[发明专利]一种大气多参数探测多功能激光雷达

说明书

本发明公开了一种大气多参数探测多功能激光雷达，包括激光产生模块、脉冲调制模块、放大模块、信号收发模块、偏振控制模块、信号拍频模块、信号采集模块、大气多参数反演模块、多功能应用模块，本发明增加了偏振控制器，实现了单台激光雷达同时反演信噪比、多普勒速度、谱宽、偏度、退偏比、消光系数、能见度、湍流耗散率、风切变强度等大气多参数；采用单路探测偏振的方式，并且不存在多路探测需要校准探测器相应等问题，解决了时分复用技术探测偏振时，距离变短的问题；本发明可自由切换成普通相干探测模式、偏振探测模式和米级分辨探测，实现多种探测功能和应用共享一套硬件，具有系统最小化，探测参数最全化，应用场景全面化的优点。

技术领域

本发明属于大气探测技术领域，具体涉及一种大气多参数探测多功能激光雷达。

背景技术

相干多普勒测风激光雷达是一种非常适合于测量大气边界层和中尺度变化的雷达，对气象学研究至关重要。单独的多普勒激光雷达可以测量边界层高度和风廓线等大气参数，而多普勒激光雷达与其他探测设备配合使用可以获得更多的大气参数。相干多普勒测风激光雷达历经几十年的发展，已经在地基、舰载和机载平台得到论证，技术较为成熟，可实现复杂风场、大气湍流、重力波、风切变、尾流、龙卷风的探测，已广泛应用于气象、风能、军民机场、短临天气预报等领域。

虽然目前相干多普勒测风激光雷达已经广泛应用于复杂风场测量和大气动力学研究，但主要使用的是边界层高度、风廓线等基本参数。而研究复杂的大气科学和大气物理现象和机理往往需要多种设备协同观测，面临成本高、布设场地要求高、多源数据融合复杂等问题。丰富激光雷达大气探测参数的多样性，可进一步扩展相干多普勒测风激光雷达的功能和应用，充分发挥激光雷达的能力，激光雷达探测参数及其应用的多样化发展对大气科大的研究具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种大气多参数探测多功能激光雷达，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种大气多参数探测多功能激光雷达，包括激光产生模块、脉冲调制模块、放大模块、信号收发模块、偏振控制模块、信号拍频模块、信号采集模块、大气多参数反演模块、多功能应用模块；

所述激光产生模块包括激光器和保偏分束器，脉冲调制模块包括脉冲调制器和信号发生器，放大模块包括放大器，信号收发模块包括发射望远镜和接收望远镜，偏振控制模块包括偏振控制器，信号拍频模块包括耦合器和平衡探测器，信号采集模块包括信号采集系统，大气多参数反演模块包括大气多参数反演系统，多功能应用模块包括多功能应用模块；

所述激光器的输出端和保偏分束器的输入端连接，保偏分束器的输出端和脉冲调制器输入端连接，模拟信号发生器的输出端和脉冲调制器输入端连接，脉冲调制器输出端和放大器输入连接，放大器输出端和发射望远镜输入连接，发射望远镜将激光出射到大气中；

所述保偏分束器的输出端和耦合器的输入端连接，接收望远镜输出端和偏振控制器的输入端连接，偏振控制器的输出端和耦合器的输入端连接，耦合器的输出端和平衡探测器的输入端连接，平衡探测器的输出端和信号采集系统的输入端连接，信号采集系统的输出端和大气多参数反演系统的输入端连接，大气多参数反演系统的输出端连接和多功能应用模块的输入端连接。

优选地，所述多功能激光雷达包括3种探测模式。

优选地，第一种探测模式用于包括风场探测、气溶胶探测、能见度探测、云探测和雨探测，第二种探测模式为米级分辨率采集模式，用于包括飞机尾流、空气动力学应用领域，第三种探测模式为偏振探测，用于包括污染物识别和分类、云层相态分析。

优选地，所述激光产生模块用于产生频率稳定的连续光信号并进行分束成2束连续光；

所述脉冲调制模块用于对激光产生模块输入的连续光信号进行脉冲调制；