本发明涉及大气污染监测技术领域，具体为一种重雾霾天气防止信号饱和失真的激光雷达。
背景技术：
激光雷达在探测大气环境污染方面的作用越来越大。我国目前面临比较大颗粒物和臭氧污染。特别是北方地区，重雾霾天气时有发生。激光雷达作为主动遥感工具可以提供气溶胶的消光系数和后向散射系数立体空间的分布和变化，目前初见得到环保、气象和研究部门的重视。但是在我国应用上经常会出现信号饱和失真的问题，导致反演结果失真，得不到重雾霾天气时大气立体监测数据。为了解决激光雷达重雾霾天气信号饱和失真的问题，提出了针对该问题的一种重雾霾天气防止信号饱和失真的激光雷达。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种重雾霾天气防止信号饱和失真的激光雷达，以解决上述背景技术中提出的问题。所述重雾霾天气防止信号饱和失真的激光雷达具有解决重雾霾天气信号饱和失真的问题，同时通过相应的矫正算法，消除误差影响，得到重雾霾天气条件下精确的污染物浓度的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种重雾霾天气防止信号饱和失真的激光雷达，其特征在于，包括：
激光发射单元，所述激光发射单元发射激光信号至大气目标，经大气目标反射产生回波信号；
激光接收单元，其接收所述回波信号，并将回波信号送入激光雷达信号自动识别系统、颗粒物通道探测单元中；
所述激光雷达信号自动识别系统会自动识别饱和信号并处理上传到与之spi总线连接的工控机；
所述颗粒物通道探测单元将接收的回波信号采集、存储，并上传到与之通信连接的工控机；
所述工控机双向通信连接有数据服务器；且所述工控机根据激光雷达信号自动识别系统处理的饱和信号控制与之通信连接的信号自动矫正系统；
所述自动矫正系统响应工控机输入的信号，并控制与之串口连接的激光控产生制器控制激光功率和采集卡量程自动匹配的信号；
所述激光发射单元接收并响应与之串口通信的激光控制器发送的控制信号。
优选的，所述激光发射单元采用na:yag激光器，该na:yag激光器发射的激光能量大于1mj。
优选的，所述激光雷达信号自动识别系统包括数据采集单元、目标特征提取单元以及数据处理单元，其中：所述数据采集单元检测回波信号全程采样数据，所述数据处理单元接收与之串口通信的数据采集单元采样数据并处理，并调取与之通信连接的数据服务器，所述目标特征提取单元分别通信连接数据服务器数据采集单元以及数据处理单元。
优选的，所述颗粒物通道探测单元包括集光镜、传感器以及数据采集模块，其中反馈激光信号经过集光镜至传感器，所述传感器连接数据采集模块，将信号转换成电信号并送至与之通信的工控机。
优选的，所述自动矫正系统包括混频器、相位检波器、相干振荡器、a/d转换器以及数字相消器，其中：所述混频器串行连接于工控机，所述相位检波器有两组，分别连接混频器，其中一组相位检波器连接相干振荡器，所述相干振荡器通过连接90°移相器连接另一组相位检波器，所述a/d转换器相位检波器连接，所述数字相消器连接于a/d转换器，所述a/d数字相消器串行连接于激光控制器。
优选的，所述数据服务器采用raid磁盘阵列，且raid磁盘阵列通过硬盘控制器挂载到工控机上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：激光雷达在一般天气条件下执行正常探测方式，工控机控制按照正常反演算法进行数据反演。当重雾霾天气发生时，激光雷达信号自动识别系统会自动识别饱和信号，通过内置系统设置的参数执行信号自动矫正系统，通过控制激光功率和采集卡量程自动匹配，并调用内置系统重雾霾天气条件下激光雷达反演算法，消除改变激光功率和采集卡量程带来的模式误差，同时对重雾霾天气条件下激光雷达多次散射进行二次矫正，消除误差。激光雷达解决重雾霾天气信号饱和失真的问题，同时通过响应的矫正算法，消除误差影响，得到重雾霾天气条件下精确的污染物浓度。
附图说明
图1为本发明结构原理框图；
图2为本发明激光雷达信号自动识别系统原理框图；
图3为本发明颗粒物通道探测原理框图；
图4为本发明自动矫正系统原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～4，本发明提供一种技术方案：
一种重雾霾天气防止信号饱和失真的激光雷达，包括：
激光发射单元，所述激光发射单元发射激光信号至大气目标，经大气目标反射产生回波信号；激光接收单元，其接收所述回波信号，并将回波信号送入激光雷达信号自动识别系统、颗粒物通道探测单元中；所述激光雷达信号自动识别系统会自动识别饱和信号并处理上传到与之spi总线连接的工控机；所述颗粒物通道探测单元将接收的回波信号采集、存储，并上传到与之通信连接的工控机；所述工控机双向通信连接有数据服务器；且所述工控机根据激光雷达信号自动识别系统处理的饱和信号控制与之通信连接的信号自动矫正系统；所述自动矫正系统响应工控机输入的信号，并控制与之串口连接的激光控产生制器控制激光功率和采集卡量程自动匹配的信号；所述激光发射单元接收并响应与之串口通信的激光控制器发送的控制信号。所述激光发射单元采用na:yag激光器，该na:yag激光器发射的激光能量大于1mj。所述激光雷达信号自动识别系统包括数据采集单元、目标特征提取单元以及数据处理单元，其中：所述数据采集单元检测回波信号全程采样数据，所述数据处理单元接收与之串口通信的数据采集单元采样数据并处理，并调取与之通信连接的数据服务器，所述目标特征提取单元分别通信连接数据服务器数据采集单元以及数据处理单元。所述颗粒物通道探测单元包括集光镜、传感器以及数据采集模块，其中反馈激光信号经过集光镜至传感器，所述传感器连接数据采集模块，将信号转换成电信号并送至与之通信的工控机。所述自动矫正系统包括混频器、相位检波器、相干振荡器、a/d转换器以及数字相消器，其中：所述混频器串行连接于工控机，所述相位检波器有两组，分别连接混频器，其中一组相位检波器连接相干振荡器，所述相干振荡器通过连接90°移相器连接另一组相位检波器，所述a/d转换器相位检波器连接，所述数字相消器连接于a/d转换器，所述a/d数字相消器串行连接于激光控制器。所述数据服务器采用raid磁盘阵列，且raid磁盘阵列通过硬盘控制器挂载到工控机上。
激光控制器以qt118芯片为核心开发的fpga控制板控制激光发射单元工作发出激光脉冲信号，激光发射单元采用无水风冷激光源输出355nm/532nm/1064nm波长的激光源作为探测的信号，经过准直扩束镜后由反射镜发射至大气目标中，经过散射得到回波信号，激光雷达在一般天气条件下执行正常探测方式，雷达按照正常反演算法进行数据反演。回波信号经过激光接收单元接收，激光接收单元可采用100mm-200mm的卡塞格林望远镜或组合透镜接收，然后送到分光系统，分光系统由二向色镜和窄带光片构成，由此得到温度信号，温度信号、湿度信号经过光电转换模块，如e/o转换模块和其内置的放大电路采集和放大存储；激光发射单元：na:yag激光器发射激光信号，激光能量大于1mj；；照射在大气中的颗粒物上产生散射信号，散射信号经过激光接收单元接收，并送到颗粒物通道探测单元的传感器上，传感器采用438b型pd光学传感器将感受到的信号通过数据采集模块如adam-4000模块转换成电信号，可以计测脉冲的发生量，经过放大和分析电路即可得到大气信号廓线；所述工控机采用嵌入式ipc610l工控机，可以对数据采集模块、光电转换模块信号进行读取和处理，嵌入式ipc610l工控机，显卡：nvidiag210/cpu：i3/内存：8g/硬盘：1t/6串口；体积小、运算速度快，内置反演显示软件具有虚拟示波功器功能，读取/保存数据以及波形显示/频谱分析功能。当重雾霾天气发生时，激光雷达信号自动识别系统会自动识别饱和信号：数据采集单元采集激光发射单发射激光信号散射后的回波信号，获得回波全程采样数据，然后送入数据处理单元tms320c31数字信号处理器，完成大气目标回波信号的检测结果，然后送到数据服务器中，通过其内的目标特征软件控制目标特征提取单元分析读取检测结果，然后由tms320c31数字信号处理器识别饱和信号，由与之通信的工控机设置的参数执行信号自动矫正系统：信号自动矫正系统的采用混频器接收经过大气目标反射回来的回波信号，送入相位检波器成为零中频信号，零中频信号经过a/d转换器变换成数字信号送往数字相消器，从而有效抑制杂波，去除回波信号的背景噪声，提取有效大气目标回波信号；通过工控机控制激光控制单元控制激光功率和工控机总线连接的采集卡量程自动匹配，其中采集卡连接激光雷达信号自动识别系统、颗粒物通道探测单元上传的信号，并调用重雾霾天气条件下激光雷达反演算法，消除改变激光功率和采集卡量程带来的模式误差，同时对重雾霾天气条件下激光雷达多次散射进行二次矫正，消除误差。该激光雷达解决重雾霾天气信号饱和失真的问题，同时通过响应的矫正算法，消除误差影响，得到重雾霾天气条件下精确的污染物浓度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。