[发明专利]微脉冲激光雷达及对大气水汽、温度、压力探测的方法

权利要求书

1.一种微脉冲激光雷达，其特征在于，所述微脉冲激光雷达包括：

第一发射机、第二发射机和第三发射机，分别用于发射不同波长的激光；

光路传输模组，设在所述不同波长的激光的传输光路上，用于将所述不同波长的激光合成一道激光束，并引导至大气中，还用于接收被大气激发的后向散射回波光，将所述后向散射回波光束转化成平行回波光束，并将所述平行回波光束分离成水汽回波光、压力回波光和温度回波光分别发出；

水汽通道探测模块、压力通道探测模块以及温度通道探测模块，分别设在水汽回波光、压力回波光和温度回波光的传输光路上；所述水汽通道探测模块用于接收并检测所述水汽回波光中的水汽光子数，所述压力通道探测模块用于接收并检测所述压力回波光中的压力光子数，所述温度通道探测模块接收并检测所述温度回波光中的第一温度光子数和第二温度光子数；

数据处理控制模组，与所述第一发射机、第二发射机、第三发射机、水汽通道探测模块、压力通道探测模块以及温度通道探测模块连接，一方面用于获取水汽通道探测模块、压力通道探测模块以及温度通道探测模块的数据并统一进行反演计算，另一方面用于控制第一发射机、第二发射机以及第三发射机的注入电流和工作温度以及将输出的连续波激光斩波成脉冲激光，协同系统的时序；

所述数据处理控制模组包括：

多通道数据累积器，所述多通道数据累积器的输入端分别连接水汽通道探测模块、压力通道探测模块以及温度通道探测模块，输出端连接处理机，所述多通道数据累积器用于将所述水汽光子数、所述压力光子数、所述第一温度光子数以及所述第二温度光子数传输至所述处理机统一进行反演计算；

所述处理机还连接有脉冲发生器，所述脉冲发生器分别与所述第一发射机、第二发射机和第三发射机连接，为所述第一发射机、第二发射机和第三发射机提供斩波脉冲；

所述处理机包括至少一个处理器与第一发射机、第二发射机以及第三发射机连接，用于组成伺服单元，调整第一发射机、第二发射机以及第三发射机的注入电流和工作温度；所述处理机还用于协同脉冲发生器和数据累积器的时序。

2.根据权利要求1所述的微脉冲激光雷达，其特征在于，所述光路传输模组包括：

全反射镜，设置在由所述第一发射机输出的光的传输方向上，用于将所述第一发射机的激光折转90^°；

偏振合束器，设置在由所述第二发射机输出的光的传输方向与由所述全反射镜输出的光的传输方向的相交处，用于将第一发射机的激光与第二发射机的激光正交偏振合束；

第一双色片，设置在所述第三发射机的光路与所述偏振合束器的光路相交处，用于将第一发射机、第二发射机和第三发射机的激光合束；

以及在所述激光合束的传输光路上依次设置的扩束器、轴椎体、第一透镜、望远镜及输入/输出光窗；所述激光合束依次被准直、圆环光斑转换、汇聚和平行处理后，得到包含765nm、770nm和825.5nm波长激光的平行激光束进入大气，被大气激发产生后向散射回波光束，所述后向散射回波光束经输入/输出光窗返回至所述第一透镜进行平行处理，再由中空反射镜、第二双色片和小角度干涉滤光片依次进行处理；

所述第二双色片将所述平行回波光束中的825.5nm的水汽回波光分离出来发给所述水汽通道探测模块；

所述小角度干涉滤光片将所述平行回波光束中的765nm的压力回波光分离出来发给所述压力通道探测模块，并将770nm的温度回波光发给所述温度通道探测模块。

3.根据权利要求2所述的微脉冲激光雷达，其特征在于，所述中空反射镜上设置有中空部和外周反射镜，所述中空部用于使轴椎体发送出的圆环光斑的光束无阻碍穿过，所述外周反射镜用于使平行回波光束被折转90^°。

4.根据权利要求1所述的微脉冲激光雷达，其特征在于，所述水汽通道探测模块包括：

第一滤光片组合体，设在所述水汽回波光的传输方向上，用于抑制环境光；

第二透镜，设在所述第一滤光片组合体输出的光的传输方向上；

第一单光子计数器，设在所述第二透镜输出的光的汇聚方向上，用于检测水汽回波光中的水汽光子数。