[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

说明书

本发明公开了一种高光谱分辨率激光雷达的扫频定标装置和方法，其中，装置包括激光发射系统、接收系统和采集处理系统；所述的接收系统包括望远镜，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；所述的干涉光谱鉴频器接有频率扫描控制器；所述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。利用本发明，可以简便、准确地对基于干涉光谱鉴频器的高光谱分辨率激光雷达进行定标。

技术领域

本发明属于大气气溶胶遥感激光雷达技术领域，尤其是涉及一种高光谱分辨率激光雷达的扫频定标装置和方法。

背景技术

大气气溶胶是指悬浮在大气中直径为0.001～100微米的尘埃、烟雾等固体或液体颗粒。大气中的气溶胶一方面强烈地影响着大气的辐射能量平衡从而影响全球气候，另一方面其作为污染物也直接影响到大气及整个生态环境。对大气气溶胶光学特性精确而高效的探测，是推断气溶胶微物理特性，从而精确厘清气候变化、环境污染的演变规律并提出科学治理方案的前提。

高光谱分辨率激光雷达是一种无需假设消光系数和后向散射系数之比(也称激光雷达比)就可以精确反演气溶胶及云光学特性参数的新型激光雷达系统。高光谱分辨率激光雷达相比普通的后向散射激光雷达引入了关键的特征器件——光谱鉴频器，其系统复杂程度增加。对于高光谱分辨率激光雷达的系统参数，尤其是光谱鉴频器相关参数的准确定标极为关键，关系到最终光学特性产品反演精度，从而决定了是否能发挥出高光谱分辨率激光雷达的根本优势。

高光谱分辨率激光雷达需要定标的基本系统参数包括发射光路与接收光路的重叠因子、各探测器接收的背景噪声、各个探测通道的接收效率(指光进入望远镜之后引起的各通道探测器的响应)或接收效率之比、高光谱分辨通道的气溶胶散射信号透过率与大气分子散射信号透过率等。普通的后向散射激光雷达中需要定标的重叠因子、背景噪声等，经过多年的研究，已经积累了丰富的定标方法。而高光谱分辨率激光雷达中的光谱鉴频器相关的系统常数包括高光谱分辨通道与后向散射通道的接收效率之比(以下简称增益比)、高光谱分辨通道的气溶胶散射信号透过率与大气分子散射信号透过率。常见的532nm波段基于碘分子吸收池光谱鉴频器的高光谱分辨率激光雷达通过移开光谱鉴频器、碘吸收谱线计算或测定的方式可以在观测前分别对上述参数进行标定，但这种方式对于光谱透过率对入射角度极为敏感、精密不宜挪动的干涉光谱鉴频器来说无法沿用与碘分子吸收池光谱鉴频器相同的标定方式，对于干涉光谱鉴频器的参数定标一直是个难题，从而限制了基于干涉光谱鉴频器的高光谱分辨率激光雷达的精确反演和推广应用。

因此，发展一种基于干涉光谱鉴频器的高光谱分辨率激光雷达定标技术可以促进除532nm波段以外其他波段的高光谱分辨率激光雷达的发展，是进一步推动多波段气溶胶光学特性精确反演的技术基础。

发明内容

本发明提供了一种高光谱分辨率激光雷达的扫频定标装置简便、准确的实时定标装置，可以解决高光谱分辨率激光雷达系统中干涉光谱鉴频器定标的难题。

一种高光谱分辨率激光雷达的扫频定标装置，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光电倍增管通道的信号送至上位机处理。