[发明专利]一种半导体激光雷达能见度仪

说明书

技术领域

本发明涉及交通、气象、环保和军事等领域中使用的能见度仪，具体涉及一种半导体激光雷达能见度仪领域。

背景技术

能见度是气象观测中的常规项目，它反映了大气的浑浊程度，低能见度情况如大雾天气会影响交通安全、军事行动等。目前水平能见度的测量已经比较准确，较为成熟的产品有大气透射仪等。由于大气竖直方向分布并不均匀，大气能见度会随高度增加而减小，因此，斜视方向的能见度与水平测量得到的能见度会有较大差异。当存在地表雾时，水平能见度很低而斜程能见度较高，根据水平能见度判断可能造成机场关闭；当存在低层云时，水平能见度较高而斜程能见度较低，此时根据水平能见度判断则会给飞机降落带来危险。

而现有的机场测量仪器大都只能测量水平方向能见度，无法给出斜视方向能见度的信息。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种半导体激光雷达能见度仪，该系统可快速检测水平及斜程能见度，并且探测角度可任意调整，扩大了检测范围和功能，稳定的反演迭代算法提高了检测速度和检测精度，克服了以往激光雷达能见度仪体积大、成本高、使用复杂、推广普及难等不足。该激光雷达体积小巧、结构紧凑、使用方便，可任意调整测量角度，实现水平及斜程能见度测量的任意转换。

为解决上述问题，本发明的方案为：

一种半导体激光雷达能见度仪，包括有激光发射系统、接收光学系统、信号采集和控制系统，其特征在于：所述激光发射系统包括有半导体激光器、耦合透镜、第一耦合光纤、发射望远镜和具有透射反射功能的平面镜，所述半导体激光器的出射口设置有耦合透镜，所述耦合透镜的焦点处设置有第一耦合光纤，所述第一耦合光纤的出光口设置于激光发射望远镜的焦点处，所述发射望远镜的前端设有一个具有透射反射功能的平面镜，从具有透射反射功能的平面镜反射的部分激光被设置于发射望远镜焦点处的光电二极管接收，所述光电二极管将接收到的信号输入到门控，门控输出触发信号至计算机和采集卡；所述接收光学系统包括有接收望远镜、第二耦合光纤、光电探测器、信号放大器，所述接收望远镜前端设有滤光片，焦点处设置有第二耦合光纤，激光经散射回来经接收望远镜接收后，由第二耦合光纤从接收望远镜的焦点处将激光传送到光电探测器，所述光电探测器的信号输入放大器放大后再接入计算机；所述信号采集控制系统包括有AD采集卡、计算机及门控系统，所述AD采集卡与计算机采用堆叠式连接，由接收望远镜接收到的激光信号经光电探测器检测和放大器放大后，由AD采集卡进行采样、AD转换，再送入计算机进行数据分析等处理，所述计算机通过输出电压控制信号到激光器控制激光器发射激光的脉宽和能量，所述AD采集卡和计算机均由门控系统触发。

半导体激光雷达能见度探测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、设置一个发射望远镜，将半导体激光器的出射激光经过耦合透镜后，由光纤输送到发射望远镜发射光束，发射光束方向可水平或斜向任意调节，连续发射；部分发射光经反射由光电二极管接收，光电二极管接收后输出信号给门控系统作为控制触发信号；

(2)、通过接收望远镜接收大气后向散射信号，将采集到的后向散射信号进行累计叠加取平均，扣除背景噪声即可得到所需的激光后向散射信号；

(3)、根据Fernald消光系数反演理论，采用一种稳定的消光系数迭代方法对步骤(2)中获得的后向散射信号进行迭代处理，得到激光传输路径上各点大气消光系数，将各点消光系数平均后得到的大气平均消光系数代入能见度公式即可得到能见度值：

大气气溶胶消光系数可以由以下公式求得：