[发明专利]一种三波长多通道的激光雷达系统

说明书

本发明公开了一种三波长多通道的激光雷达系统，包括三波长激光发射系统、望远镜接收系统、多通道分光系统、光电转化及高速信号采集系统，三波长激光发射系统可单独或同时输出355nm、532nm和1064nm波长的激光光束，多通道分光系统为多通道米‑拉曼‑荧光光束分光系统，实现独立多通道大气回波信号的高精细分光及高效率提取；经多通道分光系统分光处理后，独立的大气回波信号分别进入探测器中进行光电转换，经带屏蔽的信号接入高速采集系统采集，探测器及高速采集系统能够实现拉曼信号，荧光信号的光电转换采集，通过计算器处理系统的算法形成反演图，得到大气中气溶胶数据产品的浓度垂直廓线，多通道的信号接收具备同时性，实现了雷达多参数同步实时探测。

技术领域

本发明涉及一种激光雷达系统，特别涉及一种三波长多通道的激光雷达系统。

背景技术

激光雷达是一种可以直接获得大气成分垂直结构信息的探测设备，主要硬件组成有激光发射装置，大气信号回收装置和数据采集处理装置。

在气象(环保)学中，大气温度、水汽、颗粒物，生物气溶及颗粒物气溶胶是重要的大气气象及物理参数、也是精细结构大气观测的基本参数。开展大气水汽和气溶胶的探测研究，对于提高天气预报的准确性，研究云的形成、降水、大气污染物的扩散机理有重要的科学研究意义，同时荧光气溶胶的研究也逐步纳入研究者的研究对象，特别是在军事领域。

目前，利用激光雷达遥感探测技术测量大气气溶胶、湿度(水汽)等特性越来越成熟，各类型的激光雷达层出不穷，在技术创新不断迭代的今天，国内外诸多的科研机构已经开展了繁多的科研工作，在大气探测诸如大气气溶胶，水汽，温度，生物气溶胶等大气特性方面都取得了显著的成果，但是当前基本以单波长或双波雷达雷达技术为主，单台雷达单独实现米散射探测、米散射拉曼探测、米散射温度，米散射水汽等探测，想要完成多要素的同时探测一般通过多台雷达组合实现，主要原因是不同的探测对象对系统的参数要求各不相同，对整个系统和器部件设计的技术要求极高，进而如何实现通过单台雷达同时实现大气多要素的实时遥感监测成为当前应用的迫切需求。

发明内容

本发明提供一种三波长多通道的激光雷达系统用来克服现有技术中单台雷达无法同时实现大气多要素的实时遥感监测的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明公开了一种三波长多通道的激光雷达系统，包括三波长激光发射系统、望远镜接收系统、多通道分光系统、光电转化及高速信号采集系统；所述三波长激光发射系统由三波长激光器、多通道光束整形系统、激光偏振提纯系统构成，激光器采用脉冲激光器，可单独或同时输出355nm、532nm和1064nm三个波长的激光光束；所述望远镜接收系统由光束终止系统、望远镜系统、噪声抑制器、准直系统组成；所述多通道分光系统为多通道米-拉曼-荧光光束分光系统，包括高性能二向色镜、窄带干涉滤光片、反射镜、线偏振片和偏振分光棱镜，实现独立多通道大气回波信号的高精细分光及高效率提取；所述光电转化及高速信号采集系统包括多个光电转换探测器、多个通道高速采集系统以及计算机处理系统。

进一步的，多通道光束整形系统由扩束器和反射镜构成，实现对输出激光光束的整形优化，降低激光束散角。

进一步的，偏振提纯系统由起偏器和检偏器组成，实现激光器输出激光光束的偏振比，提升偏振通道的探测精度。

进一步的，光束终止系统由遮光器件组成，防止设备环境中的杂散光进入望远镜接收系统，望远镜系统采用但不仅限于卡塞格林发射式结构。

进一步的，噪声抑制器主要是限制镜望远镜回收信号强度，直接影响雷达信号噪声的高低水平。

进一步的，准直系统主要由透镜组组成，将经过望远镜汇聚后的光束进行准直处理然后输出至多通道分光系统。

进一步的，光电转换探测器用于接收到最后光束并将光学信号转换成电学信号，经电信号处理系统处置。