[实用新型]一种全高程大气风温密探测激光雷达

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光雷达，尤其涉及从近地面到110公里全高程范围的大气风场、温度和密度同时探测激光雷达。 

背景技术

从近地面到110公里大气层段，是日-地关系链中的重要环节，也是大气科学和空间环境研究的重要领域。激光雷达由于其具有时空分辨率高、探测灵敏度高、不存在大气探测盲区等独特优点，成为这一层段大气探测的必备手段。全高程大气风场、温度、密度的同时测量，不仅在深入了解地球大气层动力学、光化学过程和全球气候变化等方面具有极其重要的科学价值，同时，对卫星发射和回收、空间环境预报等具有极其重要的应用价值。 

利用碘分子(或F-P标准具)多普勒频率鉴别的测风激光雷达，实现了对20~80km大气风场和温度的同时探测(G.Baumgarten, et.al. Doppler Rayleigh/ Mie/Raman lidar for wind and temperature measurements in the middle atmosphere up to 80km，Atmos. Meas. Tech., 3, 1509~1518,2010. Chiao-Yao She, Direct-detection Doppler wind measurements with a Cabannes–Mie lidar: A. Comparison between iodine vapor filter and Fabry Perot interferometer methods, Applied Optics, 46(20): 4434~4443, 2007)。 

利用脉冲染料放大及三频率声光调制的高分辨率钠层风温激光雷达，实现了对80~110km高空钠层风场和温度的同时探测(Kam S.Arnold, C.Y.She, Metal fluorescence lidar and the middle atmosphere, Contemporary Physics, 2003, 44(1):35~49, Chiao-Yao She, et al. Simultaneous three frequency Na lidar measurements of radial wind and temperature in the mesopause region, Geophys. Res. Lett., 21(17): 1771~1774, 1994. Hu Xiong, et al. Sodium fluorescence Doppler lidar to measure atmospheric temperature in the mesopause region. Chinese Sci Bull, 56: 417~423, 2011)。 

将三台分别利用拉曼散射、瑞利散射和共振荧光的激光雷达联合起来，实现了1~105公里夜间温度探测(Temperature lidar measurements from 1 to 105 km altitude using resonance, Rayleigh, and Rotational Raman scattering，Atmos. Chem. Phys. 4:793~800, 2004；Lidar temperature measurements of gravity waves over Kühlungsborn from 1 to 105 km: A winter-summer comparison, Journal of Geophysical Research, 111(D24108), 2006)。 

利用两次倍频余光复用、双光纤焦面分光和原子滤光等关键技术的全天时、全高程大气探测激光雷达，实现从3~110km大气密度同时探测和80~110km钠层密度全天时探测(全天时、全高程大气探测激光雷达，新型专利号200920083967.5；双波长高空探测激光雷达技术，中国激光, 33(5):601~606，2006)。 

但是到目前为止，尚未见关于单台激光雷达实现全高程风场、温度、密度同时探测激光雷达的报道。 

如果利用上述多台激光雷达设备简单堆砌到一起实现全高程风场、温度、密度同时探测，这种多激光器、多望远镜、多采集卡的简单组合方式，一方面会导致系统复杂，造价昂贵，维护费用高等；另一方面，还会由于多台激光雷达设备的一致性和稳定性问题，使得全高程数据反演精度产生额外误差，从而降低系统探测精度和可靠性。