[发明专利]CCD侧向激光雷达的大气退偏振度廓线探测装置的探测方法

说明书

本发明涉及CCD侧向激光雷达的大气退偏振度廓线探测装置，包括：半导体YAG激光器，发射线偏振激光脉冲光束；激光扩束器，扩展线偏振激光脉冲光束的直径，减小线偏振激光脉冲光束的发散角；广角CCD探测器，接收大气粒子的侧向散射回波信号；可旋转偏振器，使其透振方向平行于或垂直于半导体YAG激光器所发射的线偏振激光脉冲光束的偏振方向，获得相应偏振方向条件下大气粒子的侧向散射分量；三脚架，用于固定安装广角CCD探测器。本发明还公开了CCD侧向激光雷达的大气退偏振度廓线探测装置的探测方法。本发明适用于近地面、机载或者星载载荷系统测量，操作更为简便，测量结果更加准确可靠。

技术领域

本发明涉及大气光学和环境监测技术领域，尤其是一种CCD侧向激光雷达的大气退偏振度廓线探测装置的探测方法。

背景技术

大气气溶胶退偏振度是反映气溶胶粒子形状最直接的物理参量，也是判断大气中沙尘粒子或卷云等颗粒分布最有效的物理和光学手段。当一束线偏振光照射到大气气溶胶粒子上时，其中的球形粒子的散射光不会改变激光的偏振方向，而非球形粒子的散射光的偏振特性发生改变即产生退偏振。有时候人们更关心气溶胶退偏振度的廓线分布信息，尤其在沙尘频发、灰霾现象日益严重的今天，人们对于大气气溶胶粒子成分分布更为关注。

目前，有的用单点取样气溶胶粒子来测量其退偏振度，该方法需要事先准备气溶胶取样容器，而容器取样气溶胶缺少普遍性甚至可能改变粒子组份和形状；也有早先提出利用偏振微脉冲激光雷达系统，通过采集与激光发射偏振方向平行和垂直两个方向的后向回波信号，得到气溶胶退偏振度廓线。众所周知，所有的后向散射激光雷达都不可避免的存在几何因子和系统盲区，在雷达近端接近几百米的区域其测量结果存在较大的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以对大气中冰晶、卷云以及沙尘等非球形粒子的分布进行高精度高空间分辨率的测量的CCD侧向激光雷达的大气退偏振度廓线探测装置的探测方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种CCD侧向激光雷达的大气退偏振度廓线探测装置的探测方法，该方法包括下列操作步骤：

(1)半导体YAG激光器开机预热30分钟，利用激光扩束器将光斑扩束同时减小发散角后垂直入射到大气中；

(2)固定安装广角CCD探测器，使其与半导体YAG激光器之间的水平距离为D，将广角CCD探测器的镜头面向激光光柱，仰角调至θ，这里θ表示广角CCD探测器每个像元的仰角，即与水平方向的夹角，对半导体YAG激光器发射的整个激光光柱进行成像，将半导体YAG激光器的调Q输出信号给广角CCD探测器施以同步控制，即遇到调Q脉冲的上升沿时，广角CCD探测器的快门打开进行采集，采集时间为t；

(3)旋转位于广角CCD探测器镜头前的可旋转偏振器，使其透振方向平行于激光光源的偏振方向，连续采集N个激光脉冲并将数据累加保存，记为P_//(θ)，然后将可旋转偏振器旋转90度即旋转至和激光光源偏振方向相垂直的位置，再连续采集N个脉冲累加保存，记为P_⊥(θ)；

(4)关闭激光光源，采集N×t时长的背景信号P_g(θ)，分别被上述两个偏振方向采集的信号减去，得到去除背景之后的有效平行分量和垂直分量分别为：P_/'_/(θ)＝P_//(θ)-P_g(θ)，P_⊥'(θ)＝P_⊥(θ)-P_g(θ)，根据退偏振度定义式得到大气退偏振度随仰角θ的变化满足：然后根据θ和高度z的一一对应关系，即可得到退偏振度廓线分布信息，z表示激光发射端距待测气溶胶粒子的垂直距离；