[发明专利]一种高光谱分辨率激光雷达的扫频定标装置和方法

权利要求书

1.一种高光谱分辨率激光雷达的扫频定标装置，其特征在于，包括激光发射系统、接收系统和信号采集处理系统；

所述激光发射系统用于发射激光光束到大气中，产生激光雷达回波信号；

所述的接收系统包括望远镜、小孔光阑、准直目镜、第二反射镜、立方分光棱镜、干涉光谱鉴频器、后向散射通道以及高光谱通道，所述望远镜接收激光雷达回波信号依次经过小孔光阑、准直目镜、第二反射镜以及立方分光棱镜后分为两路，其中一路信号被反射进入后向散射通道，另一路信号透射通过干涉光谱鉴频器后进入高光谱通道；所述的后向散射通道和高光谱通道均由干涉滤光片、透镜和光电探测器组成；

所述信号采集处理系统包括数据采集卡和上位机，所述数据采集卡采集各个通道的信号送至上位机处理；

利用高光谱分辨率激光雷达的扫频定标装置进行参数标定的方法，包括以下步骤：

(1)将激光发射系统、接收系统以及采集系统根据需要安装在目标位置；

(2)调整激光发射系统发射的激光光束与望远镜之间的夹角，使望远镜接收光轴与发射的激光光束保持平行；

(3)设置干涉光谱鉴频器的频率扫描控制器，使干涉光谱鉴频器频谱透过率曲线调谐，频率扫描范围大于一个干涉光谱鉴频器的自由光谱范围，保证一个扫描周期内高光谱通道能获得气溶胶散射信号透过率最大和最小的信号；

(4)获取一个扫描周期内高光谱通道中光电探测器接收到的气溶胶散射信号最多时激光雷达信号强度B_A以及气溶胶散射信号最少时激光雷达信号强度B_M，同时获取后向散射通道中光电探测器接收到的激光雷达信号强度B_T；三个激光雷达信号强度分别表示如下：

B_A＝η_H·(Aβ_a+Bβ_m)·exp(-2τ)，

B_M＝η_H·(Cβ_a+Dβ_m)·exp(-2τ)，

B_T＝η_T·(β_a+β_m)·exp(-2τ).

其中，β_a和β_m分别是气溶胶和大气分子的后向散射系数，τ是大气光学厚度，η_H是除干涉光谱鉴频器外的高光谱通道的接收效率，A和B是高光谱通道在气溶胶散射信号最多时接收到的气溶胶散射信号和大气分子散射信号的透过率，C和D是高光谱通道在气溶胶散射信号最少时接收到的气溶胶散射信号和大气分子散射信号的透过率；η_T是后向散射通道的接收效率；

(5)根据上述获取的三个激光雷达信号强度，计算高光谱通道中气溶胶散射信号透过率与大气分子散射信号透过率，以及高光谱通道与后向散射通道的接收效率之比；高光谱通道与后向散射通道的接收效率之比的通过以下公式计算得到：

G＝(B_A+B_M)/B_T＝η_H/η_T

其中，G表示高光谱通道与后向散射通道的接收效率之比；

高光谱通道中的大气分子散射信号透过率B和D根据大气标准模型与干涉仪频谱透过率曲线直接计算得出，高光谱通道中的气溶胶散射信号透过率A和C通过以下关系式计算得到：

A+C＝1

由于A和C的比值在大气气溶胶负载足够高，即β_a＞＞β_m时，表示为：

C/A≈B_M/B_A

联立上式求得高光谱通道中的气溶胶散射信号透过率A和C。

2.根据权利要求1所述的高光谱分辨率激光雷达的扫频定标装置，其特征在于，所述的干涉光谱鉴频器包括用于分离气溶胶散射信号与大气分子散射信号的干涉仪光路部分，以及可以连续往复调节干涉光谱鉴频器的频谱透过率曲线，从而改变气溶胶散射信号与大气分子散射信号透过比例的频率扫描控制器。