[发明专利]三波长实时定标激光雷达装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光测量大气风场的雷达装置，具体涉及一种三波长实时定标激光雷达装置。

背景技术

大气风场是气象探测中的重要观测参数，在天气、环境、交通、航空、海洋等许多领域都有重要作用。天气预报中提供风场的基础信息，有助于天气变化的预报；航空中的阵风、风切变等情况危害较大，风场的观测可以帮助提前做好应对准备；风力发电中也需要前方风场的测定来使风机有效运行等。

现有的测风手段多为风向标测风和微波雷达测风。风向标的测量只能测量近地面的局部风速，限制较大，无法获得大气风场的信息；微波雷达测风需要在云、雾较多的情况下才能取得良好效果。因而在天空较为晴朗时，激光雷达就能够发挥其优势，取得高精度的大范围风场信息。

现今实际应用的测风激光雷达可以分为相干测风和非相干测风两类。相干测风激光雷达系统在气溶胶含量较高的低空区域探测效果较好，对高空区域难以有效探测。非相干探测技术通过高分辨率的光谱器件来提取反射光的强度信息，与频率变化相关联，进而求出风场信息。通过气溶胶和分子的回波信号，非相干测风系统可以取得0.5-20km公里高度范围内的风场信息。其中，基于碘分子滤波的非相干测风技术是非相干测风的一种典型技术，它利用了碘分子在一定温度下，对不同频率的光吸收率也不同的特点，将激光的工作波长设置在某一吸收线附近(如532nm激光选用1109吸收线)，探测回波通过碘分子滤波后的强度变化来求取频率变化，进而反演风速。

由于大气回波有两种成分组成：气溶胶散射(Mie散射，带宽窄)和大气分子散射(Rayleigh散射，带宽宽)，这两种散射信号通过鉴频鉴频器的透过率各不相同，因而两种信号的成分也会影响光电探测器的结果。目前要反演风速时，必须首先要了解气溶胶散射和大气分子散射的比例，才能确定每米风速的光电探测器探测强度变化。普通的测风激光雷达必须要首先测量灵敏度，取得相应信息才能进行后续的风场测量。这样，测量灵敏度和测风就不能做到同步进行。又因为气溶胶是时刻变化的，难免会造成偏差；而且在移动测量时，因为位置的时刻变换，预先进行灵敏度的测量也变得没有意义。

因此，激光雷达测风技术虽然已经进入业务化阶段，但仍无法实时获得准确的气溶胶相对浓度信息，无法实时定标测量灵敏度而进入真正实用化。

发明内容

本发明的目的是提供一种三波长实时定标激光雷达装置，以弥补已有技术的不足。

现有的非相干测风激光雷达无法快速改变发射波长；本发明是对已有的非相干测风激光雷达的改进，具体是采用了能够快速改变发射波长的发射系统，并可利用已有雷达的接收系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

三波长实时定标激光雷达装置，包括向大气发射激光束的发射系统，配有分束器的望远镜，该分束器将望远镜收集的散射光分成两份，一份经光电探测器a进入数据采集系统，另一份经鉴频器、光电探测器b进入数据采集系统，以及与数据采集系统相连的内含控制程序的计算机，其特征在于所述的发射系统包括对种子激光器a、种子激光器b和种子激光器c进行选择、并将激光注入脉冲激光器的光开关切换，所述的脉冲激光器经扩束镜、反射镜将激光向大气发射；所述的光开关切换经由上述计算机控制。

本发明的另一种技术方案如下：

实时定标高光谱分辨率激光雷达装置，包括向大气发射激光束的发射系统，配有分束器的望远镜，该分束器将望远镜收集的散射光分成两份，一份经光电探测器a进入数据采集系统，另一份经鉴频器、光电探测器b进入数据采集系统，以及与数据采集系统相连的内含控制程序的计算机，其特征在于所述的发射系统包括改变种子激光器出射光、并通过合束器将该出射光注入脉冲激光器的声光移频器，所述的脉冲激光器经扩束镜、反射镜将激光向大气发射；所述的声光移频器经由上述计算机控制。

上述计算机内的控制程序在时序上变换注入脉冲激光器的种子光波长。

上述的鉴频器为基于分子或者原子吸收光谱的鉴频器，或基于光学标准具透过率谱线的鉴频器。如基于分子吸收光谱的鉴频器是利用碘分子1109吸收线的波长范围在528.2nm～532.8nm内的鉴频器。