光束；激光接收装置，所述激光接收装置接收回波信号，所述回波信号由所述第一波长的激光束、所述第二波长的激光束和所述第三波长的激光束经大气层后向散射所得。本专利技术提供的雷达系统技术简单、成本较低，维护方便。
[0006]可选地，所述激光发射装置包括：激光器，所述激光器发射第一波长的激光束，所述第一波长为266nm。本专利技术通过采用266nm激光器其优点在于技术成熟，易于实现。
[0007]可选地，所述激波长转换装置包括：拉曼管，所述第一波长的激光束通过所述拉曼管后分别产生第二波长的激光束和第三波长的激光束；所述第二波长为287nm，所述第三波长为299nm。本专利技术使用266nm激光器抽运拉曼管，产生波长287nm、299nm激光束，使用这种方法产生拉曼激光比较直接简单、可靠安全。
[0008]可选地，所述臭氧差分吸收激光雷达系统还包括：望远镜，所述望远镜接收所述回波信号，并将所述接收回波信号激光接收装置输出至所述激光接收装置。本专利技术通过采用望远镜更有利于回波信号的接收。
[0009]可选地，所述臭氧差分吸收激光雷达系统还包括扩束镜、第一反射镜和第二反射
镜，分别经过所述扩束镜、所述第一反射镜和所述第二反射镜后的复合激光束与所述望远镜同轴设置；或者分别经过所述扩束镜、所述第一反射镜和所述第二反射镜后的复合激光束与所述望远镜离轴设置；所述复合激光束包括所述第一波长的激光束、所述第二波长的激光束和所述第三波长的激光束。本专利技术采用发射和接收同轴的方式可尽可能减少雷达盲区，提高雷达数据使用价值；或者，采用离轴的方式可减少近场回波饱和的影响。
[0010]可选地，所述回波信号包括第一回波信号、第二回波信号和第三回波信号；所述第一回波信号、所述第二回波信号和所述第三回波信号分别由第一波长的激光束、第二波长的激光束、第三波长的激光束经大气层后向散射所得。
[0011]可选地，所述激光接收装置包括：第一探测器，所述第一探测器接收所述第一回波信号；第二探测器，所述第二探测器接收所述第二回波信号；第三探测器，所述第三探测器接收所述第二回波信号；第四探测器，所述第四探测器接收所述第三回波信号；第五探测器，所述第五探测器接收所述第三回波信号。
[0012]可选地，所述臭氧差分吸收激光雷达系统还包括：光阑、第一透镜和第一滤光片，所述光阑、第一透镜和第一滤光片依次设置于所述望远镜的出光侧。本专利技术通过采用光阑、第一透镜和第一滤光片组合可以令望远镜接收到的回波信号形成准直光束。
[0013]可选地，所述臭氧差分吸收激光雷达系统还包括：第一二向色镜、第二二向色镜、第一分束器和第二分束器；所述第一二向色镜的入光侧设置于所述第一滤光片的出光侧；所述第二二向色镜的入光侧设置于所述第一二向色镜的出光侧，所述第一探测器设置于所述第一二向色镜的出光侧；所述第一分束器和所述第二分束器分别设置于所述第二二向色镜的出光侧；所述第二探测器、所述第三探测器、所述第四探测器和所述第五探测器分别设置于所述所述第一分束器和所述第二分束器的出光侧。本专利技术第一分束器、第二分束器对287nm、299nm的回波信号进行分光，可免去回波信号易饱和的影响。
[0014]本专利技术的第二方面提出了一种大气臭氧分布探测方法，包括：提供激光发射装置，所述激光发射装置发射第一波长的激光束；提供波长转换装置，所述第一波长的激光束通过所述波长转换装置后分别产生第二波长的激光束和第三波长的激光束；提供激光接收装置，所述激光接收装置接收回波信号，所述回波信号由所述第一波长的激光束、所述第二波长的激光束和所述第三波长的激光束经大气层后向散射所得。
附图说明
[0015]图1为本专利技术臭氧差分吸收激光雷达系统一个实施例的示意图；
[0016]图2为本专利技术臭氧差分吸收激光雷达系统另一个实施例的示意图；
[0017]图3为本专利技术大气臭氧分布探测方法一个实施例的流程图。
具体实施方式
[0018]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
[0019]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
[0020]下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路，软件或方法。
[0021]在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种臭氧差分吸收激光雷达系统，其特征在于，包括：激光发射装置，所述激光发射装置发射第一波长的激光束；波长转换装置，所述第一波长的激光束通过所述波长转换装置后分别产生第二波长的激光束和第三波长的激光束；激光接收装置，所述激光接收装置接收回波信号，所述回波信号由所述第一波长的激光束、所述第二波长的激光束和所述第三波长的激光束经大气层后向散射所得。2.根据权利要求1所述的臭氧差分吸收激光雷达系统，其特征在于，所述激光发射装置包括：激光器，所述激光器发射第一波长的激光束，所述第一波长为266nm。3.根据权利要求2所述的臭氧差分吸收激光雷达系统，其特征在于，所述激波长转换装置包括：拉曼管，所述第一波长的激光束通过所述拉曼管后分别产生第二波长的激光束和第三波长的激光束；所述第二波长为287nm，所述第三波长为299nm。4.根据权利要求3所述的臭氧差分吸收激光雷达系统，其特征在于，所述臭氧差分吸收激光雷达系统还包括：望远镜，所述望远镜接收所述回波信号，并将所述接收回波信号激光接收装置输出至所述激光接收装置。5.根据权利要求4所述的臭氧差分吸收激光雷达系统，所述臭氧差分吸收激光雷达系统还包括扩束镜、第一反射镜和第二反射镜，其特征在于：分别经过所述扩束镜、所述第一反射镜和所述第二反射镜后的复合激光束与所述望远镜同轴设置；或者分别经过所述扩束镜、所述第一反射镜和所述第二反射镜后的复合激光束与所述望远镜离轴设置；所述复合激光束包括所述第一波长的激光束、所述第二波长的激光束和所述第三波长的激光束。6.根据权利要求3所述的臭氧差分吸收激光雷达系统，其特征在于：所述回波信号包括第一回波信号、第二回波信号和第三回波信号；所述第一回波信号、所述第二回波信号和所述第三回...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨少辰，龙传德，徐文静，龚海彬，王恩达，冼锦洪，
申请(专利权)人：深圳大舜激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：