[发明专利]一种基于宽谱光源的光谱测量方法和光谱扫描激光雷达

说明书

本申请公开了一种基于宽谱光源的光谱测量方法和光谱扫描激光雷达。其中测量方法包括分时调节可调滤波器的透射波长；在特定透射波长下，将宽谱脉冲激光经可调滤波器滤出激光脉冲，脉冲激放大后发射至探测目标，回波信号经同一可调滤波器滤得待测信号，测量待测信号回波强度；测量不同透射波长下回波强度得到探测目标光谱。相关光谱扫描激光雷达采用时分复用技术和光开关选通技术，以支撑上述方法的实现。本申请可最大程度滤除太阳和天空背景噪声，并隔离了布里渊信号、拉曼信号和共振荧光信号，提高了探测光谱纯度和信噪比，同时通过采用全光纤结构，提高系统集成和稳定性。本申请还可提取水下剖面的光谱信号，是目前基于被动水色遥感的重要补充。

技术领域

本申请涉及激光雷达领域，具体涉及一种基于宽谱光源的光谱测量方法和光谱扫描激光雷达。

背景技术

水色测量与分析是地球观测中的重要环节。由于浮游植物、悬浮泥沙及溶解物能够吸收和(或)散射来自太阳系统，特别是可见波长范围内的自然光，因此会对水下光场及穿越水气界面的向上辐射亮度光谱产生深刻的影响。这个辐射亮度的强度及其随波长的变化可以由辐射计或类似仪器测量。因此，通过分析这一光谱的变化能够感知水中及水下的成分，并由此衍生出“水色学”。水色学的研究结果革命性地改变了生物海洋学领域，特别是随着水色卫星的发展，其已经应用于资源及生态环境监测，气候变化响应与适应，灾害与生态系统预测预警，航运与油气开发等领域，在生物地球化学、物理海洋学、海洋系统模式、海洋渔业、海岸带管理等方面做出了重要贡献。

虽然卫星水色遥感已被广泛应用，但其存在发展的瓶颈，首先，由于其采用太阳光为光源，在无太阳光的晚上及其低太阳角的情况下，无法工作，另外，在白天工作期间，当天空存在云的情况下，其探测存在较大偏差或者无法探测。

发明内容

本申请的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种基于宽谱光源的光谱测量方法和光谱扫描激光雷达，以弥补目前基于太阳光为光源的被动遥感技术中，在夜晚以及多云的情况无法工作的缺陷，从而实现全天时的水色遥感监测。

为达成上述目的，采用如下技术方案：

第一技术方案涉及一种基于宽谱光源的光谱测量方法，其包括：分时调节可调滤波器的透射波长；在每一透射波长周期中，宽谱脉冲激光经可调滤波器滤出激光脉冲，激光脉冲经放大后入射到探测目标，回波信号经同一可调滤波器得到待测信号，测量待测信号光强度得到该波长下的回波强度；通过测量不同波长下回波强度，得到探测目标光谱。

第二技术方案基于第一技术方案，其中，所述宽谱脉冲激光和回波信号采用时分复用技术经过同一可调滤波器，具体包括：在所述可调滤波器两端各设置光开关；控制光开关切换，使可调滤波器在第一光通道与第二光通道间切换；所述第一光通道接收宽谱脉冲光激光输出激光脉冲；所述第二光通道接收回波信号输出待测信号；在每一透射波长周期中，包含一个或多个探测周期；在每个探测周期中，依序导通第一光通道和第二光通道。

第三技术方案基于第二技术方案，其中导通第二光通道时，依时序测量待测信号光强度，得到探测目标各个剖面在该波长下的回波强度；并据此得到探测目标各剖面光谱。