一种无盲区的激光雷达系统及大气参数检测方法与流程

本发明涉及大气探测领域，特别涉及一种无盲区的激光雷达系统及大气参数检测方法。

背景技术：

大气探测是指借助各种仪器与装备对大气物理和化学特性进行的直接或间接的探测。大气探测按照探测方法可分为目测、器测两类。目测指的是凭借目力或借助辅助仪器进行的观测，主要由观测员用肉眼观测，主要应用于气象台站对云、能见度、天气现象及其演变过程的观测。器测又分为直接观测和遥感探测，直接观测指将仪器的感应元件直接置于待测大气之中，根据元件性质的变化，得到描述大气状况的气象参数，例如气压表、温度表、湿度表等；遥感探测指根据电磁波在大气中传播过程中信号的变化，反演出大气中气象要素的变化，例如激光气象雷达等。

激光雷达作为一种主动遥感技术，通过发射激光脉冲与大气粒子相互作用，并接收产生的回波信号来获取大气参数。现有技术中激光雷达由于系统设计原因，往往通常存在几十米到几百米，甚至1千米左右的盲区。对于盲区内的大气分子和气溶胶等参数，激光雷达无法测量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无盲区的激光雷达系统及大气参数检测方法，其能够改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面本发明提供一种无盲区的激光雷达系统，其包括：

激光器、第一偏振分束镜、偏振方向控制器、第二偏振分束镜、第一探测器、第二探测器和处理器；

所述激光器出射光束的光路为出射光路；

所述出射光路上设置有所述偏振方向控制器，经大气相互作用后反射的光束再次进入所述偏振方向控制器；

所述偏振方向控制器处于第一状态时，不改变所述激光器出射的光束的偏振方向；所述偏振方向控制器处于第二状态时，将经大气相互作用后反射的光束的偏振方向旋转90度。平行和垂直偏振光分别指的是偏振方向平行和垂直于光路图纸面的光束。

所述处理器分别与所述第一探测器和所述第二探测器电连接。

可以理解，本发明公开了一种无盲区的激光雷达系统，其中，偏振方向控制器处于第一状态时，激光器出射的光束透射过偏振方向控制器，射向大气与大气反应；经大气相互作用后反射回来的且与出射光束偏振方向垂直的光束经第一偏振分束镜反射至第一探测器。与出射光束偏振方向平行的光束穿过第一偏振分束镜和处于第二状态的偏振方向控制器后，偏振方向旋转90度，被第二偏振分束镜反射至所述第二探测器；处理器将接收到的两种回波信号收集并反演，计算出大气分子和气溶胶等大气参数。整个过程中，发射光束和反射光束同轴，实现了激光雷达系统的无盲区接收。

在本发明可选的实施例中，所述激光雷达系统还包括电源，所述电源分别与所述激光器、所述第一探测器、所述第二探测器和所述偏振方向控制器电连接。

可以理解，电源可以分别为激光器、第一探测器、第二探测器和偏振方向控制器提供电能。

在本发明可选的实施例中，所述偏振方向控制器设置于所述出射光路上的第一偏振分束镜和第二偏振分束镜的中间，所述第一偏振分束镜用于反射垂直偏振状态的光束，所述第二偏振分束镜用于反射经偏振方向控制器旋转90度方向后的平行偏振光束；

可以理解，所述偏振方向控制器可以周期性地控制透射光的偏振方向。

在本发明可选的实施例中，所述激光器开始出射光束的时候，所述偏振方向控制器处于第一状态，待持续时间与所述激光器的脉宽相同后；所述偏振方向控制器处于第二状态。

在本发明可选的实施例中，所述出射光路上所述激光器和所述偏振方向控制器之间设置有准直透镜。

可以理解，准直透镜用于将激光器出射的光束进行准直，使得激光器出射的光束在射出光路上准直出射。

在本发明可选的实施例中，所述出射光路上所述偏振方向控制器之后还设置有投射透镜组件。

在本发明可选的实施例中，所述无盲区的激光雷达系统还包括第一耦合透镜；经所述偏振方向控制器反射至所述第一探测器的光路上设置有第一耦合透镜，所述第一耦合透镜用于将经所述偏振方向控制器反射的光束耦合进所述第一探测器。

在本发明可选的实施例中，所述无盲区的激光雷达系统还包括第二耦合透镜；经所述偏振方向控制器反射至所述第二探测器的光路上设置有第二耦合透镜，所述第二耦合透镜用于将经所述偏振方向控制器反射的光束耦合进所述第二探测器。

可以理解，上述第一耦合透镜和第二耦合透镜均为会聚透镜。

第二方面，本发明还提供了一种大气参数检测方法，包括：

提供一激光器，所述激光器出射光束的光路为出射光路；

提供一偏振方向控制器，所述出射光路上设置有所述偏振方向控制器，经大气相互作用后反射的光束再次进入所述偏振方向控制器；所述偏振方向控制器处于第一状态时，不改变所述激光器出射的光束的偏振方向；所述偏振方向控制器处于第二状态时，将经大气相互作用后反射回来的光束的偏振方向旋转90度。

提供第一偏振分束镜和第二偏振分束镜反射平行偏振光，透射垂直偏振光。

提供第一探测器和第二探测器，分别接收来自第一和第二偏振分束镜反射回来的信号；

提供一处理器，所述处理器分别与所述第一探测器和所述第二探测器电连接。

在本发明可选的实施例中，所述大气参数检测方法还包括：

所述偏振方向控制器包括依次设置于所述出射光路上的第一偏振分束镜和第二偏振分束镜的中间，所述第一偏振分束镜用于反射垂直偏振状态的光束，所述第二偏振分束镜用于反射经偏振方向控制器旋转90度方向后的平行偏振光束；

所述激光器开始出射光束的时候，所述偏振方向控制器处于第一状态，持续时间与激光器的脉宽相同；在这之后，所述偏振方向控制器处于第二状态。

有益效果：

本发明公开了一种无盲区的激光雷达系统，其中，偏振方向控制器处于第一状态时，激光器出射的光束透射过偏振方向控制器，在不改变偏振方向的情况下，射向大气与大气反应；偏振方向控制器处于第二状态时，经大气相互作用后反射的光束被分别反射至所述第一探测器和所述第二探测器；处理器将接收到的两种回波信号收集并反演，计算出大气分子和气溶胶等大气参数。整个过程中，发射光束和反射光束同轴，实现了激光雷达系统的无盲区接收。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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。

图1是本发明提供的一种无盲区的激光雷达系统的结构示意图；

图2时本发明提供的一种大气参数检测方法的流程图。

附图标号：

激光器10、偏振方向控制器20、第一偏振分束镜21、第二偏振分束镜22、第一探测器31、第二探测器32、处理器40、准直透镜50、投射透镜组件60、第一耦合透镜71、第二耦合透镜72、电源80。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种无盲区的激光雷达系统，其包括：激光器10、第一偏振分束镜21、偏振方向控制器20、第二偏振分束镜22、第一探测器31、第二探测器32和处理器40。

激光器10出射光束的光路为出射光路；出射光路上设置有偏振方向控制器20，偏振方向控制器20处于第一状态，不改变激光器10出射的光束的偏振方向；经大气相互作用后反射的垂直偏振光束被第一偏振分束镜21反射至第一探测器31；反射回来的平行偏振光束被处于第二状态的偏振方向控制器20变成垂直偏振光束后，被第二偏振分束镜22反射至第二探测器32；处理器40分别与第一探测器31和第二探测器32电连接。

可以理解，本发明公开了一种无盲区的激光雷达系统，其中，偏振方向控制器20处于第一状态时，激光器10出射的光束在不改变偏振方向的情况下透射过偏振方向控制器20，射向大气与大气作用；经大气相互作用后反射的垂直偏振光束被第一偏振分束镜21反射至第一探测器31；反射回来的平行偏振光束被处于第二状态的偏振方向控制器20变成垂直偏振光束后，被第二偏振分束镜22反射至第二探测器32；处理器40将接收到的两种回波信号收集并反演，计算出大气分子和气溶胶等大气参数。整个过程中，发射光束和反射光束同轴，实现了激光雷达系统的无盲区接收。

在本发明可选的实施例中，激光雷达系统还包括电源80，电源80分别与激光器10、第一探测器31、第二探测器32和偏振方向控制器20电连接。

可以理解，电源80可以分别为激光器10、第一探测器31、第二探测器32和偏振方向控制器20提供电能。

在本发明可选的实施例中，偏振方向控制器设置于所述出射光路上的第一偏振分束镜和第二偏振分束镜的中间，所述第一偏振分束镜用于反射垂直偏振状态的光束，所述第二偏振分束镜用于反射经偏振方向控制器旋转90度方向后的平行偏振光束；

可以理解，所述偏振方向控制器可以周期性地控制透射光的偏振方向。

在本发明可选的实施例中，所述激光器开始出射光束的时候，所述偏振方向控制器处于第一状态，持续时间与所述激光器的脉宽相同；在这之后，所述偏振方向控制器处于第二状态。在本发明可选的实施例中，出射光路上激光器10和偏振方向控制器20之间设置有准直透镜50。

可以理解，准直透镜50用于将激光器10出射的光束进行准直，使得激光器10出射的光束在射出光路上准直出射。

在本发明可选的实施例中，出射光路上偏振方向控制器20之后还设置有投射透镜组件60。

在本发明可选的实施例中，经偏振方向控制器20反射至第一探测器31的光路上设置有第一耦合透镜71，第一耦合透镜71用于将经偏振方向控制器20反射的光束耦合进第一探测器31。

在本发明可选的实施例中，经偏振方向控制器20反射至第二探测器32的光路上设置有第二耦合透镜72，第二耦合透镜72用于将经偏振方向控制器20反射的光束耦合进第二探测器32。

可以理解，上述第一耦合透镜71和第二耦合透镜72均为会聚透镜。

本发明的又一个实施例还提供了一种大气参数检测方法，所述大气参数检测方法适用于本发明前述实施例中所涉及到的无盲区的激光雷达系统，所述大气参数检测方法包括如下步骤：

s1，提供一激光器，所述激光器出射光束的光路为出射光路。

s2，提供一偏振方向控制器，所述出射光路上设置有所述偏振方向控制器，经大气相互作用后反射的光束再次进入所述偏振方向控制器；所述偏振方向控制器处于第一状态时，不改变所述激光器出射的光束的偏振方向；所述偏振方向控制器处于第二状态时，将经大气相互作用后反射回来的光束的偏振方向旋转90度。

s3，提供第一偏振分束镜和第二偏振分束镜反射平行偏振光，透射垂直偏振光。

s4，提供第一探测器和第二探测器，经大气相互作用后反射回来的且与出射光束偏振方向垂直的光束经第一偏振分束镜反射至第一探测器。与出射光束偏振方向平行的光束穿过第一偏振分束镜和处于第二状态的偏振方向控制器后，光束的偏振方向旋转90度，被第二偏振分束镜反射至所述第二探测器；

s5，提供一处理器，所述处理器分别与所述第一探测器和所述第二探测器电连接。

需要进行说明的是，本实施例中未涉及到的关于无盲区的激光雷达系统的其他组成部分，可以参照本发明之前实施例中所述，为了行文简洁此处就不再进行赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。