[发明专利]用于测量温度湿度廓线的激光雷达系统

说明书

本申请公开了一种用于测量温度湿度廓线的激光雷达系统，该激光雷达系统利用分光处理器从聚焦信号中分离出用于温度反演的第一谱线组和用于湿度反演的第二谱线组，进而根据该第一谱线组和第二谱线组反演出温度廓线和湿度廓线，即实现温度廓线和湿度廓线的同时测量；此外，通过调整光电处理器的采样频率以及保证其在单位采样时间内能够采集足够的回波光子数，该系统即可按照预设的空间分辨率采集温度和湿度数据，从而实现高时空分辨率测量温度湿度廓线。

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种用于测量温度湿度廓线的激光雷达系统。

背景技术

人类生存在大气边界层内，大气时空变化实时影响着人类的正常生活。大气的温度和湿度是表征大气动力和热力结构物理状态最重要的两个参数。以高时空分辨率获取大气的温度和湿度参数，进而以此为基准建立精确的大气模型，对天气分析预报、污染演化、气候研究、军事任务保障等具有重要的意义和价值。

探测边界层大气温度湿度廓线的传统技术方法为气象梯度塔法和无线电探空仪法。气象梯度塔法即在塔上按高度均匀布置温度和湿度传感器，从而实时获取塔高以下的温度和湿度数据，然而这种探测方法受塔高的限制，探测高度范围通常不超过百米。无线电探空仪法利用安装有感应元件、转换电路、编码装置、无线电发射机的探空气球，对大气的温度和湿度进行探测，而探空气球在上升的过程中受到风的影响会偏离预设的上升路线，产生位置的偏移，由此将导致探测数据与真实位置廓线之间存在一定的误差，并且从经济角度考虑，很难实现持续放球，温度和湿度数据获取的时间分辨率较低。

因此，现亟待一种能够实现高时空分辨率测量温度湿度廓线的系统。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种用于测量温度湿度廓线的激光雷达系统，能够实现以高时空分辨率测量大气的温度湿度廓线。

本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例提供了一种用于测量温度湿度廓线的激光雷达系统，所述系统包括：激光器、激光扩束器、接收望远镜、光纤、分光处理器和光电处理器；

所述激光扩束器，用于对所述激光器发出的激光进行扩束处理，生成发送至大气的发射光束；

所述接收望远镜，用于接收所述发射光束与大气相互作用产生的散射回波信号，将所述散射回波信号聚焦于所述接收望远镜的镜面对应的聚焦区生成聚焦信号；

所述光纤，用于将所述聚焦信号传输至所述分光处理器；

所述分光处理器，用于从所述聚焦信号中分离出用于温度反演的第一谱线组和用于湿度反演的第二谱线组；

所述光电处理器，用于将所述第一谱线组和所述第二谱线组上传至反演软件，以使所述反演软件完成对温度廓线和湿度廓线反演计算。

可选的，所述激光器为紫外波段的Nd：YAG脉冲激光器，所述激光器采用355nm的发射波长。

可选的，所述分光处理器包括：初级分光单元、双光栅分光单元和单光栅分光单元；

所述初级分光单元，用于从所述聚焦信号中分离出用于温度探测的纯转动拉曼信号和用于湿度探测的振动转动拉曼信号；

所述双光栅分光单元，用于对所述纯转动拉曼信号进行处理，输出所述第一谱线组；

所述单光栅分光单元，用于对所述振动转动拉曼信号进行处理，输出所述第二谱线组。

可选的，所述初级分光单元的截止波长为364nm；

所述双光栅分光单元的的线色散为0.54nm/mm；

所述单光栅分光单元的的线色散为1.38nm/mm。

可选的，所述光电处理器还用于：