1.一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统,其特征在于:包括
激光雷达发射系统,用于将不同波长的激光束经全反镜射入大气层;
接收系统,用于接收经大气散射后返回的散射光束;
分光系统,用于对接收系统接收到的散射光束进行大气分子瑞利散射信号和气溶胶米氏散射信号的分离并传递到主控系统;
主控系统,用于对接收散射信号进行数据分析。
2.根据权利要求1所述的一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统,其特征在于:所述激光雷达发射系统包括激光器、二倍频晶体、三倍频晶体、第一全反镜;所述激光器用于产生基频光,并分别经二倍频晶体和三倍频晶体,同时发射重复频率为100Hz、波长为355nm、532nm和1064nm的激光经第一全反镜垂直进入大气层。
3.根据权利要求1所述的一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统,其特征在于:所述接收系统包括望远镜、小孔、第一汇聚透镜、第二全反镜;所述望远镜垂直接收大气后向散射光,该后向散射光经过小孔、第一汇聚透镜准直之后变成平行光,经第二全反镜反射到分光系统。
4.根据权利要求1所述的一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统,其特征在于:所述分光系统包括第一分色片、第二分色片、第三分色片、第一窄带干涉滤光片、第二窄带干涉滤光片、第三窄带干涉滤光片、偏振分束镜、λ/4波片、FP标准具、第二汇聚透镜、第三汇聚透镜、第四汇聚透镜、第五汇聚透镜、第六汇聚透镜、碘分子吸收滤波器、雪崩光电二极管、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器;
所述分光系统通过第一分色片、第一窄带干涉滤光片将波长为355nm的反射光束从后向散射光束中分离出来,分离出的355nm的反射光经过偏振分束镜分离平行偏振信号,其中一部分平行偏振信号依次经过λ/4波片、FP标准具、第二汇聚透镜汇聚进入第一光电探测器进行光电信号转换并记录,该光路通道为气溶胶通道;另一部分平行偏振信号被FP标准具再次反射,返回λ/4波片,偏振方向转过90度,经偏振分束镜再次反射由第三汇聚透镜汇聚进入第二光电探测器进行光电信号转换并记录,该光路通道为第一分子通道;
所述分光系统通过第二分色片、第二窄带干涉滤光片将波长为532nm的反射光束从后向散射光束中分离出来,其中一部分波长为532nm的反射光由第四汇聚透镜汇聚进入第四光电探测器进行光电信号转换并记录,该光路通道为综合通道;另一部分波长为532nm的反射光通过碘分子吸收滤波器经过第五汇聚透镜汇聚进入第三光电探测器进行光电信号转换并记录,该光路通道为第二分子通道;
所述分光系统通过第三分色片、第三窄带干涉滤光片将波长为1064nm的反射光束从后向散射光束中分离出来,分离出的散射光经过第六汇聚透镜汇聚进入雪崩光电二极管进行光电信号转换并记录,该光路通道为第三分子通道。
5.根据权利要求4所述的一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统,其特征在于:所述主控系统包括信号采集模块、计算机;其中,信号采集模块用于采集第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、雪崩光电二极管记录的数据并将数据传递到计算机上进行数据分析;
所述信号采集模块采集的第三光电探测器反馈的第二分子通道信号、第四光电探测器反馈的综合通道信号,将分子通道和综合通道的信号分别记为smol(z)和scom(z):smol(z)=ηmol·[fmol(z)·Nm(z)+fa·Na(z)] (1)scom(z)=ηcom·[Nm(z)+Na(z)] (2)式中:z为相对于激光雷达所在位置的高度;ηmol和ηcom分别为分子通道和综合通道的探测效率,包括除碘吸收池以外的所有光学和电子常量;Nm(z)和Na(z)分别为在高度z处散射,并被系统接收到的分子瑞利散射信号和气溶胶米散射信号;fm(z)为高度z处的大气分子散射回波通过碘池的透过率,它是瑞利散射谱与碘分子吸收谱在频域的卷积;fa为气溶胶米散射回波通过碘池的透过率,近似等于碘吸收谱线中心的透过率,是一个与高度无关的小量;
通过将激光引入接收系统进行频率扫描,再结合不同高度处的分子散射谱线,就可以计算出分子通道和综合通道的标定系数Cmm(z)和Cam:Cmm(z)=fm(z)·ηmol/ηcom (3)
Cam=fa·ηmol/ηcom (4)
因此,能够从原始信号中提取出瑞利散射信号和米散射信号:
6.根据权利要求2所述的一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统,其特征在于:所述激光器为Nd:YAG型激光器。
7.根据权利要求3所述的一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统,其特征在于:所述望远镜为口径为400mm、焦距为2000mm型号的卡塞格林望远镜。
8.根据权利要求5所述的一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统,其特征在于:所述信号采集模块为NI Pcle6363型号的信号采集模块。
9.根据权利要求4所述的一种用于气溶胶尺度谱测量的高光谱激光雷达系统,其特征在于:第一至第四光电探测器为EMI9214型号的光电探测器。