[发明专利]大气二氧化硫和臭氧廓线拉曼-瑞利/米多功能激光雷达测量装置及探测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种大气二氧化硫和臭氧廓线拉曼-瑞利/米多功能激光雷达测量装置及探测方法，属激光大气探测领域。

背景技术：

大气二氧化硫和臭氧廓线的常规传统的测量方法是无线电探空技术和激光雷达测量。

不足和存在的问题：无线电探空仪探测的精确度和实际地空间位置坐标存在很大的不确定性；太阳光度计测量的是整层大气的臭氧和二氧化硫的含量，不能进行空间分辨测量；而激光雷达测量比探空测量方便准确，但是就用激光雷达对大气臭氧廓线进行测量而言，国内外常规的测量方法是差分吸收激光雷达测量，该方法所需要的激光光源的条件很苛刻，染料寿命很短导致激光光源的能量不稳定，而且不经济；

最主要的问题：采用的波段都是紫外波段，但是在紫外波段臭氧和二氧化硫都存在吸收，这导致臭氧和二氧化硫的探测存在相互的干扰，使测量的结果不够精确。

发明内容：

本发明的目的是提供一种大气二氧化硫和臭氧廓线拉曼-瑞利/米多功能激光雷达测量装置，该装置可以用来对影响大气环境和气候的臭氧和二氧化硫进行长期的，较大高度范围内的准确测量，测得的数据具有准确性，可靠性，可以用来对大气环境和气候变化的研究。

本发明同时提供一种探测方法，该发明方法简单，激光回波能量稳定，测量的结果较常规差分吸收测量结果精确。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

大气二氧化硫和臭氧廓线拉曼-瑞利/米多功能激光雷达测量装置，该装置包括：

光路、数据采集单元、主控计算机，所述光路前部依次包括：激光发射器、扩束器、反射镜、接收望远镜和准直镜，光路的后部接收分别为分色镜、半反半透镜(532nm/266nm)和全反镜(532nm/266nm)；

所述分色镜的分光送入光电探测器A，半反半透(532nm/266nm)镜的反射光送入光电探测器B，全反镜(532nm/266nm)的反射光送入光电探测器C，光电探测器A、B经数据采集单元与主控制计算机相连，光电探测器C经A/D转数据换采集单元与主控计算机相连，所述光电探测器A、B均设有门控单元，各门控单元分别与主控计算机相连。

激光发射器采用Nd:YAG激光器；光电控制器A、B、C采用光电倍增管，门控单为光电倍增管门控电路；所述数据采集单元为光子计数卡和A/D转换数据采集卡。

一种探测方法，包括以下步骤：

Nd:YAG激光器的二倍频532nm和四倍频266nm光经过扩束镜扩束后，再经过反射镜垂直反射进入大气，激光在大气中发生瑞利、拉曼和米散射，散射光被望远镜接受，聚焦在望远镜的焦点上，再经过准直镜准直后被分色镜、半反半透(532nm/266nm)镜和全反镜(532nm/266nm)，分别进入拉曼和瑞利/米通道，

散射光中的氮拉曼光607nm被第一分色镜分出进入拉曼通道，由光电探测器A探测后经数据采集单元送入主控计算机，测得拉曼散射回波信号强度P(z)；

散射光中的532nm光(遮挡住266nm光源)经半反半透镜反射后进入瑞利通道，由光电探测器B探测后经数据采集单元送入主控计算机，测得高空瑞利散射(532nm)回波信号强度Q(z)；

散射光中的532nm光(挡住266nm光源)经半反半透镜透射光镜全反镜反射进入米通道，由光电探测器C探测后经A/D转换数据采集单元送入主控计算机，测得低空米散射(532nm)回波信号强度Q(z)；

将拉曼通道607nm的拉曼散射回波信号P(z)和瑞利/米通道532nm的散射回波信号Q(z)代入伯努利方程组：

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