[发明专利]一种大气颗粒物走航观测激光雷达装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达装置，具体的说是一种大气颗粒物走航观测激光雷达装置。

背景技术

近年来，雾霾越来越严重，严重影响生活与出行，普通的地基在线监测设备只能获得几百米以下的数据，无法实现1km以上的探空，大气颗粒物激光雷达弥补了这一缺陷，可以探测距离地面100m-30km的大气颗粒物分布状况，定性分析其时空演变特征。

目前大气颗粒物监测激光雷达主要分为两类，高能激光雷达和微脉冲激光雷达，高能激光雷达单脉冲能量10mJ以上，重复频率50Hz以下，能量大可以有效击穿边界层，符合重污染天气下监测要求；微脉冲激光雷达单脉冲能量100uJ以下，重复频率1kHz以上，体积小、成本低，但是由于其能量低，在重污染天气下无法获得好的监测数据。无论是高能激光雷达还是微脉冲激光雷达，由于平均功率低，都需要较长的时间获得一条有效廓线数据，时间分辨率30s以上，无法满足监测车边快速行驶边观测的要求，只能定点或者时速30km/h以下的时候使用，在高速公路上使用就有局限性。扫描雷达大多使用的是扫描架的方式，这种扫描方式无法避免线缆拖拽的问题，所以扫描范围小，不能达到水平0-360度、垂直0-360度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种大气颗粒物走航观测激光雷达装置。本发明能够定点垂直观测、扫描观测和斜程观测，能够走航垂直观测和斜程观测，能够获得大气颗粒物的立体分布廓线，结合地理信息模块区域扫描时能够快速溯源，找到污染源位置，走航观测能够跟踪污染团变化，监测扩散趋势，结合风场信息能够计算输送通量，为环保、气象等部门进行业务支撑。

本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：

一种大气颗粒物走航观测激光雷达装置，包括：光学发射装置1、光学接收装置2、扫描装置3、信号采集与处理装置4和拍照模块5；

所述光学接收装置2设置在光学发射装置1的正前方，所述扫描装置3设置在光学接收装置2的前方，所述信号采集与处理装置4连接在光学接收装置2上；

所述拍照模块5连接在信号采集与处理装置4上。

优先的，所述光学发射装置1包括：激光器11和准直扩束镜组12；

所述激光器11上固定有准直扩束镜组12。

优先的，所述光学接收装置2包括：望远镜21和后继光学模块22；

所述后继光学模块22内置于望远镜21中，所述望远镜21内置有管状部件211。

优先的，所述扫描装置3包括：光线入射通道31、一对扫描振镜32、光线传输通道33、定位模块34和光线出射通道35；

所述光线入射通道31设置在光学接收装置2正上方，所述光线传输通道33倾斜的设置在光线入射通道31上方，所述一对扫描振镜32平行的固定在光线传输通道33内，所述光线出射通道35设置在光线传输通道33上方，所述定位模块34设置在扫描装置3内。

优先的，所述信号采集与处理装置4包括：光电探测器41、信号放大模块42、数据采集模块43、数据处理模块44、中央处理器45和地理信息模块441；

所述光电探测器41、信号放大模块42、数据采集模块43和数据处理模块44连接在中央处理器45上；所述数据处理模块44上还连接有地理信息模块441。

优先的，还包括环境识别传感器6，所述环境识别传感器6连接在信号采集与处理装置4上。

本发明的有益效果：能够定点垂直观测、扫描观测和斜程观测，能够走航垂直观测和斜程观测，能够获得大气颗粒物的立体分布廓线，结合地理信息模块区域扫描时能够快速溯源，找到污染源位置，走航观测能够跟踪污染团变化，监测扩散趋势，结合风场信息能够计算输送通量，为环保、气象等部门进行业务支撑。

附图说明

图1为本发明的大气颗粒物走航观测激光雷达装置结构示意图；

图2为本发明的大气颗粒物走航观测激光雷达装置的光学发射装置示意图，图中仅保留了激光器和扩束镜结构；

图3为本发明的大气颗粒物走航观测激光雷达装置的信号传输结构框图；

图4为本发明的大气颗粒物走航观测激光雷达装置的信号采集与处理装置的结构框图；

图5为本发明的大气颗粒物走航观测激光雷达装置的实施例的夜晚和白天大气后向散射回波信号的信噪比廓线；

图中：

1- 光学发射装置，11- 激光器，12- 准直扩束镜组；

2- 光学接收装置，21- 望远镜，211- 管状部件，22- 后继光学模块；