綜合雷射雷達系統的製作方法

2023-06-09 19:30:31

綜合雷射雷達系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種綜合雷射雷達系統，主要由雷射發射系統(1)、接收光學系統(2)、後繼光學系統(3)、光電探測與採集系統(4)、控制及顯示系統(5)五大部分組成，所述雷射發射系統(1)基本組件為雷射器和發射光學裝置，所述接收光學系統(2)主要包括接收望遠鏡，所述後繼光學系統(3)主要由光纖、目鏡、分光/分束鏡、衰減片和幹涉濾光片或單色儀等光學元件構成，所述光電探測與採集系統(4)基本的組成單元有光電探測器、放大器以及數據採集卡，所述控制及顯示系統(5)包括計算機和顯示屏。本實用新型提供的綜合雷射雷達系統能夠用於大氣參數的反演，根據系統得到的數據選擇相應的方法對雷射雷達回波數據進行處理，得到最終的結果，綜合性能好。
【專利說明】綜合雷射雷達系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種脈衝綜合雷射雷達系統，屬於雷射雷達領域。

【背景技術】
[0002]作為一種主動遙感工具，雷射雷達在大氣探測領域已經得到了廣泛的應用。自I960年雷射問世以來，由於雷射具備單色性好、相干性強、方向性高、以及高亮度、大功率等特點，立即受到了高度的重視，大氣探測技術也因雷射的產生而得到發展。近幾十年來，許多國家都逐步開展了雷射大氣探測技術的相關研究，並取得了突飛猛進的進展。其中，大氣溫度以及氣溶膠濃度是和人類生產生活關係最為緊密的大氣參數之一，因此對其深入研究具有重要的意義。
實用新型內容
[0003]為了克服現有技術的不足，解決好現有技術的問題，彌補現有目前市場上現有產品的不足。
[0004]本實用新型提供了一種綜合雷射雷達系統，主要由雷射發射系統、接收光學系統、後繼光學系統、光電探測與採集系統、控制及顯示系統五大部分組成，所述雷射發射系統基本組件為雷射器和發射光學裝置，所述接收光學系統主要包括接收望遠鏡，所述後繼光學系統主要由光纖、目鏡、分光/分束鏡、衰減片和幹涉濾光片或單色儀等光學元件構成，所述光電探測與採集系統基本的組成單元有光電探測器、放大器以及數據採集卡，所述控制及顯示系統包括計算機和顯示屏。
[0005]優選的，上述發射光學裝置為發射望遠鏡。
[0006]優選的，上述接收望遠鏡的口徑越大越好，在表面鍍有對雷射波長具有高反射率的介質膜層。
[0007]優選的，上述光電探測器主要有光電子發射型、光生伏特型和光電導型。
[0008]本實用新型提供的綜合雷射雷達系統能夠用於大氣參數的反演，根據系統得到的數據選擇相應的方法對雷射雷達回波數據進行處理，得到最終的結果，綜合性能好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0010]附圖標記:1_雷射發射系統；2_接收光學系統；3_後繼光學系統；4_光電探測與採集系統；5_控制及顯示系統；6_大氣。

【具體實施方式】
[0011]為了便於本領域普通技術人員理解和實施本實用新型，下面結合附圖及【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細描述。
[0012]如圖1是本實用新型的綜合雷射雷達系統，主要由雷射發射系統、接收光學系統、後繼光學系統、光電探測與採集系統、控制及顯示系統五大部分組成。
[0013]雷射發射系統最基本的組件為雷射器和發射光學裝置。雷射器是雷射大氣探測的核心部件之一。雷射器的技術指標有:發射波長、脈衝重複頻率、單脈衝能量及其穩定性、脈衝寬度、光束髮散角與方向穩定性等。根據不同的探測需求選擇不同的雷射波長，通常紫外光傳輸距離近，但大氣分子的散射截面較大，而紅外光傳輸距離遠，但散射截面小，探測器在該波段的噪聲也比較大。同時，不同發射波長的選擇也將影響到後面分光系統的設計；單脈衝能量直接影響回波信號的信噪比，但是脈衝能量過大也可能使空氣電離對探測造成負面影響或者引發強回波造成探測器件飽合；高的脈衝重複頻率可以縮短雷射雷達的探測時間，但是卻限制了雷射雷達的探測高度，而且高的脈衝重複頻率也會使單脈衝能量減弱，影響回波信號的信噪比；脈衝寬度影響雷射雷達探測的空間解析度，原則上脈衝寬度越窄越好，但是也同時受到雷射器技術指標的限制；光束髮散角將影響雷達系統的幾何因子，限制回波信號的接收效率。
[0014]發射光學裝置(發射望遠鏡)可以壓縮雷射束的發散角，獲得較為理想的準直光束以增大傳輸距離，但同時以增大光斑直徑為代價。
[0015]雷射雷達的接收光學系統指的是接收望遠鏡，它可以接收發射光束與大氣相互作用後的散射回波，性能良好的接收系統，可以提高雷射雷達系統的整機性能以及探測精度。接收望遠鏡的主要技術指標包括:口徑、接收視場角、焦距以及光學效率等。通常來講，接收望遠鏡的口徑越大，接收到的後向散射光信號越強，信噪比就越大，對於微弱信號的探測通常用較大口徑的望遠鏡；對於非同軸雷達系統，接收視場角決定著系統的幾何因子，接收視場角越大，探測盲區越低，雷射雷達的探測下限越低，但是過大的接收視場角也會同時接收過多的大氣背景輻射噪聲，使探測信號的信噪比降低。同樣，接收視場角應大於雷射束的發散角，這樣才能保證在一定垂直高度處可接收到全部的後向散射信號。因此，應根據具體的探測要求，選擇合適的接收視場角，既使雷射雷達的探測盲區儘可能地，同時又保證回波信號的信噪比；望遠鏡的焦距與口徑一同影響其設計難度和成本，同時焦距也會通過影響入射光的數值孔徑進而影響後續分光系統的設計難度；設計時為了提高望遠鏡的接收效率，通常在其反射鏡的表面鍍上對雷射波長具有高反射率的介質膜層。
[0016]後繼光學系統通常是指光纖、目鏡、分光/分束鏡、衰減片和幹涉濾光片或單色儀等光學元件，用來對接收光學系統接收的數據進行整形、分束、濾波等操作，以最大效率地獲得所需波長的信號。光纖可以將望遠鏡收集到的信號傳導進後面的分光系統，可以避免反射鏡等光學器件的使用進而增加分光系統的穩定性；目鏡可以將望遠鏡接收的後向散射光轉換成平行光，以便後續光學系統的利用；分光/分束鏡可以將不同能量不同波長的光導入響應的分光系統或光電探測器；衰減片可以等比例地減小回波信號的強度，防止信號過強造成光電探測器飽和；幹涉濾波片或單色儀等光學元件是後繼光學系統的核心，其主要用途是將對應波長的信號分離出來，用以後續的信號分析處理，在信號分離的過程中既提取了有用信號同時也抑制了其他波長的信號，單色儀的性能將直接影響雷達系統的探測精度。因此單色儀的設計對雷射雷達系統的成敗至關重要。
[0017]光電探測與數據採集系統的目的是將光學系統分離出來的信號進行光電轉換、信號放大、數據採集等操作，基本的組成單元有光電探測器、放大器以及數據採集卡。光電探測器主要有光電子發射型、光生伏特型和光電導型等。目的是將望遠鏡接收的回波光信號轉化成電信號，以便後面的放大採集。光電探測器的技術指標有:光量子效率、靈敏度、光譜響應、暗電流、探測度、響應時間和線性動態範圍等。可根據不同的探測要求選擇合適的光電探測器；放大器是將光電探測器轉化來的電信號進行放大，像測溫雷射雷達接收的拉曼散射信號比較弱，為了便於進行信號分析，需要將信號進行放大；數據採集卡有模數轉換和光子計數兩種工作模式，對於比較強的信號，像是米散射信號，通常用模數轉換功能，將模擬信號數位化，之後計算機再對數位訊號進行處理，對於比較微弱的信號，像是拉曼散射回波信號，通常用光子技術的模式，通過設定閾值來區分信號和噪聲，實現光子計數。
[0018]控制及顯示系統的職能是通過時序控制，確保雷射雷達的雷射發射、回波信號接收以及數據採集等有序的進行，並實時處理和顯示數據。可以通過控制及顯示系統的軟體界面設置參數，使其按照特定的意圖實現數據接收及採集，通過它還可以實時地檢測信號，對異常情況作出及時的調整。
[0019]經過以上環節採集到的數據就可以用於大氣參數的反演了，不同的探測目的有其對應的反演方法，選擇相應的方法對雷射雷達回波數據進行處理，得到最終的結果。
[0020]以上所述之【具體實施方式】為本實用新型的較佳實施方式，並非以此限定本實用新型的具體實施範圍，本實用新型的範圍包括並不限於本【具體實施方式】，凡依照本實用新型之形狀、結構所作的等效變化均在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種綜合雷射雷達系統，其特徵在於:所述綜合雷射雷達系統主要由雷射發射系統(I)、接收光學系統(2)、後繼光學系統(3)、光電探測與採集系統(4)、控制及顯示系統(5)五大部分組成，所述雷射發射系統(I)基本組件為雷射器和發射光學裝置，所述接收光學系統(2)主要包括接收望遠鏡，所述後繼光學系統(3)主要由光纖、目鏡、分光/分束鏡、衰減片和幹涉濾光片或單色儀等光學元件構成，所述光電探測與採集系統(4)基本的組成單元有光電探測器、放大器以及數據採集卡，所述控制及顯示系統(5)包括計算機和顯示屏。
2.根據權利要求1所述的綜合雷射雷達系統，其特徵在於:所述發射光學裝置為發射望遠鏡。
3.根據權利要求1所述的綜合雷射雷達系統，其特徵在於:所述接收望遠鏡的口徑越大越好，在表面鍍有對雷射波長具有高反射率的介質膜層。
4.根據權利要求1所述的綜合雷射雷達系統，其特徵在於:所述光電探測器主要有光電子發射型、光生伏特型和光電導型。
【文檔編號】G01S17/95GK204009074SQ201420463790
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】鄭敏 申請人:鄭敏