一种星载风、温、气溶胶同步观测激光雷达.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115639572A(43)申请公布日2023.01.24(21)申请号202211139916.6(22)申请日2022.09.19(71)申请人北京空间机电研究所地址100076北京市丰台区南大红门路1号9201信箱5分箱(72)发明人王玉诏(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009专利代理师陈鹏(51)Int.Cl.G01S17/95(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种星载风、温、气溶胶同步观测激光雷达(57)摘要一种星载风、温、气溶胶同步观测激光雷达，激光发射单元向大气中发射单频脉冲激光；接收望远镜单元收集激光后向散射回波并送至陷波滤波器单元，滤除气溶胶信号并保留大气分子瑞利散射信号，形成回波滤波光信号送入干涉仪单元；干涉仪单元先后对采样单频脉冲激光和回波滤波光信号进行干涉调制，生成相位差依次为0°、90°、180°和270°的四路干涉信号，分别送入四个信号探测单元，先后探测出采样激光光学信号和回波滤波光信号，并进行光电转换和数字化后送入处理反演单元；处理反演单元利用四个信号探测单元传来的数字信号，反演出风速、温度和气溶胶消光系数。本发明通过一台星载激光雷达装置同时具备测量风速、温度和气溶胶的功能，集成度高、效费比高。CN115639572ACN115639572A权利要求书1/2页1.一种星载风、温、气溶胶同步观测激光雷达，其特征在于包括：激光发射单元(1)、接收望远镜单元(2)、陷波滤波器单元(3)、干涉仪单元(4)、四个信号探测单元(5～8)、处理反演单元(9)和激光取样单元(10)，其中：激光发射单元(1)：用于向大气中发射单频脉冲激光；接收望远镜单元(2)：用于收集激光后向散射回波并送至陷波滤波器单元(3)；陷波滤波器单元(3)：用于滤除激光后向散射回波中的气溶胶信号并保留大气分子瑞利散射信号，形成回波滤波信号送入干涉仪单元(4)；激光取样单元(10)：用于对激光发射单元(1)发射的单频脉冲激光进行采样，并作为参考激光送入干涉仪单元(4)；干涉仪单元(4)：按照先后顺序分别处理由激光取样单元(10)送入的参考激光和由陷波滤波器单元(3)送入的激光后向散射回波光；首先，对所述参考激光进行干涉调制，生成光程差依次为Δ0、Δ0+λ/4、Δ0+λ/2、Δ0+3λ/4的四路干涉信号，分别送入四个信号探测单元(5～8)；然后，对所述激光后向散射回波光进行干涉调制，生成光程差依次为Δ0、Δ0+λ/4、Δ0+λ/2、Δ0+3λ/4的四路干涉信号，分别送入四个信号探测单元(5～8)；信号探测单元(5～8)：用于探测出干涉信号中所包含的光学信号，并进行光电转换和数字化后送入处理反演单元(9)；处理反演单元(9)：利用四个信号探测单元(5～8)传来的数字信号，反演出风速、温度和气溶胶消光系数。2.根据权利要求1所述的一种星载风、温、气溶胶同步观测激光雷达，其特征在于：所述的处理反演单元(9)反演出风速v，具体为：式中c为光速，v为风速，为激光后向散射回波光干涉相位差，为参考激光的干涉相位差，σ0为发射激光波数，Δ0为基准光程差。3.根据权利要求1所述的一种星载风、温、气溶胶同步观测激光雷达，其特征在于：所述的处理反演单元(9)反演出温度T，具体为：式中Δ0为基准光程差，Q为反演常数，V(r)为通过下式求得的距离r处的值，其中，I1、I2、I3、I4分别为由信号探测单元(5～8)输出的探测信号，对应的光程差分别为Δ0、Δ0+λ/4、Δ0+λ/2、Δ0+3λ/4，λ为单频脉冲激光的波长。4.根据权利要求1所述的一种星载风、温、气溶胶同步观测激光雷达，其特征在于：所述的处理反演单元(9)反演出气溶胶消光系数，具体为：2CN115639572A权利要求书2/2页式中Im(r)＝I0(r)，I0(r)为距离r处得到的入射光强，βm(r)为距离r处的大气分子后向散射系数，I0(r)通过下式计算得到，其中，I1、I2、I3、I4分别为由信号探测单元(5～8)输出的探测信号，对应的光程差分别为Δ0、Δ0+λ/4、Δ0+λ/2、Δ0+3λ/4，λ为单频脉冲激光的波长。5.根据权利要求1所述的一种星载风、温、气溶胶同步观测激光雷达，其特征在于：所述的单频脉冲激光满足条件：单一波长选取范围0.3～2.2μm、相对线宽≤2×10‑7λ、波长相对稳定性≤1×10‑6、脉冲宽度≤5μs、重复频率≤40kHz、单脉冲能量≥1μJ。6.根据权利要求1所述的一种星载风、温、气溶胶同步观测激光雷达，其特征在于：所述的接收望远镜单元(2)采用透射式镜头或者反射式镜头，对激光发射单元(1)发射的激光波长的透过率≥0.5，有效口径≥50mm，接收视场≥50μrad。7