[发明专利]一种多视场偏振激光雷达探测系统及探测冰云的方法有效

专利信息
申请号: 201810660938.4 申请日: 2018-06-25
公开(公告)号: CN109061668B 公开(公告)日: 2023-02-10
发明(设计)人: 卜令兵;谢佳明;姜辅媛 申请(专利权)人: 南京信息工程大学
主分类号: G01S17/88 分类号: G01S17/88
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 刘莎
地址: 210032 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 视场 偏振 激光雷达 探测 系统 方法
【权利要求书】:

1.一种多视场偏振激光雷达探测系统,其特征在于,包括发射模块、接收模块和主控模块,其中:

所述发射模块包括激光器、扩束镜和第一反射镜,所述激光器发出的激光依次通过所述扩束镜和第一反射镜发射到大气中;

所述接收模块包括望远镜、第二反射镜、电动小孔、凸透镜、滤光片、偏振片、衰减片、偏振分束器、第一至第二光电探测器和信号采集模块;所述望远镜接收大气中云粒子的后向散射光,后向散射光依次经过第二反射镜、电动小孔、凸透镜变换为平行光,平行光依次经过滤光片、偏振片、衰减片后经过偏振分束器,偏振分束器输出的两路光信号分别输入第一光电探测器、第二光电探测器,信号采集模块分别对第一光电探测器、第二光电探测器的输出进行光子计数;

所述主控模块分别与激光器、电动小孔、信号采集模块连接,以控制激光器发射激光、通过调节电动小孔的孔径变换激光雷达的视场角、根据接收信号采集模块的计数结果计算冰水含量以及不同视场角下的退偏比、比对不同视场角下的退偏比变化趋势与不同横纵比下六角椭球形粒子的退偏比随积分角度的变化趋势得到云粒子的横纵比、比对不同视场角下的退偏比变化趋势与不同等效粒径六角椭球形粒子的退偏比随积分角度的变化趋势得到云粒子的等效粒径。

2.根据权利要求1所述的一种多视场偏振激光雷达探测系统,其特征在于,所述信号采集模块采用P7882型号的光子计数卡。

3.根据权利要求1所述的一种多视场偏振激光雷达探测系统,其特征在于,所述激光器发出的激光波长为532nm。

4.根据权利要求1所述的一种多视场偏振激光雷达探测系统,其特征在于,所述第一光电探测器、第二光电探测器均为H10682-110型号的光电倍增管。

5.根据权利要求1所述的一种多视场偏振激光雷达探测系统,其特征在于,所述望远镜采用200mm的卡塞格林望远镜,其焦距为2032mm。

6.利用如权利要求1至5中任一所述的一种多视场偏振激光雷达探测系统探测冰云的方法,其特征在于,包括以下具体步骤:

步骤1,主控模块控制激光器发射激光,激光器发射的激光依次经过扩束镜和第一反射镜垂直发射到大气中;

步骤2,利用望远镜垂直接收大气中云粒子的后向散射光,后向散射光经过第二反射镜反射后依次穿过电动小孔和凸透镜后变为平行光,平行光再依次通过滤光片、偏振片和衰减片后进入偏振分束器,偏振分束器输出的水平偏振光和垂直偏振光分别传到第一光电探测器、第二光电探测器,其中,第一光电探测器将水平偏振光转化为电信号并传输至信号采集模块,第二光电探测器将垂直偏振光转化为电信号并传输至信号采集模块,信号采集模块分别对接收到的两个电信号进行光子计数,得到两个计数结果;

步骤3,通过主控模块调节电动小孔的孔径,并重复步骤2,得到两组对应不同视场角的计数结果,再利用主控模块对两组计数结果进行实时分析,计算不同视场角下的退偏比;

步骤4,对两组计数结果中的任一组进行处理得到消光系数廓形图,再利用激光雷达反演冰水含量的经验公式反演得到冰水含量;

步骤5,使用T-Matrix方法计算不同横纵比下六角椭球形粒子的退偏比随积分角度的变化趋势,与步骤3得到的不同视场角下的退偏比的变化趋势进行对比,相似度最高时对应的横纵比即为云粒子的横纵比;

步骤6,使用T-Matrix方法计算不同等效粒径六角椭球形粒子的退偏比随积分角度的变化趋势,与步骤3得到的不同视场角下的退偏比的变化趋势进行对比,相似度最高时对应的等效粒径即为云粒子的等效粒径。

7.根据权利要求6所述的利用一种多视场偏振激光雷达探测系统探测冰云的方法,其特征在于,步骤1中激光器发射532nm波长的激光。

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