[发明专利]实时测量机载高光谱成像激光雷达光谱的装置及方法

权利要求书

1.实时测量机载高光谱成像激光雷达光谱的装置，其特征在于，包括激光器、参考模块，所述参考模块包括有设定透光率的第一反射镜(2)和第二反射镜(6)，第一反射镜(2)和第二反射镜(6)中间还依次设置有聚焦镜(3)、光纤(4)，所述激光器发射激光到设定透过率的第一反射镜(2)上，第一反射镜(2)中透射的激光经过聚焦镜(3)后的光束经光纤(4)后作为参考光束；

还包括发射模块，所述发射模块包括激光器、转镜(14)，所述转镜(14)用于将第一反射镜(2)反射的激光反射到待测目标上；

还包括接收模块，所述接收模块还包括依次设置的接收望远镜(5)、第二反射镜(6)、光阑(7)、准直抛物镜(8)、光栅(9)、远心镜头(10)、光束耦合器(11)、探测处理单元，所述探测处理单元包括接收光束耦合器(11)输出光的探测器和接收探测器信号并进行采集处理的处理器(15)，所述参考光束发射到第二反射镜(6)的反面经透射与接收望远镜(5)发射到第二反射镜(6)正面的检测光束结合；

所述光纤(4)的芯径为200μm的多模光纤(4)。

2.根据权利要求1所述的实时测量机载高光谱成像激光雷达光谱的装置，其特征在于，所述第一反射镜(2)和第二反射镜(6)两面均有镀层，且透过率不超过0.1％。

3.根据权利要求1所述的实时测量机载高光谱成像激光雷达光谱的装置，其特征在于，所述发射模块包括发射激光的超连续谱高重频激光器(1)。

4.使用权利要求1-3任意一项所述的实时测量机载高光谱成像激光雷达光谱的装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据高光谱激光雷达方程的回波信号功率P_R(λ,z)和探测器探测到的参考光线(13)功率谱P_Ref(λ)，其中λ为光谱标定时得到的各个通道的中心波长λ_NCW，P_R(λ,z)为激光雷达中心波长为λ的通道接收到的回波信号光功率，单位：W；β_G(λ)是地物反射率；D_R是接收望远镜(5)的有效通光孔径，单位：m；z是激光雷达与被测地表的距离，单位：m，z可以通过测距通道实时进行测量；T_atm(λ,0,z)是激光雷达与被测地表之间的大气在波长λ上的透过率；c(λ)＝ρ₀η(λ)Δλε(λ)，c(λ)为激光器(1)出射的光脉冲能量入射到雷达系统中探测器功率强度，ρ₀是激光器(1)输出平均光谱功率密度，单位：W/nm；η(λ)是激光器(1)平均光谱功率密度归一化的功率密度光谱分布函数；Δλ是1个通道内对应的光谱带宽，单位：nm；ε(λ)是激光雷达系统的光学效率；

另外，利用角反射器将经过转镜(14)对地物目标(12)进行扫描的部分激光引入到接收模块中，获得探测器接收到的激光功率谱P_Cor(λ)；

S2、根据步骤S1中各公式信息，激光器(1)出射的光脉冲能量入射到雷达系统中探测器功率强度c(λ)的值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S1具体如下：

(a)、高光谱激光雷达方程的回波信号功率P_R(λ,z)的具体公式如下：

(b)、处理器(15)中采集卡通过时序控制实现对参考光线(13)信号强度的采集，探测器探测到的参考光线(13)功率谱为：

P_Ref(λ)＝ρ₀η(λ)Δλε(λ)R(λ) (2)

R(λ)是参考光线(13)在引入过程中的光效效率；

同时，探测器接收到的光功率可进一步表示为：

I_Ref(λ)是参考光线(13)信号在雷达系统对应通道中的电信号强度，R是雷达系统对应通道内探测器的响应度；

(c)、利用角反射器，将经过转镜(14)对地物目标(12)进行扫描的部分激光引入到接收模块中，此时雷达系统中的探测器接收到的激光功率谱为：

Q(λ)是利用角反射器反射的光效率，可以准确测量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S2具体如下：

S21、将公式(2)和公式(4)相比得到：

得到参考光线(13)在引入过程中的光效率R(λ)；

S22、带入到(2)式中，进而从参考光线(13)功率谱中得到：

由(6)式可以得到，激光器(1)发射的每一发脉冲的激光光谱，依据参考光入射到对应通道后，得到激光器(1)出射的光脉冲能量入射到雷达系统中探测器功率强度。