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基于激光后向散射的多激光光束风场位移测量系统
引言
气象学和航天科学是两个需要精确测量大气的领域。测量大气的方法主要有两种：直接测量和间接测量。直接测量主要是使用航空器和卫星测量飞行高度、温度、湿度等大气参数，但其设备费用高昂、复杂度大，另外还面临着卫星寿命短等问题。而间接测量则是通过测量大气中的某些指标来推断出大气的状态，例如测量风速等参数。其中，基于激光后向散射的多激光光束风场位移测量系统就是一种间接测量大气的方法。
激光后向散射是指激光在大气中传播时，由于散射效应，部分光线会反射回来。这些散射回来的光线可以用来测量大气参数，如风速、方向、温度、湿度等。多激光光束风场位移测量系统利用多个不同波长的激光器照射大气，从反射的光线中测量出大气中的折射率，从而测量出风场的位移。
系统原理
多激光光束风场位移测量系统包括多个激光器、发射器、接收器和数据处理器。每个激光器发射不同波长的激光光束，这些激光光束经过大气后被反射回来，然后由接收器接收，并经过数据处理器处理。系统的原理是利用多个不同波长的激光发射器发射激光束，当激光束穿过大气时，由于大气介质的非均匀性，不同波长的激光在大气中的传播速度和路径不同，因此随着激光在大气中的传播，其传播体积的大小和形状会发生改变。而大气的折射率与压强和温度等大气参数有关，因此大气中的折射率与不同波长的激光的路径改变量有关。
测量大气中的折射率可以利用激光光束的空气-玻璃界面反射定律测量。当激光束从空气中射入玻璃中时，会在两种介质的交界面上发生反射，从而产生反射信号。反射信号的时间延迟与激光光束在大气中穿过的路程相等，而激光的频率和波长是已知的，因此可以根据反射信号的时间延迟来计算出大气中激光的路径长度和折射率。对于传输距离较远、大气条件不稳定的情况下，使用多个接收器可以增强测量精度。
系统组成
多激光光束风场位移测量系统由多个组件组成，包括不同波长的激光器、激光发射器、接收器和数据处理器等组件。
（1）激光器：系统中需要多个不同波长的激光器，如530nm，532nm，1064nm等。激光器的输出功率需要足够大，以保证其能够穿透大气的散射和吸收，同时也需要具备较高的稳定性。
（2）激光发射器：激光发射器可采用光学远场扩束技术或者透镜技术。同时，考虑到系统应用的实际需求，在确定激光器的数量和类型后，需要合理设计激光发射器的排列。
（3）接收器：多激光光束风场位移测量系统需要多个接收器，每个接收器对应一个激光器。接收器可以采用光电二极管、APD、PMT等光电转换器件，用来将接收到的光信号转换成电信号。
（4）数据处理器：数据处理器主要用来对接收到的数据进行处理和分析，包括信号处理、大气参数反演、数据分析等步骤。其中，大气参数反演是多激光光束风场位移测量系统的核心部分，通过数据处理器对探测的数据进行多次처리，得出精确的大气参数。
系统优点
（1）测量精度高：多激光光束风场位移测量系统采用多个不同波长的激光发射器，可以测量大气中的多个参数，同时也能够有效地降低误差，提高测量的精准度。
（2）系统稳定性好：激光器自身具备较高的稳定性和可靠性，在大气环境下运行也比较稳定，能够长时间稳定地运行。
（3）适用范围广：多激光光束风场位移测量系统适用于各种不同的大气环境，可以应用于各种气象、航天、环保等领域中。
（4）数据处理简便：多激光光束风场位移测量系统的数据处理比较简单，可以通过常规的计算机软件来完成，因此方便实用。
结论
基于激光后向散射的多激光光束风场位移测量系统是一种基于间接测量大气参数的技术，其利用多个不同波长的激光器照射大气，从反射的光线中测量出大气中的折射率，进而测量风场的位移。多激光光束风场位移测量系统具有测量精度高、系统稳定性好、适用范围广和数据处理简便等优点，具有广阔的应用前景。