[发明专利]采用外差技术的拉曼激光雷达探测水汽的方法及雷达系统

权利要求书

1.采用外差技术的拉曼激光雷达探测水汽的方法，其特征在于，拉曼激光雷达包括光源模块(1)、发射模块(2)、接收模块(3)、探测模块(4)、数据采集模块(5)、控制模块(7)，

所述光源模块包括连续种子激光器、第一分束镜、脉冲激光器、连续激光器、第一分光组件、若干个拉曼管、若干个声光调制器，第一分束镜将连续种子激光器发出的激光分成两束，其中一束激光经过脉冲激光器放大产生脉冲光束，另一束激光经过连续激光器放大后，再通过第一分光组件分光，分光获得的每一束激光依次通过相应的拉曼管和相应的声光调制器后输出本振激光信号；

发射模块包括第一反射镜，用于将经过脉冲激光器放大后的脉冲光束反射到大气中；

探测模块包括第二分光组件、若干个外差单元、多个探测器，回波信号经过第二分光组件后分出需要进行外差探测的若干个拉曼信号，每个外差单元接收第二分光组件发出的相应的拉曼信号和光源模块发出的该拉曼信号对应的本振信号，每一个外差单元输出的光信号输出到相应的探测器上，其他未经过外差单元的每一个波长的光信号分别输出到相应的探测器上；

该方法包括以下步骤：

S1、光源模块(1)输出一束发射模块(2)需要的脉冲光束，通过拉曼技术和声光调制技术产生表征水汽拉曼信号和氮气拉曼信号的本振信号；

S2、发射模块(2)发射脉冲光束到大气中；

S3、接收模块(3)接收脉冲光束与大气作用后的回波信号、表征水汽拉曼信号和氮气拉曼信号的本振信号，将回波信号分束获得带有大气信息的水汽拉曼信号和氮气拉曼信号，带有大气信息的水汽拉曼信号和氮气拉曼信号和相应的本振信号通过使用外差技术获得相应的光信号，该光信号发射到相应的探测器上；

S4、系统中的数据采集模块(5)采集所有的探测器上的电信号，然后发送到控制模块(7)中进行数据分析。

2.实现权利要求1所述的方法的雷达系统，其特征在于，

所述光源模块(1)包括连续种子激光器(101)、第一分束镜(102)、脉冲激光器(103)、连续激光器(110)、第一分光组件、若干个拉曼管、若干个声光调制器，第一分束镜(102)将连续种子激光器(101)发出的激光分成两束，其中一束激光经过脉冲激光器(103)放大产生脉冲光束，另一束激光经过连续激光器(110)放大后，再通过第一分光组件分光，分光获得的每一束激光依次通过相应的拉曼管和相应的声光调制器后输出本振激光信号；

发射模块(2)包括第一反射镜(201)，用于将经过脉冲激光器(103)放大后的脉冲光束反射到大气中；

探测模块(4)包括第二分光组件、若干个外差单元、多个探测器，回波信号经过第二分光组件后分出需要进行外差探测的若干个拉曼信号，每个外差单元接收第二分光组件发出的相应的拉曼信号和光源模块发出的该拉曼信号对应的本振信号，每一个外差单元输出的光信号输出到相应的探测器上，其他未经过外差单元的每一个波长的光信号分别输出到相应的探测器上。

3.根据权利要求2所述的雷达系统，其特征在于，所述拉曼管为2个，分别为水汽拉曼管(112)和氮气拉曼管(122)，第一分光组件包括第二分束镜(111)和第三镜体(121)，第二分束镜(111)将连续激光器(110)发出的一束光分成两束，一束输入到水汽拉曼管(112)内，另一束光输出到第三镜体(121)上，第三镜体(121)输出一束光到氮气拉曼管(122)内。

4.根据权利要求3所述的雷达系统，其特征在于，所述第三镜体(121)为分束镜或反光镜。

5.根据权利要求3所述的雷达系统，其特征在于，所述连续种子激光器(101)发出波长为λ₀的激光，所述连续激光器(110)输出被放大后的波长为λ₀的连续激光，经过水汽拉曼管(112)后输出波长为λ₁₀的第一水汽拉曼激光，第一水汽拉曼激光经过第一声光调制器后输出波长为λ_1L的作为本振激光信号的第二水汽拉曼激光；分束后波长为λ₀的激光经过氮气拉曼管(122)后输出波长为λ₂₀的第一氮气激光，第二氮气拉曼激光经过第二声光调制器后输出波长为λ_2L的作为本振激光信号的第二氮气拉曼激光。