本发明专利技术公开了一种大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达测量装置及探测方法，该装置包括：光路、数据采集单元、主控计算机，所述光路的前部依次包括：激光发射器、扩束器、反射镜、接收望远镜和准直镜，光路的后部接收分别为分色片和半反半透镜；所述分色片的分光送入光电探测器A，半反半透镜的反射分光送入光电探测器B，半反半透镜的透射分光送入光电探测器C，光电探测器A、B经数据采集单元与主控制计算机相连，光电探测器C经A/D转换数据采集单元与主控计算机相连，所述光电探测器A、B分别设有控制单元，控制单元分别与主控计算机相连。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达高精度测量装置及探测方法，属激光大气探测领域。
技术介绍
大气臭氧廓线常规传统的测量方法是无线电探空技术和激光雷达测量技术，而激光雷达测量比探空测量方便准确，但是就用激光雷达对大气臭氧廓线进行测量而言，国内外常规的测量方法是差分吸收激光雷达测量。 不足之处(I)该方法所需要的激光光源的条件很苛刻，染料寿命很短导致激光光源的能量不稳定，而且不经济；(2)实验的过程中需要不断的更换染料，实验的连续性得不到很好的保障；(3)由于激光能量的不稳定，导致测量结果不准确。(4)由于探测器动态范围的存在，导致有效测量高度范围受到限制。
技术实现思路
本专利技术提供大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达测量装置，该装置测量数据的稳定性远超过常规差分吸收激光雷达的数据，因而数据的可信度、准确度大大提高；特别是能测量高空微弱的瑞利和拉曼信号，因而测量的高度也较常规差分吸收激光雷达的测量范围大大增加；试验条件比差分吸收简单，稳定，经济。能方便实用于大气臭氧廓线的测量。本专利技术同时提供大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达探测方法，该方法简单，激光回波能量稳定，从一次试验的三通道数据中就可反演出实测大气臭氧随高度的垂直分布；测量的精度比常规差分吸收激光雷达所测结果高。本专利技术的目的是通过以下措施实现的大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达测量装置，该装置包括光路、数据采集单元、主控计算机，所述光路前部依次包括激光发射器、扩束器、反射镜、接收望远镜和准直镜，光路的后部接收分别为分色镜和半反半透镜；所述分色镜的分光送入光电探测器A，半反半透镜的反射分光送入光电探测器B，半反半透镜的透射分光送入光电探测器C，光电探测器A、B经数据采集单元与主控制计算机相连，光电探测器C经A/D转换数据采集单元与主控计算机相连，所述光电探测器A、B均设有门控单元，各门控单元分别与主控计算机相连。激光发射器米用Nd: YAG激光器。光电探测器A、B、C米用光电倍增管。门控单为光电倍增管门控电路；所述数据采集单元为光子计数卡。光路的后部接收还包括一全反镜，半反半透镜的透射分光经全反镜反射后送入光电探测器C。大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达探测方法，该方法包括以下步骤Nd: YAG激光器的二倍频532nmn光经过扩束镜扩束后，再经过反射镜垂直反射进入大气，激光在大气中发生拉曼、瑞利和米散射，散射光被望远镜接受，聚焦在望远镜的焦点上，再经过准直镜准直后被分色片和半反半透镜以及全反镜分光，分别进入拉曼和瑞利/米三通道，散射光中的氮拉曼光607nm首先被分色镜分出进入拉曼通道，由光电探测器A探测后经光子计数数据采集单元送入主控计算机，测得拉曼散射回波信号强度P(Z);散射光中的瑞利信号532nm经半反半透镜后，反射部分进入瑞利通道，由光电探测器B探测后经数据采集单元送入主控计算机，测得高空瑞利散射回波信号强度Q(Z)；将拉曼散射回波信号P(Z)以及高空瑞利散射回波信号Q(Z)代入下列方程组(I)和(2)，其中X为气溶胶消光系数，y为大气臭氧浓度，k和kl为常数，k取1，kl为激光雷达仪器参数，Z为激光传输的高度，对反演的结果影响很小，通过解方程组就可得到y值，即大气臭氧的浓度廓线；方程组 d(\n——)P(Z)Z1,、少=-^--0.0001-1.85x (I) dzQ{z)z2 =klXQX^(2)其中P(z)为拉曼回波信号强度(可测量)，Q(z)为高空瑞利回波信号强度(可测量)，X为气溶胶消光系数，y为臭氧浓度(要求的量)，k与Ic1为常数；Z为激光传输的高度，根据以下测得高空臭氧浓度廓线；由⑵得到ln2(,)Z = -2 \Z (x + 3y)dz K1X,zo\nQ^hl = _2(x + 3y) k'x ',代入(I)得ln2(z)z+6ln~= 0.0006+9.Ijc kxxP(z)z2「 ].Mk idx；n{Qii)z~ I +: + Op+ ,h^；n；Q；zIz-)4— 0.0006 = R{z) f|v则7- R*3k = -Ms2满足伯努利方程 Cll所以i = e~J: s_ I.0001!O大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达探测方法，该方法还包括以下步骤，半反半透镜的透射光部分(532nm)直接进入米通道，或者经过全反镜全反后进入米通道，由光电探测器C探测，经A/D转换数据采集单元送入主控计算机，测得低空米散射回波信号强度Q(Z)；根据方程组权利要求1.大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达测量装置，其特征是该装置包括 光路、数据采集单元、主控计算机，所述光路前部依次包括激光发射器、扩束器、反射镜、接收望远镜和准直镜，光路的后部接收分别为分色镜和半反半透镜； 所述分色镜的分光送入光电探测器A，半反半透镜的反射分光送入光电探测器B，半反半透镜的透射分光送入光电探测器C，光电探测器A、B经数据采集单元与主控制计算机相连，光电探测器C经A/D转换数据采集单元与主控计算机相连，所述光电探测器A、B均设有门控单元，各门控单元分别与主控计算机相连。2.根据权利要求I所述的测量装置，其特征是所述激光发射器采用Nd:YAG激光器。3.根据权利要求I所述的测量装置，其特征是所述光电探测器A、B、C采用光电倍增管。4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征是所述门控单为光电倍增管门控电路；所述数据采集单元为光子计数卡。5.根据权利要求1、2、3或4所述的测量装置，其特征是所述光路的后部接收还包括一全反镜，半反半透镜的透射分光经全反镜反射后送入光电探测器C。6.大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达探测方法，该方法包括以下步骤 NdiYAG激光器的二倍频532nmn光经过扩束镜扩束后，再经过反射镜垂直反射进入大气，激光在大气中发生拉曼、瑞利和米散射，散射光被望远镜接受，聚焦在望远镜的焦点上，再经过准直镜准直后被分色片和半反半透镜以及全反镜分光，分别进入拉曼和瑞利/米通道； 散射光中的607nm光首先被分色镜分出进入拉曼通道，由光电探测器A探测后经光子计数数据采集单元送入主控计算机，测得拉曼散射回波信号强度P(Z); 散射光中的532nm光经半反半透镜后，反射部分进入瑞利通道，由光电探测器B探测后经光子计数数据采集单元送入主控计算机，测得高空瑞利散射回波信号强度Q(Z)； 将拉曼散射回波信号P(Z)以及高空瑞利散射回波信号Q(Z)代入下列方程组(I)和(2)，其中X为气溶胶消光系数，y为大气臭氧浓度，k和kl为常数，通过解方程组就可得到y值，即大气臭氧的浓度廓线； 方程组7.根据权利要求6所述的大气臭氧廓线拉曼-瑞利/米激光雷达探测方法，该方法还包括以下步骤 上述半反半透镜的透射光部分直接进入米通道，或者经过全反镜全反后进入米通道，由光电探测器C探测，经A/D转换数据采集单元送入主控计算机，测得低空米散射回波信号强度Q(Z)； 根据方程组 其中P(z)为拉曼回波信号强度，Q(z)为低空米散射回波信号强度，X为气溶胶消光系数，I为臭氧浓度，k与为常数，Z为激光传输的高度，测得低空臭氧浓度廓线。全文摘要本专利技术公开了一种，该装置包括光路、数据采集单元、主控计算机，所述光路的前部依次包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹念文，周昭明，施建中，杨丰恺，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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