[发明专利]一种激光雷达接收模块、激光雷达及大气气溶胶探测方法

权利要求书

1.一种激光雷达接收模块，其特征在于，所述接收模块包括：

双包层光纤，其包括纤芯、第一包层、第二包层和外护套；所述纤芯和第一包层用于传输光信号；所述纤芯用于接收和传输单模激光雷达回波信号；所述第一包层用于接收和传输传输多模激光雷达回波信号；所述第二包层为反射层；外护套用于保护内层的纤芯、第一包层和第二包层；

双包层光纤耦合器，其用于分离所述双包层光纤接收并传输的回波信号中的单模部分和多模部分；所述双包层光纤耦合器具有单进双出结构；其输入端与所述双包层光纤连接；两个输出端处分别与第一光纤和第二光纤的其中一端连接；所述第一光纤用于传输双包层光纤耦合器分离出的单模信号；所述第二光纤用于传输双包层光纤耦合器分离出的多模信号；

光学开关，其为二进一出结构的开关；所述光学开关的两个输入端分别与所述第一光纤和所述第二光纤的另一端连接；所述光纤开关的输出端与第三光纤的其中一端连接；所述光学开关用于切换单模信号或多模信号沿出口的信号输出规律；并调整单一信号采样周期内单模信号和多模信号的时间占比；以及

探测器模块，其输入端与第三光纤的另一端连接，所述探测器模块用于接收并整合经光学开关传输的采样信号，并完成采样信号的光电转换过程；

所述接收模块接收到的回波信号中，靠近光源的前10％的半径范围以内的回波信号由所述双包层光纤中的纤芯获取，其余90％半径范围的回波信号由所述双包层光纤中的第一包层获取。

2.如权利要求1所述的激光雷达接收模块，其特征在于：所述双包层光纤中，纤芯的直径为8-10μm；所述第一包层的直径为50-62.5μm，所述第二包层的直径为125μm。

3.如权利要求2所述的激光雷达接收模块，其特征在于：所述双包层光纤耦合器的输入端和输出端，光学开关的输入端和输出端，探测器模块的输入端均设置用于连接光纤的光纤法兰端口；所述第一光纤、第二光纤或第三光纤通过法兰或法兰座与相应组件连接。

4.如权利要求3所述的激光雷达接收模块，其特征在于：所述探测器模块选择具有freerunning探测模式的探测器。

5.如权利要求4所述的激光雷达接收模块，其特征在于：所述第一光纤中分离出的单模回波信号作为高信噪比、低探测功率阈值的近场信号使用；所述第二光纤中分离出的多模回波信号作为高耦合效率情况下的远场信号使用。

6.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：

激光雷达光源，其用于发射脉冲信号；

信号接收模块，其用于接收所述激光雷达光源发出的脉冲信号的回波信号；并将所述回波信号整合成的采样信号发送给分析机；所述信号接收模块如权利要求1-4任意一项所述，所述信号接收模块包括双包层光纤、双包层光纤耦合器、光学开关和探测器模块；

分析机，其用于对信号接收模块获取的采样信号转换后的电信号进行模数转换并综合分析，得到所需的探测结果。

7.如权利要求6所述的一种激光雷达，其特征在于：所述激光雷达光源选择脉冲激光器。

8.如权利要求7所述的一种激光雷达，其特征在于：所述探测器选择具有freerunning探测模式的激光探测器。

9.一种大气气溶胶探测方法，其特征在于：所述方法应用如权利要求8所述的激光雷达进行探测；所述探测方法包括如下步骤：

(1)对光学开关进行初始化设置，设置单一信号采样周期，所述单一信号采样周期内的前10％时间段内获取单模回波信号，后90％时间段内获取多模回波信号；

(2)对探测器进行初始化设置，选择探测模式为freerunning；

(3)对脉冲激光器进行初始化设置，设置重复频率为10kHz，脉冲宽度800ns，输出单脉冲能量300μJ；

(4)对光学开关与探测器进行时间同步，采样频率控制为10kHz；

(5)对设备进行预热，预热完成后使设备进入工作状态；

(6)接收模块收集经大气气溶胶散射的光信号，光信号经探测器光电转换，分析机将电信号转换为数字信号，得出激光雷达气溶胶探测的回波原始数据。