镜(5)接收端接收第一扩束镜(2)及第二扩束镜(4)的后向散射信号，其输出端通过光纤(6)与准直器(7)相连；该准直器(7)的输出端与第一色分棱镜(8)相连；其中，第一扩束镜(2)及第二扩束镜(4)的后向散射信号分别为532nm波长产生的瑞利信号及589nm波长产生的钠共振焚光信号；532nm波长产生的瑞利信号经第一色分棱镜(8)透射后，传输光路中依次设有第一窄带滤波片(9)和第二色分棱镜(10) ;589nm波长产生的钠共振焚光信号经第一色分棱镜(8)反射后，传输光路中依次设有第一全反镜(11)、第二窄带滤波片(12)、第二全反镜(13)与第二色分棱镜(10)； 532nm波长产生的瑞利信号通过该第二色分棱镜(10)透射，589nm波长产生的钠共振荧光信号经第二色分棱镜(10)反射，这两种信号均经耦合镜(14)耦合在光电探测器(15)上; 该双触发双寄存数据采集卡(16)的数据采集端与该光电探测器(15)相连，数据输出端与计算机(18)相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 第一分色镜(8)将532nm波长产生的瑞利信号和589nm波长产生的钠共振焚光信号在空间光路上分开，使用第一窄带滤波片(9)和第二窄带滤波片(12)分别滤除532nm波长产生的瑞利信号和589nm波长产生的钠共振荧光信号的背景噪声；通过使用第二分色镜(10)将532nm波长产生的瑞利信号和589nm波长产生的钠共振焚光信号并入同一光路，经f禹合镜(14)镜聚焦到光电探测器(15)上。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述光纤(6)为大口径多模光纤，光纤内径为1.5mm;所述探测器(15)的有效元直径为 5mm。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述双触发双寄存采集卡(16)包含两个寄存器，记为RAM A与RAM B，用于分别实时存储从光电探测器(15)中采集到的532nm波长产生的瑞利信号及589nm波长产生的钠共振荧光信号；具体的实施步骤为:光电探测器(15)输出的电信号经双触发双寄存采集卡(16)输入端口输入双触发双寄存采集卡(16)后，经双触发双寄存采集卡(16)内部的信号前置处理电路P进行放大和处理，暂存在FIFO先入先出寄存器中，双触发双寄存采集卡(16)触发端口 A或B中的触发信号对ASIC特定用途集成电路累加器进行触发，使ASIC将FIFO中的数据有选择性的保存在RAM A或者RAM B中；通过信号发生器(17)对双触发双寄存采集卡(16)周期性的触发，通过时分复用技术，实现532nm波长产生的瑞利信号和589nm波长产生的钠共振焚光信号的累加；当累加结束后，RAM A和RAM B中的数据通过双触发双寄存采集卡(16)的输出口输入到计算机(18)内保存。
5.一种瑞利激光雷达激光器和钠激光雷达激光器的集成方法，其特征在于， 该方法基于权利要求1-4任一项所述的系统实现，其包括: 步骤1:信号发生器(17)产生使能信号A，使532nm波长的瑞利激光雷达的激光器(I)出光，进入第一扩束镜(2)扩束出射；望远镜(5)接收后向散射信号，该信号经光纤(6)传输至准直器(7)，经第一色分棱镜(8)透射后，由第一窄带滤波片(9)滤除背景，再经过第二色分棱镜(10)透射，经耦合镜(14)耦合在光电探测器(15)感光面上进行探测；信号发生器(17)产生的使能信号A还同时输入双触发双寄存数据采集卡(16)的触发端口 A中，控制双触发双寄存数据采集卡(16)采集光电探测器(15)的输出信号并存储在双触发双寄存数据采集卡的RAM A中，采集完成后，关闭使能信号A ; 步骤2:信号发生器(17)产生使能信号B，使589nm波长的钠激光雷达的激光器(3)出光，经第二扩束镜(4)扩束出射；望远镜(5)接收后向散射信号(589nm钠共振焚光信号)，该信号经光纤(6)传输至准直器(7)，依次经第一色分棱镜(8)与第一全反镜(11)反射后进入第二窄带滤波片(12)滤除背景，再依次经第二全反镜(13)与第二色分棱镜(10)反射后，经耦合镜(14)耦合在光电探测器(15)感光面上进行探测；信号发生(17)产生的使能信号B还同时输入双触发双寄存数据采集卡(16)的触发端口 B，控制双触发双寄存数据采集卡采集光电探测器15的输出信号并储存在双触发双寄存数据采集卡的RAM B中，采集完成后，关闭使能信号B; 步骤3:重复步骤I和2，分别在寄存器A和寄存器B中对两种信号数据进行累积，累积结束后，寄存器中的数据传输至计算机(18)中。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于， 所述后向散射信号包括:532nm波长产生的瑞利信号和589nm波长产生的钠共振荧光信号; 第一分色镜(8)将532nm波长产生的瑞利信号和589nm波长产生的钠共振焚光信号在空间光路上分开，使用第一窄带滤波片(9)和第二窄带滤波片(12)分别滤除532nm波长产生的瑞利信号和589nm波长产生的钠共振荧光信号的背景噪声；通过使用第二分色镜(10)将532nm波长产生的瑞利信号和589nm波长产生的钠共振焚光信号并入同一光路，经f禹合镜(14)镜聚焦到光电探测器(15)上。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于， 所述光纤(6)为大口径多模光纤，光纤内径为1.5mm;所述探测器(15)的有效元直径为 5mm。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于， 所述双触发双寄存采集卡(16)包含的两个寄存器:RAM A与RAM B，用于分别实时存储从光电探测器(15)中采集到的532nm瑞利信号及589nm钠共振荧光信号；具体的实施步骤 为: 光电探测器(15)输出的电信号经双触发双寄存采集卡(16)输入端口输入双触发双寄存采集卡(16)后，经双触发双寄存采集卡(16)内部的信号前置处理电路P进行放大和处理，暂存在FIFO先入先出寄存器中，双触发双寄存采集卡(16)触发端口 A或B中的触发信号对ASIC特定用途集成电路累加器进行触发，使ASIC将FIFO中的数据有选择性的保存在RAM A或者RAM B中；通过信号发生器(17)对双触发双寄存采集卡(16)周期性的触发，通过时分复用技术，实现532nm波长产生的瑞利信号和589nm波长产生的钠共振焚光信号的累加；当累加结束后，RAM A和RAM B中的数据通过双触发双寄存采集卡(16)的输出口输入到计算机(18)内保存。
【专利摘要】本发明公开介绍了一种基于时分-波分复用的瑞利-钠激光雷达集成方法和系统。该发明中瑞利激光雷达和钠激光雷达通过时分复用方法交替工作，共用一套望远镜和光电接收机。在光路上采用波分复用技术，电路上采用时分复用技术，从而利用单套光电接收机实现了30km到105km高度大气参数的连续探测。复合系统的光电接收机结构紧凑，元器件数量减少一半。相比于采用瑞利激光雷达和钠激光雷达独立进行高低空大气参数同时探测，该方法在瑞利激光雷达和钠激光雷达的重叠探测区域，不需要考虑不同接收系统中光电转化效率、信号放大增益、数据采集阈值的差异，简化了数据融合过程。
【IPC分类】G01S17-87
【公开号】CN104730538
【申请号】CN201510160707
【发明人】窦贤康, 王冲, 夏海云, 薛向辉, 上官明佳, 裘家伟
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月7日