一种大气气溶胶光学特性测定方法及一种激光雷达系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大气气溶胶光学特性测定方法及高光谱分辨率激光雷达系统，具 体涉及一种通过锁定激光频率，保证干涉仪光谱与激光光谱重合的基于法布里-珀罗干涉 仪的高光谱分辨率激光雷达系统。
【背景技术】
[0002] 大气气溶胶是指悬浮在大气中直径在0. 001-100 μ m之间的固体和液体微粒，它 通过吸收和散射直接影响地球的辐射平衡，同时会改变云的形成和特性，从而间接影响辐 射传输。气溶胶光学性质的测量对于大气研宄、通量传输研宄具有相当的重要性。此外，大 气污染形成的气溶胶，往往含有许多有害物质甚至致癌物质，是一种对人体危害较大的微 粒状大气污染物，因此大气气溶胶又是大气污染监测的主要内容之一。可见，气溶胶物理和 光学特性将会直接或间接作用于气候的辐射平衡，并对大气环境质量和人体健康有非常重 要的影响。因此对气溶胶的深入研宄有着十分重要的意义。
[0003] 一般激光雷达的大气后向散射信号既包括分子散射，也包括气溶胶的后向散射信 号，根据激光雷达方程反演气溶胶的光学特性，必须要做假设，如需要假设水平均匀性或气 溶胶消光系数对后向散射之比随着距离为常数这一条件，导致反演结果的不确定性。激光 雷达方程为：
【主权项】
1. 一种大气气溶胶光学特性的测定方法，其特征在于，通过将激光发射频率锁定在法 布里-珀罗干涉滤波器透射谱线峰值的中心位置，将激光发射进入大气，利用法布里-珀 罗干涉滤波器接收后向散射信号，然后根据激光雷达方程反演出大气后向散射比和气溶胶 后向散射系数。
2. 根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述激光发射频率的锁定通过以下 方法实现：所述激光发射进入大气后的后向散射信号分为两路，一路进入参考通道，一路进 入法布里-珀罗干涉滤波器，得到两路AD探测信号；由参考通道的AD探测信号和经过法布 里-珀罗干涉滤波器后的AD探测信号的比值变化，来反馈控制出射激光频率；锁定两路AD 探测信号的比值，使发射激光频率跟随法布里-珀罗干涉滤波器透射谱线峰值的中心频率 慢漂移从而锁定激光发射频率。
3. -种采用权利要求1所述测定方法的高光谱分辨率激光雷达系统，其特征在于，所 述雷达系统包括激光发射系统、激光接收系统、光电探测系统、数据采集分析系统；所述激 光接收系统包括望远镜、法布里-珀罗干涉滤波器和光学接收系统；所述激光发射系统发 射激光，一路进入大气，后向散射信号通过望远镜接收，另一路与所述望远镜接收的后向散 射信号合并，共同作为接收到的散射信号引入所述光学接收系统；所述散射信号经过所述 光学接收系统后，一路进入参考通道，一路进入法布里-珀罗干涉滤波器，分别得到两路回 波信号；所述两路回波信号分别通过对应的光电探测系统采集AD探测信号和大气散射信 号；所述光电探测系统采集的数据输入所述数据采集分析系统，锁定两路AD探测信号的比 值，并反演出大气后向散射比和气溶胶后向散射系数。
4. 根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光学接收系统包括透镜、滤 光片、分光镜；所述散射信号依次通过透镜、滤光片后，经所述分光镜分成两部分，一部分进 入所述参考通道，另一部分进入所述法布里-珀罗干涉滤波器。
5. 根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光电探测系统包括光电探 测器、AD采集卡、光子计数卡；所述光电探测器接收对应的回波信号，将其转化成电信号 后，分别通过AD采集卡和光子计数卡采集光电倍增信号。
6. 根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述激光发射系统包括种子激 光器、振荡器和扩束器；所述种子激光器将激光注入所述振荡器中，再经扩束镜扩束后输 出。
7. 根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述数据采集分析系统包括控 制系统和计算机；所述计算机分别与所述光电探测系统、控制系统相连；所述控制系统与 所述激光发射系统相连。
【专利摘要】本发明公开了一种大气气溶胶光学特性测定方法及一种高光谱分辨率激光雷达系统。本发明在通过锁定激光发射频率，实现高光谱分辨率激光雷达系统功能；通过法布里-珀罗干涉窄带光谱滤波器将气溶胶散射成分和分子散射成分分开，恰好解决了传统后向散射激光雷达所遇到的使用一个雷达方程反演气溶胶散射系数和消光系数两个未知量的困难，且它不受发射激光波长的限制，测量的大气后向散射比精度高，相对误差小。
【IPC分类】G01N21-49, G01S17-88
【公开号】CN104777487
【申请号】CN201510205525
【发明人】卜令兵, 潘红林, 黄兴友, 郜海洋
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月28日