[发明专利]一种用于大气臭氧观测的激光雷达系统及观测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于大气臭氧观测的激光雷达系统及观测方法。

背景技术

目前大气臭氧的主要探测方法是采用差分吸收激光雷达技术，但主要还存在以下问题：现有技术中，一般采用一个固定的波长对对大气臭氧进行观测，对同一次实验观测过程中由于激光器输出、激光雷达回波信号的不稳定、探测器信号的不稳定，以及大气条件的不稳定等因素造成的随机误差欠考虑，即使考虑随机误差，需要采用长时间观测的方法，因而观测效率和精度都不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于大气臭氧观测，结构简单，具有高精度、高效率的激光雷达系统。

与此相应，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于本发明设计的激光雷达系统，具有高精度、高效率的大气臭氧观测方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种用于大气臭氧观测的激光雷达系统，包括主控制器、激光发射装置组、激光信号探测器、数据采集装置、以及终端装置；其中，主控制器分别与激光发射装置组、数据采集装置相连接，激光信号探测器经数据采集装置与终端装置相连接；所述激光发射装置组包括至少两组激光发射器，还包括光束组合器，主控制器分别与各组激光发射器相连接，各组激光发射器的发射端分别与光束组合器的输入端相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括至少n-1个时钟延迟装置，n为所述激光发射器的组数，所述各组激光发射器与时钟延迟装置一一对应，所述主控制器分别经各个时钟延迟装置与各个激光发射器相连接；或者，所有激光发射器中，除其中任意一组激光发射器直接与主控制器相连接外，所述主控制器分别经各个时钟延迟装置与其余激光发射器相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述各组激光发射器还分别包括与之相对应的倍频器，各组激光发射器发射端经对应倍频器与光束组合器的输入端相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括光电倍增管，所述激光信号探测器经光电倍增管与数据采集装置相连接，所述主控制器同时与光电倍增管相连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述各组激光发射器包括相互连接的固体激光泵和染料激光器。

本发明所述一种用于大气臭氧观测的激光雷达系统采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明设计的用于大气臭氧观测的激光雷达系统，结构简单，通过在同一组实验观测过程中，采用多波长对对大气臭氧同时进行差分吸收观测与分析，实现高效率、高精度的实验观测效果；且在同一组较短的观测时间内，通过多波长对同时测量，能够得到较高大气精度的臭氧浓度，有效降低实验观测中随机误差，提高大气臭氧观测的效率和精度；

（2）本发明设计的用于大气臭氧观测的激光雷达系统中，加入时钟延迟装置，能够有效保证了各个激光发射器触发时间的控制；

（3）本发明设计的用于大气臭氧观测的激光雷达系统中，针对激光发射器产生的激光脉冲采用倍频器进行倍频，增强激光脉冲的能量，有效保证了大气臭氧观测的精度。

与此相应，本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种用于大气臭氧观测的激光雷达系统的观测方法，包括如下步骤：

步骤1.所述主控制器分别对所述各组激光发射器进行同样控制，控制激光发射器交替输出对应至少两个不同波长的各个脉冲，且各组激光发射器输出的脉冲彼此相同；

步骤2.对所述用于大气臭氧观测的激光雷达系统进行校准；

步骤3.分别控制各组激光发射器输出的对应不同波长的脉冲构成各个异波长脉冲；控制各组激光发射器输出的对应不同波长的脉冲经光束组合器，在各组激光发射器之间构成各个异波长脉冲对；各个异波长脉冲和各个异波长脉冲对依脉冲时序，构成组合激光束射向大气中；

步骤4.射向大气中的组合激光束射经大气臭氧散射后，由激光信号探测器进行接收，发送给数据采集装置，数据采集装置将接收到的数据信息发送给终端装置对大气臭氧进行差分吸收观测。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤2包括如下步骤：

步骤⑴控制各组激光发射器输出的对应相同波长的脉冲经光束组合器，在各组激光发射器之间构成同波长脉冲对；