[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

说明书

一种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，该拉曼激光雷达包括光源模块、发射模块、接收模块、探测模块、数据采集模块、控制模块，该方法包括以下步骤：S1、光源模块输出一束发射模块需要的脉冲光束，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、发射模块发射脉冲光束到大气中；S3、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采集所有的探测器上的电信号，然后发送到控制模块中进行数据分析。本发明通过外差技术、声光调制技术、拉曼技术三者结合，能有效探测拉曼的弱回波信号。

技术领域

本发明涉及雷达探测领域，尤其涉及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。

背景技术

水汽的激光雷达探测的方法是通过利用拉曼效应，分别探测拉曼回波信号来探测大气中水汽的含量。拉曼回波信号能量弱，但是传统激光雷达直接采用光电倍增管对回波信号进行探测采集，性噪比低，探测距离有限，甚至有时在白天背景光强的情况下不能满足测量水汽的需求。因此急需一种新的方法和系统来解决该技术问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，为此，本发明提供一种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。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

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、发射模块、接收模块、探测模块、数据采集模块、控制模块，该方法包括以下步骤：

S1、光源模块输出一束发射模块需要的脉冲光束，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、发射模块发射脉冲光束到大气中；

S3、接收模块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采集所有的探测器上的电信号，然后发送到控制模块中进行数据分析。

实现上述的方法的雷达系统，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。

优化的，所述拉曼管为2个，分别为水汽拉曼管和氮气拉曼管，第一分光组件包括第二分束镜和第三镜体，第二分束镜将连续激光器发出的一束光分成两束，一束输入到水汽拉曼管内，另一束光输出到第三镜体上，第三镜体输出一束光到氮气拉曼管内。

优化的，所述第三镜体为分束镜或反光镜。