[发明专利]绝对探测大气温度的转动拉曼激光雷达系统及探测方法

说明书

技术领域

本发明属于激光主动遥感探测技术领域，涉及一种绝对探测大气温度的转动拉曼激光雷达系统，还涉及利用上述转动拉曼激光雷达系统绝对探测大气温度的方法。

背景技术

大气温度是大气状态的重要指标，近二十年来，拉曼激光雷达作为一种主动遥感探测技术得到了迅速发展和应用，其探测原理依赖于大气分子转动拉曼散射谱遵循含温度信息的波尔兹曼分布，故其探测不受气溶胶消光影响，在气溶胶粒子丰富的低空可获得较高的探测精度。

然而，现有拉曼激光雷达探测大气温度技术都采用相对探测技术，需要进行多种对比实验和数据校正。它们都采用两路温度敏感性相反的转动拉曼信号之比R(T，z)反演大气温度廓线T(z)，即

其中，P_H(z)和P_L(z)分别为高低转动量子数的拉曼信号，A，B和C则是需要校正的反演系数。因此现有相对测量大气温度的拉曼激光雷达系统，都需要无线电探空仪等传统温度测量设备进行数据校正，这不利于转动拉曼激光雷达作为独立仪器进行大气温度探测。

同时，无线电探空仪等并行校正设备通常需要在转动拉曼激光雷达附近发射，由于大气状态是随机变化的物理过程，通常认为是不可再现的，这增加了激光雷达系统高精度校正的实现难度。另外，大气湍流、风等易使无线电探空仪偏离设定路径，故其探测路径和时间与激光雷达的不一致性极易引入校正的系统误差，降低激光雷达探测精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝对探测大气温度的转动拉曼激光雷达系统，解决了现有拉曼激光雷达系统对大气温度检测时需要并行测量设备进行数据校正的局限性。

本发明的另一目的是提供利用上述转动拉曼激光雷达系统绝对探测大气温度的方法。

本发明所采用的第一技术方案是，绝对探测大气温度的转动拉曼激光雷达系统，包括依次连接的系统控制平台、脉冲激光器、准直扩束系统，沿准直扩束系统的光路出射方向依次设有分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜，经分光镜反射的部分光束射向光电检测器，系统控制平台还分别与放大电路、数据处理平台及光电检测器连接，数据处理平台还依次连接放大电路、光电探测系统、拉曼谱型光谱分光系统，拉曼谱型光谱分光系统通过多模光纤与高效耦合器连接，高效耦合器用于接收大口径望远镜收集的散射光。

本发明第一技术方案的特点还在于，

其中系统控制平台通过第一连接电缆与光电检测器连接；系统控制平台通过第四连接电缆与放大电路连接；系统控制平台通过第五连接电缆与数据处理平台连接，数据处理平台通过第三连接电缆与所述放大电路连接，放大电路通过第二连接线缆与光电探测系统连接，光电探测系统通过六条单模光纤与所述拉曼谱型光谱分光系统连接。

其中第一反射镜与第二反射镜在竖直方向上平行放置，第二反射镜与第三反射镜在水平方向上平行放置，第三反射镜位于大口径望远镜的筒口处。

其中拉曼谱型光谱分光系统包括光纤线阵列、准直凸透镜及衍射闪耀光栅，光纤线阵列位于准直凸透镜左侧的焦平面处，光纤线阵列并行输出六路转动拉曼信号通道，六路转动拉曼信号通道分别为第一连接光纤、第二连接光纤、第三连接光纤、第四连接光纤、第五连接光纤、第六连接光纤，多模光纤接在光纤线阵列上，多模光纤的输出端端面位于准直凸透镜的焦点处，衍射闪耀光栅位于准直凸透镜的右侧，衍射闪耀光栅的光栅刻线数为1200grooves/mm，刻划面积为50mm×50mm，光栅闪耀角为17°27′，光栅闪耀阶次为第一级。

其中第一连接光纤通过第一光纤耦合器与通道一输出光纤的一端耦合，通道一输出光纤的另一端与单模光纤连接，第一光纤耦合器上还并行设置有第一光纤布拉格光栅与第二光纤布拉格光栅；

其中第二连接光纤通过第二光纤耦合器与通道二输出光纤的一端耦合，通道二输出光纤的另一端与单模光纤连接，第二光纤耦合器上还并行设置有第三光纤布拉格光栅与第四光纤布拉格光栅；

其中第三连接光纤通过第三光纤耦合器与通道三输出光纤的一端耦合，通道三输出光纤的另一端与单模光纤连接，第三光纤耦合器上还并行设置有第五光纤布拉格光栅与第六光纤布拉格光栅；

其中第四连接光纤通过第四光纤耦合器与通道四输出光纤的一端耦合，通道四输出光纤的另一端与单模光纤连接，第四光纤耦合器上还并行设置有第七光纤布拉格光栅与第八光纤布拉格光栅；

其中第五连接光纤通过第五光纤耦合器与通道五输出光纤的一端耦合，通道五输出光纤的另一端与单模光纤连接，第五光纤耦合器上还并行设置有第九光纤布拉格光栅与第十光纤布拉格光栅；