近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114460602A(43)申请公布日2022.05.10(21)申请号202210046598.2(22)申请日2022.01.13(71)申请人西安理工大学地址710048陕西省西安市碑林区金花南路5号(72)发明人高飞杨帆华灯鑫汪丽(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214专利代理师徐瑶(51)Int.Cl.G01S17/95(2006.01)G01S7/481(2006.01)G01S7/483(2006.01)G01N21/65(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图3页(54)发明名称近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达系统及方法(57)摘要本发明公开的供近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达系统，包括有激光发射子系统、侧向望远镜接收与分光子系统、数据采集与反演子系统；激光发射子系统，能够发出特定波长的激光，并垂直射向大气；侧向望远镜组接收及分光子系统，用于接收、分离提取及探测提取相对激光发光谱侧向散射高低量子数通道的纯转动拉曼散射回波信号；数据采集与反演子系统，采集相对激光发射光谱具有高低量子通道的侧向纯转动拉曼散射回波信号，并实大气温度的数据反演，数据采集与反演子系统与侧向望远镜接组收及分光子系统连接。还公开一种近地层无盲区温度探测拉曼激光雷达方法。CN114460602ACN114460602A权利要求书1/4页1.供近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达系统，其特征在于，包括有激光发射子系统、侧向望远镜接收与分光子系统、数据采集与反演子系统；激光发射子系统，能够发出特定波长的激光，并垂直射向大气；侧向望远镜组接收及分光子系统，用于接收、分离提取及探测提取相对激光发光谱侧向散射高低量子数通道的纯转动拉曼散射回波信号；数据采集与反演子系统，采集相对激光发射光谱具有高低量子通道的侧向纯转动拉曼散射回波信号，并实大气温度的数据反演，数据采集与反演子系统与侧向望远镜接组收及分光子系统连接。2.根据权利要求1所述的供近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达系统，其特征在于，激光发射子系统包括有激光器(1)、激光扩束器(2)及45°全反镜(3)；激光器(1)、激光扩束器(2)及45°全反镜(3)放置于同一水平面，由激光器(1)发出的水平激光经过激光扩束器(2)及45°全反镜(3)后垂直射向大气；45°全反镜(3)为可电动调节45°全反镜。3.根据权利要求2所述的供近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达系统，其特征在于，激光器(1)为高能量脉冲激光器或高功率连续激光器。4.根据权利要求2所述的供近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达系统，其特征在于，侧向望远镜接收及分光子系统包括电动可调俯仰支架(11)，电动可调俯仰支架(11)上安装有两个侧向望远镜组(5)，侧向望远镜组(5)包括有两个侧向望远镜，其中一个侧向望远镜的出光口后依次安装有第一片透镜a(6)、第一滤光片a(7)、第二滤光片a(8)、第二片透镜a(9)及PMT光电探测器a(10)；另一个侧向望远镜的出光口后依次安装有第一片透镜b(16)、第一滤光片b(17)、第二滤光片b(18)、第二片透镜b(19)及PMT光电探测器b(20)；PMT光电探测器a(10)记录相对激光发射光谱侧向散射高量子数通道的侧向纯转动拉曼散射回波信号，PMT光电探测器b(20)记录相对激光发射光谱侧向散射低量子数通道的侧向纯转动拉曼散射回波信号。5.根据权利要求4所述的供近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达系统，其特征在于，第一滤光片a(7)及第二滤光片a(8)的高量子通道中心波长为：相对激光发射波长具有拉曼信号随温度负变化率最大；具体参数为：带宽为：0.2～0.3nm，抑制率为：OD大于等于6，工作角度：5°～7°；第一滤光片b(17)、第二滤光片b(18)的低量子通道中心波长为：相对激光发射波长具有拉曼信号随温度正变化率最大；具体参数为：带宽为：0.2～0.3nm，抑制率为：OD大于等于6，工作角度：5°～7°。6.近地层无盲区大气温度探测拉曼激光雷达方法，其特征在于，具体按照一下步骤实施：步骤1、侧向纯转动拉曼散射激光雷达初始化；步骤2、由俯仰转动平台(11)经侧向望远镜组(5)接收到每个高度层的数据为直流电平信号；通过望远镜在0～90°俯仰角θ下，每旋转任意一个角度所接收到的侧向拉曼散射回波信号，将所有采集到的电平信号进行拟合，可获得侧向拉曼散射回波信号；步骤3、侧向纯转动拉曼激光雷达探测大气温度标定函数的优化；步骤4、通过侧向纯转动拉曼散射大气温度探测激光雷达反演算法获取低层大气温度廓线；2CN114460602A权利要求书2/4页步骤5、计算侧向纯转动拉曼大气温度的不确定度；步骤6、对侧向纯转动拉曼散射激光雷达反