[发明专利]一种用于火星大气探测的混合型激光雷达

权利要求书

1.一种用于火星大气探测的混合型激光雷达，其特征在于，具有光学收发模块(A)、相干平衡探测模块(B)、单光子直接探测模块(C)和数据处理模块(D)，其中：

所述光学收发模块(A)，将可变波长连续波激光信号分为信号光和本振光，获得并将能量放大的频移脉冲光出射至大气中，并从火星大气分子和尘埃中获得后向散射信号；

所述相干平衡探测模块(B)，接收后向散射信号并截断镜面散射，将本振光与大气回波信号转换成中频电信号，并将中频电信号转换成高速模拟信号；

所述单光子直接探测模块(C)，用于探测不同偏振态的光子信号，对不同通道的单光子电信号进行测量获得并输出各通道光子计数；

所述数据处理模块(D),其第一输入端与所述相干平衡探测模块(B)的输出端连接，将高速模拟信号进行风场反演，获得火星大气风场；其第二输入端与单光子直接探测模块(C)的输出端连接，根据不同通道光子计数的不同，计算获得偏振光和火星气溶胶颗粒物浓度。

2.根据权利要求1所述的一种用于火星大气探测的混合型激光雷达，其特征在于，所述光学收发模块(A)包括：激光器(1)、光纤分束器(2)、声光调制器(3)、激光放大器(4)、光纤环形器(5)、望远镜(6)，其中：

光纤分束器(2)的入光口与激光器(1)连接，接收将可变波长连续波激光信号分为信号光和本振光；

声光调制器(3)的入光口与光纤分束器(2)输出端连接，用于将信号光调制成频移脉冲光；

激光放大器(4)的入光口与声光调制器(3)的出光口连接，获得能量放大的频移脉冲光；

光纤环形器(5)的第一端口(a)与激光放大器(4)的出光口连接，用于发射能量放大的频移脉冲光；

望远镜(6)的出射模块(O)与光纤环形器(5)的第二端口(b)连接，用于将能量放大的频移脉冲光出射至大气中，并从火星大气分子和尘埃中获得后向散射信号。

3.根据权利要求1所述的一种用于火星大气探测的混合型激光雷达，其特征在于，所述相干平衡探测模块(B)包括：光开关(7)、耦合器(8)、平衡探测器(9)、高速模拟信号采集卡(10)，其中：

所述光开关(7)的入光口与光纤环形器(5)的第三端口(c)连接，用于接收后向散射信号并截断镜面散射；

耦合器(8)的第一入光口与光纤分束器(2)的入光口连接，用于接收本振光；耦合器(8)的第二入光口与光开关(7)的出光口连接，用于将本振光与大气回波信号混频，获得混频信号；

平衡探测器(9)的两个入光口与耦合器(8)的两个出光口连接，用于将混频信号转换成中频电信号；

高速模拟信号采集卡(10)的输入端与平衡探测器(9)的输出连接，用于将中频电信号转换成高速模拟信号。

4.根据权利要求1所述的一种用于火星大气探测的混合型激光雷达，其特征在于，单光子直接探测模块(C)包括：带通滤波器(11)、偏振分数器(12)、双通道单光子探测器(13)、多通道采集卡(14)，其中：

带通滤波器(11)的输入端与望远镜(6)的接收模块(I)连接，用于接收后向散射信号并进行背景噪声滤波，获得去噪的后向散射信号；

偏振分束器(12)的入光口与带通滤波器(11)的输出端连接，用于接收去噪的后向散射信号，得到不同偏振态的光子信号；

双通道单光子探测器(13)的两个输入通道分别与偏振分束器(12)的出光口连接，用于探测不同偏振态的信号，获得并输出不同通道的光子电信号；

多通道采集卡(14)的输入端与双通道单光子探测器(13)的输出口连接，用于对采集各通道的光子电信号进行测量获得并输出各通道光子计数。

5.根据权利要求1所述的一种用于火星大气探测的混合型激光雷达，其特征在于，将相干平衡探测模块(B)的信噪比信息与单光子直接探测模块(C)的光子数实时进行强度对比，用于对激光器出射功率和回波信号的稳定性进行标定，提高雷达探测信息的准确度。