基于四通道双程F-P干涉仪的瑞利散射多普勒激光雷达系统.pdf

本发明涉及一种直接探测多普勒激光雷达系统,特别涉及一种基于四通道双程F?P干涉仪的瑞利散射多普勒激光雷达系统。其特征是:发射源采用355nm种子注入脉冲激光器,接收光路主要由四通道双程F?P干涉仪、两个准直镜、两个二次反射直角棱镜、两个1×2光纤耦合器、四个分束镜和六个光电倍增管等器件组成。四通道双程F?P干涉仪采用一体化设计,四个通道分别对应F?P干涉仪1、F?P干涉仪2、F?P干涉仪M和F?P干涉仪L,自由谱间距均为12GHz。F?P干涉仪1和F?P干涉仪2的谱宽都为2.2GHz,两者的频谱峰峰间隔为5.8GHz,有效通光口径均一分为二,分别与两个二次反射直角棱镜组成往返双程光路,使入射光束重复两次透过F?P干涉仪1和F?P干涉仪2。F?P干涉仪M和F?P干涉仪L的谱宽都为1GHz,它们和F?P干涉仪1的频谱峰峰间隔分为2.9GHz和2.4GHz,均设计成单程光路,分别用于测量气溶胶和测量及锁定发射激光频率。发射激光频率被锁定在F?P干涉仪L的右侧半腰处,即F?P干涉仪M的谱峰位置或F?P干涉仪1和F?P干涉仪2频谱的交叉点位置。准直后的大气后向散射光被分为四束,一束用做能量监测,另外三束分别入射至F?P干涉仪M、双程F?P干涉仪1和双程F?P干涉仪2。利用瑞利散射光经过双程F?P干涉仪1和双程F?P干涉仪2透过率的比值可以反演得到径向风速;透过率之和可以反演得到大气温度。由F?P干涉仪M获得后向散射比用做温度反演时能量监测信号修正。由于采用上述技术方案,与传统的瑞利多普勒双边缘技术相比,本发明所具有的优点和积极效果是:显著提高风速和温度测量灵敏度的同时,能强力抑制米散射信号的干扰,进而提高风速和温度测量精度,特别是提高低层和中高层云层或火山灰附近的风场和温度测量精度;优化设计的系统参数兼顾了高低层风场和温度测量,实现了单台激光雷达同时高精度探测高低层大气风场和温度。