[实用新型]一种用于液态水云测量的多视场激光雷达探测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于液态水云测量的多视场激光雷达探测系统，具体涉及一种测量云中云粒子微物理特性的多视场激光雷达探测系统，属于云粒子探测技术领域。

背景技术

在对天气因素分析时，云粒子的成分及特性，是推测未来天气发展趋势的重要指标，对云粒子进行实时监控，更有助于分析大气运动的情况，观测的结果对短期的天气预报有深刻意义。对长期气候的研究，云具有辐射作用，影响整个地球的气候变化，云对温度的影响甚至超越了二氧化碳对温度影响的三倍。对模式进行研究，云的物理性质也是一个重要的研究方向，云的高度、云量、云的厚度以及云粒子特性，对天气预报和检验以及天气模型的建立极其重要。

云的几个物理量的探测中，探测云粒子的微物理特性是当务之急，如云粒子中的水粒子物理形态、水的含量、水粒子的大小。云中水的相态是一个非常重要的参数指标。如果探测到云中的含水量，假设云中水粒子的粒径分布满足某一种特定关系，则云中的粒径谱分布与含水量之间可用数学公式推导出来，所以，研究云中水含量十分重要。

至今，各种观测云的方法都被使用。卫星遥感有其独特的特点，在卫星轨道上对全球云的分布进行观测，在云物理特性测量方面，它只能从整体上去区分水的相态是水相还是冰相，但不能从微观上对云中的水粒子进行区分，并且在出现多层重叠云时会出现观测方面的问题，在低云的观测等方面也存在问题。机载云粒子测量仪是目前常用的人影响天气的仪器，能够对飞机飞行路径上的云粒子的各种参数进行测量，能够测量云粒子的粒径以及云中的含水量，机载云粒子探测器可以直接测量云粒子，结果较为准确，但是费用相对其他观测方式比较高，观测次数受到限制。普通天气雷达由于其波长的限制，对云的微物理特性探测能力也有限，随着毫米波技术的发展，毫米波成为了观测云最常用的手段，相比于普通的天气雷达，毫米波雷达的波长更短，能更好的测量云的相态，再通过扫描设备，毫米波雷达能探测以雷达为中心十几公里内云的相关参数，激光雷达相比于毫米波雷达，更有其独特的优势：空间分辨率方面，其距离分辨率的最小值为1.5m，比毫米波雷达的空间分辨能力要强；对于波长，毫米波雷达的波长一遍是3mm或者8mm，对于大多数云来说，该波长远大于云粒子的大小，因此其探测能力肯定受到一定程度的限制，尤其是对薄云中小粒子的探测能力，而激光雷达的波长一般小于1微米，对云中各种粒子的探测能力更强，并且能够监测到毫米波无法监测到的小粒子薄云。技术方面，毫米波雷达的造价和维护的费用比较昂贵，相比于毫米波雷达，激光雷达的各项技术均已成熟，系统更为简洁，运行维护的费用相对更低，在以后的普及中更有优势。但是，传统的激光雷达仅能测量单一视场角下的激光雷达回波，根据Mie散射理论，单一视场角的激光雷达回波无法反映云粒子的尺度谱信息，因此，多视场激光雷达对于研究云的微物理参数具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于液态水云测量的多视场激光雷达探测系统，利用云粒子的多次散射效应，通过改变视场角的大小，获得不同视场角下的云粒子的退偏比，进而得到云粒子的半径和液态含水量。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于液态水云测量的多视场激光雷达探测系统，包括激光雷达发射模块、激光雷达接收模块以及主控模块；其中，激光雷达发射模块包括激光器、扩束镜、偏振片、半波片；激光雷达接收模块包括望远镜、凸透镜、电动小孔、偏振分束器、第一至第二光电探测器、信号采集模块；所述激光器、电动小孔、信号采集模块分别与主控模块连接，第一光电探测器、第二光电探测器分别与信号采集模块连接；激光器发射的激光信号依次经扩束镜、偏振片、半波片后垂直进入大气，望远镜垂直接收大气中云粒子的后向散射光，后向散射光经凸透镜变成平行光，平行光穿过电动小孔进入偏振分束器，偏振分束器将平行光分为水平偏振光和垂直偏振光，分别传到第一光电探测器、第二光电探测器，第一光电探测器将水平偏振光转化为电信号并传输至信号采集模块，第二光电探测器将垂直偏振光转化为电信号并传输至信号采集模块，信号采集模块分别采集两个电信号并将结果传输至主控模块。

作为本实用新型的一种优选方案，所述激光器采用YAG半导体激光器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述望远镜采用200mm的卡塞格林望远镜，其焦距为2032mm。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一光电探测器、第二光电探测器均为H10682-110型号的光电倍增管。

作为本实用新型的一种优选方案，所述信号采集模块采用P7882型号的光子计数卡。