【技术实现步骤摘要】
本技术涉及激光大气遥感，具体涉及一种用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统。
技术介绍
1、激光雷达，以激光为光源，通过探测激光与大气互相作用的辐射信号来遥感大气，实时反演大气成分参数廓线。
2、拉曼激光雷达利用拉曼散射原理进行测量的技术，利用拉曼激光雷达探测大气水汽与温度是根据n2和o2分子的纯转动拉曼散射谱线强度与大气温度的依赖关系反演大气温度和湿度。拉曼激光雷达探测大气温度不确定性包括振动拉曼散射回波信号噪声、大气透过率及参考点温度和压力等。
3、目前，国内外多采用532nm或355nm的激光光源作为转动拉曼激光雷达系统的发射波长。355nm波长相较于532nm激光光源激发的拉曼散射信号强。虽然拉曼激光雷达激光频率改变不会导致谱线间的频率间隔改变，但是波长间隔会随着激发光频率增大而减小。使用355nm的激光光源作为发射光，其用于测量温度的两个拉曼信号波长的最优值与发射波长靠的太近，干涉滤光片难以将转动拉曼信号和弹性散射信号区分开来，因此对用于测量温度的拉曼信号的提取提出了更高的挑战，要求激光雷达分光系统要有极高的分辨能力。全天时探测中，白天太阳背景噪声很强，对系统的探测性能有较大影响。而用于测量湿度的水汽和氮气振动拉曼后向散射信号比较微弱，且白天太阳背景光很强，会影响甚至淹没信号，所以要实现水汽的全天时精细探测，就要求更好地抑制强背景噪声，即实现弱拉曼信号的有效提取至关重要。
4、由此可见，如何实现对用于探测温度的拉曼信号的精细提取和用于探测水汽的弱拉曼信号的有效提取，从而提高拉曼激光
技术实现思路
1、本技术要解决的技术问题是如何实现拉曼激光雷达对大气温度和湿度的全天候测量。
2、为了解决上述技术问题，本技术提供了一种用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，包括：
3、激光发射单元，所述激光发射单元发出355nm激光，所述355nm激光照射大气产生大气后向散射信号；
4、光学接收单元，所述光学接收单元包括接收所述大气后向散射信号的望远镜、后继光路、位于所述望远镜与所述后继光路之间进行信号传输的光纤以及设置在所述后继光路中的多组组合干涉滤光片，每组所述组合干涉滤光片由两片干涉滤光片按特定角度安装使两片所述干涉滤光片的中心波长与探测所需要的光信号的具体波长一致；以及
5、数据采集单元，所述数据采集单元包括将光信号转换为电信号的探测器。
6、进一步的，所述后继光路还包括将经过所述光纤的大气后向散射信号进行准直的光纤准直器和位于所述光纤准直器竖直方向下方的二向分色镜，所述二向分色镜将所述拉曼信号分为探测温度的353nm、354nm拉曼信号和355nm散射信号的第一光路，以及探测水汽的386nm与407nm拉曼信号的第二光路。
7、进一步的，所述第一光路包括反射镜、位于所述反射镜竖直方向下方的干涉滤光片，所述干涉滤光片竖直方向下方设置有第一探测器，所述光信号通过所述干涉滤光片得到355nm弹性散射信号。
8、进一步的，所述第一光路还包括提取所述354nm拉曼信号的组合干涉滤光片和提取所述353nm拉曼信号的组合干涉滤光片，所述组合干涉滤光片竖直方向下方的组合干涉滤光片，所述组合干涉滤光片射出的拉曼信号入射到探测器接收端，所述组合干涉滤光片射出的光信号入射到探测器的接收端，所述探测器位于所述组合干涉滤光片的斜上方，所述探测器位于所述组合干涉滤光片的竖直方向下方。
9、进一步的，所述第二光路包括将所述386nm和407nm拉曼信号分开的二向分色镜、提取所述386nm拉曼信号的组合干涉滤光片和提取所述407nm拉曼信号的组合干涉滤光片，所述组合干涉滤光片射出的拉曼信号入射到探测器接收端，所述组合干涉滤光片射出的光信号入射到探测器的接收端，所述探测器位于所述组合干涉滤光片的同水平方向，所述探测器位于所述组合干涉滤光片的竖直方向下方。
10、进一步的，所述系统还包括采集单元，所述数据采集单元包括采集卡，多个所述探测器的输出端均与所述采集卡的输入端连接，多个所述探测器的输出端还与探测器电源连接。
11、进一步的，所述数据采集单元还包括工控机，所述采集卡以及所述探测器电源分别与所述工控机进行通讯连接。
12、进一步的，所述激光发射单元包括nd:yag激光器和减小所述激光器射出激光光束发散角的扩束器。
13、与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：
14、本技术分别使用两片干涉滤光片按照一定的角度组合安装为组合干涉滤光片，分别用于进行提取用于测量温度和湿度的四个拉曼信号，达到精细提取拉曼信号并抑制背景光的目的，用于进行大气温度和湿度的反演，实现对温度和湿度的全天候测量。
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1.一种用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述后继光路还包括将经过所述光纤的大气后向散射信号进行准直的光纤准直器(20)和位于所述光纤准直器(20)竖直方向下方的第一二向分色镜(21)，所述第一二向分色镜(21)将拉曼信号分为探测温度的353nm、354nm拉曼信号和355nm散射信号的第一光路，以及探测水汽的386nm与407nm拉曼信号的第二光路。
3.根据权利要求2所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述第一光路包括反射镜(22)、位于所述反射镜(22)竖直方向下方的干涉滤光片(23)，所述干涉滤光片(23)竖直方向下方设置有第一探测器(30)，所述光信号通过所述干涉滤光片(23)得到355nm弹性散射信号。
4.根据权利要求3所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述第一光路还包括提取所述354nm拉曼信号的第一组合干涉滤光片(24)和提取所述353nm拉曼信号的第二组合干涉滤光片(25
5.根据权利要求4所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述第二光路包括将所述386nm和407nm拉曼信号分开的第二二向分色镜(26)、提取所述386nm拉曼信号的第三组合干涉滤光片(27)和提取所述407nm拉曼信号的第四组合干涉滤光片(28)，所述第三组合干涉滤光片(27)射出的拉曼信号入射到第四探测器(33)接收端，所述第四组合干涉滤光片(28)射出的光信号入射到第五探测器(34)的接收端，所述第四探测器(33)位于所述第三组合干涉滤光片(27)的同水平方向，所述第五探测器(34)位于所述第四组合干涉滤光片(28)的竖直方向下方。
6.根据权利要求5所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述数据采集单元还包括采集卡(35)，所述第一探测器(30)、第二探测器(31)、第三探测器(32)、第四探测器(33)以及第五探测器(34)的输出端均与所述采集卡(35)的输入端连接，所述第一探测器(30)、第二探测器(31)、第三探测器(32)、第四探测器(33)以及第五探测器(34)的输出端还与探测器电源(36)连接。
7.根据权利要求6所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述数据采集单元还包括工控机(37)，所述采集卡(35)以及所述探测器电源(36)分别与所述工控机(37)进行通讯连接。
8.根据权利要求1所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述激光发射单元包括Nd:YAG激光器(10)和减小所述激光器(10)射出激光光束发散角的扩束器(11)。
...【技术特征摘要】
1.一种用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述后继光路还包括将经过所述光纤的大气后向散射信号进行准直的光纤准直器(20)和位于所述光纤准直器(20)竖直方向下方的第一二向分色镜(21)，所述第一二向分色镜(21)将拉曼信号分为探测温度的353nm、354nm拉曼信号和355nm散射信号的第一光路，以及探测水汽的386nm与407nm拉曼信号的第二光路。
3.根据权利要求2所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述第一光路包括反射镜(22)、位于所述反射镜(22)竖直方向下方的干涉滤光片(23)，所述干涉滤光片(23)竖直方向下方设置有第一探测器(30)，所述光信号通过所述干涉滤光片(23)得到355nm弹性散射信号。
4.根据权利要求3所述的用于测量大气温度和湿度的拉曼激光雷达系统，其特征在于，所述第一光路还包括提取所述354nm拉曼信号的第一组合干涉滤光片(24)和提取所述353nm拉曼信号的第二组合干涉滤光片(25)，所述第一组合干涉滤光片(24)竖直方向下方的第二组合干涉滤光片(25)，所述第一组合干涉滤光片(24)射出的拉曼信号入射到第二探测器(31)接收端，所述第二组合干涉滤光片(25)射出的光信号入射到第三探测器(32)的接收端，所述第二探测器(31)位于所述第一组合干涉滤光片(24)的斜上方，所述第三探测器(32)位于所述第二组合干涉滤光片(25)的竖直方向下方。
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔金龙，庄鹏，谢晨波，
申请(专利权)人：安徽蓝科信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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