一种大气细粒子时空分布拉曼米散射激光雷达测量装置

摘要

本发明公开了一种大气细粒子时空分布拉曼米散射激光雷达测量装置，装置工作在532nm、355nm和387nm波长，有4个探测通道，光源为Nd：YAG固体激光器，发射光学设计使用单一的多波长耦合发射望远镜，接收光学系统设计使用高效率小口径的接收望远镜，后继光学设计使用多通道后继光学系统，便于扩展，具有高防护等级和高抗电磁干扰能力；探测波长532nm和355nm波长的探测光共用一个发射望远镜，发射光学系统和接收光学系统同轴设计，系统具有较小的探测盲区。系统设计有387nm波长氮气拉曼探测通道，可以实现近地面层激光雷达比的探测，保证了系统探测精度，实现对大气细粒子多参数同步遥感探测。装置可以任意角度发射到大气中，实现对大气细粒子时空分布特征进行全天候在线观测，具有探测精度高、反演误差小、时间和空间分辨率高等优点。

主权项

一种大气细粒子时空分布拉曼米散射激光雷达测量装置，其特征在于包括：大气细粒子探测光源(1)、多波长共轴发射望远镜(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、激光雷达接收光学系统(5)、多通道后继光学系统(6)、激光雷达底座(7)、计算机(9)和瞬态记录仪(10)；所述大气细粒子探测光源(1)和多波长共轴发射望远镜(2)搭载在激光雷达接收光学系统(5)上，随激光雷达接收光学系统(5)一起转动，所述大气细粒子探测光源(1)的探测光中心波长为532nm和355nm，两波长探测光的光轴同轴，均被多波长共轴发射望远镜(2)进行准直扩束，扩束后两探测光束的发射角均被压缩至0.4mrad，被准直扩束后的532nm波长探测光和355nm波长探测光具有较好的同轴性，两探测光的偏离角小于0.1mrad；所述多波长共轴发射望远镜(2)能同时对多个波长进行准直扩束，以减少不同波长的色差，其在紫外光355nm波长和可见光532nm波长具有大于85％的透过率；多波长共轴发射望远镜(2)入瞳直径5mm，出瞳直径30mm，扩束倍数为10倍；所述第二反射镜(4)位于激光雷达接收光学系统(5)光轴上，中心波长为532nm和355nm探测光经第二反射镜(4)后沿激光雷达接收光学系统(5)光轴发射到大气中；所述激光雷达接收光学系统(5)安装在激光雷达底座(7)上，能够实现任意俯仰角度调整，激光雷达接收光学系统(5)探测口径200mm，系统焦距为2000mm，F数为F/10，遮挡区域比为18％，激光雷达接收光学系统(5)镀高反射介质膜，对532nm波长的可见光反射率大于98％，对355nm波长和387nm波长的紫外光反射率大于95％，激光雷达接收光学系统(5)对探测光的总透过率优于70％；所述多通道后继光学系统(6)安装在激光雷达接收光学系统(5)后端，二者光轴重合；所述计算机(9)自动控制系统各部件工作，计算机(9)分别与激光器电源(8)和瞬态记录仪(10)连接，实时监控大气细粒子探测光源(1)、激光器电源(8)和瞬态记录仪(10)的工作状态，如果监测系统各部件工作状态正常，计算机(9)首先给激光器电源(8)和瞬态记录仪(10)发送工作信号指令，两部件进入预工作状态，同时向计算机(9)返回信号；激光器电源(8)完成对自身和大气细粒子探测光源(1)自检和预热后，发射激光脉冲开始工作，并向瞬态记录仪(10)发送同步信号，瞬态记录仪(10)开始进行数据采集，并向计算机(9)发送其工作状态的信号，计算机(9)开始采集计数和计时，瞬态记录仪(10)同步从387nm探测器(27)、355nm探测器(31)、532nm‑P探测器(35)和532nm‑S探测器(39)进行数据采集，并将实际采集脉冲数实时传送给计算机(9)，计算机(9)根据瞬态记录仪(10)反馈的实际采集脉冲数进行计时，计时脉冲数结束后，计算机(9)向激光器电源(8)和瞬态记录仪(10)发送停止工作命令，计算机(9)对采集数据进行存储和数据反演工作。