[发明专利]激光雷达探测光源发散角测量装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光雷达光学测量校正装置，具体为一种激光雷达探测光源发散角测量装置与方法，实现激光雷达探测光源调校。

背景技术

激光雷达是以激光为探测光源，通过激光与大气相互作用对大气颗粒物进行探测。光波与大气中介质相互作用，产生包含气体分子和气溶胶粒子有关信息的辐射信号，利用反演方法就可以从中得到关于气体分子和气溶胶粒子的信息。因此，激光雷达的技术基础是光辐射与大气中的分子以及气溶胶粒子之间相互作用所产生的各种物理过程。激光雷达作用一个为重要光学遥感探测手段，可以实现整个对流层大气气溶胶消光垂直廓线的探测、大气水平能见度、以及颗粒物粒子特性的探测，可以有效弥补当前我国在大气颗粒物遥感探测不足，有助于开展气溶胶细粒子的来源分布，分析大气颗粒物特性，解析灰霾天气的细粒子时空分布，分析大气边界层以上沙尘和卷云特性及混合层厚度和动态结构的时间演变。

激光雷达探测光源部分由激光器和发射光学单元两部分组成。激光器是决定激光雷达探测性能的关键因素之一，激光器的类型和性能要求取决于系统的要求和具体的探测对象。可用的激光器主要类型有：用于散射型激光雷达的激光器主要有多波长输出的闪光灯泵浦或二极管泵浦Nd:YAG激光器、红宝石激光器、二氧化碳激光器等。目前，一些新型激光器（如板条激光器、微芯片激光器、波导激光器以及固化拉曼激光器）正处于研发中，它们很快也会应用到激光雷达之中。激光器的性能指标主要有输出波长、能量及其稳定性、重复频率、光束发散角、激光脉冲宽度等。激光波长决定了激光雷达探测成份的种类；能量的大小影响雷达有效范围探测范围和信噪比，激光器的高重复频率能够改善激光雷达探测的时空分布特征。

而激光雷达探测光源发散角会影响到激光雷达的信噪比和系统探测的稳定性，如果激光雷达探测光源发散角大于设计指标，大量的背景光会进行探测器，导致激光雷达探测信号噪声增加，信噪比降低，无法满足激光雷达数据反演的要求；而如果激光雷达探测光源发散角小于设计指标时，会导致系统的稳定降低，激光雷达有效探测光会发射到激光雷达探测视场外，其回波信号无法被探测器接收，所以一般要求发射光束的发散角比视场角间的值小些。

可见，激光雷达探测光源发散角是激光雷达设计的重要参数之一，后期激光雷达安装调试过程中，激光雷达探测光源发散角的测试和调较优劣也是影响激光雷达性能的关键因素，同时也是激光装调过程一个技术难题。主要原因在于，激光雷达探测光源发散角极小，远远高于一般的光学精密仪器探测光源的发散角。一般光学精密仪器的探测光源发射角在几个至十几毫弧度之间，而激光器雷达通常要求探测光源发散角在零点几毫弧度，微脉冲激光雷达的发散角在0.01毫弧度左右，激光雷达对探测光源发散角的要求远远高于一般的精密光学仪器，所以对激光雷达光源发散角测量装置和调试方法提出更为苛刻的要求，需要更为特殊工具和调较方法。