[发明专利]大气激光雷达的探测方法及装置

说明书

本发明提供一种大气激光雷达探测的方法及装置，采用种子注入式脉冲激光器的种子光束经倍频后通过塞曼效应产生频率对称的双边频光束，两边频光束与大气激光雷达探测到的后向180^o散射信号在探测器中混频进行外差探测，实现整个频谱的对称式扫描，最终获得散射信号的整个光谱线型，进而根据相关的理论得到大气特性参数。种子注入式脉冲激光器与高精度延时装置相连，其输出的脉冲光束依次经激光扩束装置、全反射平面镜进入大气激发产生散射信号。本发明具有高探测信噪比、高准确性及高光谱分辨率的优点，能够消除测温大气激光雷达中米散射对散射光谱的影响，降低整个光谱的探测时间。

技术领域

本发明涉及大气遥感探测技术，特别涉及一种大气激光雷达的探测方法及装置。

背景技术

目前，气象部门通常使用无线电气象探空仪测量大气温度，平流层至中间层的温度探测一般使用火箭探空和星载红外或微波辐射计。但是火箭探空费用昂贵，卫星遥感的垂直距离分辨率较低，因此激光雷达观测大气温度已在许多大气研究项目中得到重视，并取得了一定的研究进展。同样，大气激光雷达在大气风速测量，气溶胶分布研究等方面也具有独特的优势。然而，目前的大气激光雷达探测技术仍然存在一定的缺点，如：大气激光雷达的使用受环境影响较大，特别是白天大气温度的测量结果有待进一步提高，同时测量光谱中米散射的存在，也是影响大气激光雷达温度测量结果的重要因素。

发明内容

为了提高大气激光雷达对大气各参数测量的准确性，本发明提供一种大气激光雷达探测的方法及装置，以适用于不同功能类型的激光雷达，利用塞曼效应和外差探测的方法实现对散射信号的鉴频及探测，有效的抑制背景噪声的干扰，提高光谱探测信噪比，实现大气激光雷达全天候的工作。

本发明采用以下的技术方案实现上述目的。一种大气激光雷达的探测方法，其特征在于，采用种子注入式脉冲激光器的种子光束经倍频后通过塞曼效应产生频率对称的双边频光束，两边频光束与大气激光雷达探测到的后向180^o散射信号在探测器中混频进行外差探测，获得对应频率处散射信号的频谱点，根据塞曼效应谱线裂距与磁场强度间的线性关系，调节塞曼效应发生装置中磁场的大小，改变两边频光束的频率间隔并再次与对应频率处的散射信号混频进行外差探测，实现整个频谱的对称式扫描，最终获得散射信号的整个光谱线型，进而根据相关的理论得到大气特性参数。

优选地，所述塞曼效应所产生的谱线裂距与磁场强度H间的线性关系，表达式为：

；

式中：e为电子电荷，m为电子质量，c为真空光速；通过改变磁场变化步长调节谱线裂距变化的大小，提高探测光谱的分辨率；同时塞曼效应产生相对于初始入射到塞曼效应发生装置中激光频率对称分布的双边频谱线，当磁场改变时实现对信号光谱的对称式同步鉴频扫描。

一种大气激光雷达的探测方法，适用于测风激光雷达、测温激光雷达或测量气溶胶激光雷达的探测。

一种大气激光雷达探测方法的装置，包括种子注入式脉冲激光器，所述种子注入式脉冲激光器与高精度延时装置相连，其输出的脉冲光束依次经激光扩束装置、全反射平面镜进入大气激发产生散射信号；所述种子注入式脉冲激光器的种子光束被第二平面分光镜分光，其透射光束经光束变换装置进入塞曼效应发生装置；所述第二平面分光镜的反射光束进入波长计，波长计与第一数据采集卡相连；种子注入式脉冲激光器，用于产生激发散射信号的脉冲光束和产生塞曼效应的种子光束；塞曼效应发生装置，用于产生作为参考光束的两道分裂光束；