[发明专利]多层云实时测距装置及其测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层云实时测距装置及其测距方法。

背景技术

用于云底高度测量的仪器常使用测距原理和米散射激光雷达遥感等原理。

使用测距原理的仪器有云幕灯、激光测距云高仪等，云幕灯的测量精度太低所以现在基本上不再使用，激光测距云高仪采用发射激光脉冲到云层上，并记录发射时间和由云底反射回的光脉冲信号的时间，通过时间推算距离，由于采取的结构、使用的光源在大气中的穿透能力不强，同时探测单元的接收能力不高，一般白天只有1-2千米，而夜间也只有8千米，且采取计时的技术路线是只记一次，所以这两种实现途径都只能测量一个单一的目标，即只能探测离测量仪器最近的一层云底高，如果是多层云则不能测量。

米散射激光雷达遥感测原理：测量云高是探测激光脉冲在大气中不同高度的后向散射信号，云是强散射信号，所以通过算法就能够得到云底信息，由于激光雷达采取的结构和单元器件参数其探测能力强，可以获取十几到几十千米的大气信息，所以多层云信息也同时获得。但该技术不仅需要保证激光的穿透和探测能力还需要对大气分层测量，造成采取的单元器件成本高，同时为保证仪器的野外使用性能采取了较多的保护措施，因此总体造价相对较高，在精度上不仅取决于硬件系统的构成还取决于算法的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多层云实时测距装置。

本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种多层云实时测距方法。

对于多层云实时测距装置，本发明采用的技术方案是：包括激光扩束整形系统、红外激光二极管、信号识别计时器、系统控制模块、光电探测器、后继光路、小孔光栏、接收望远镜；激光扩束整形系统设在红外激光二极管前方，红外激光二极管连接到信号识别计时器；信号识别计时器与光电探测器连接，光电探测器与后继光路连接，后继光路前方依次设有小孔光栏和接收望远镜；激光扩束整形系统由复数块可调节透镜组合而成；系统控制模块包括用于与上位计算机连接的通讯接口。

作为优选，接收望远镜为透射式组合镜或折返式望远镜。

作为优选，后继光路包括光学透镜、准直透镜、光学滤光片。

对于多层云实时测距方法，本发明采用的技术方案是：包括以下步骤：

（1）系统控制模块控制红外激光二极管发射一发激光脉冲后，经过优化设计的光学扩束系统整形进入大气；

（2）大气的后向散射信号由望远镜系统接收，通过小孔光栏和后继光路到达光电探测器，由光电探测器将光信号转换为电信号，再进入信号识别计时器进行信号的识别与计时，根据时间信息输出云底高度；

（3）在输出激光脉冲的同时将同步信号发送到信号识别计时器作为计时起始信息，当遇有云层时，回波信号会突然增强，相对于无云信号形成一个脉冲，识别计时器首先需要将该信号识别出，如果是一有效脉冲信号则记录，同时将调整脉冲信号识别阈值等待下一脉冲的到来；所有记录信息和脉冲识别阈值调整均有系统控制模块完成；控制模块还需要承担激光脉冲输出的控制和整体系统温控的调节功能，以适应野外全天候工作，同时有通讯接口提供云层信息到上位计算机。

作为优选，步骤（1）中系统控制模块作用是：

控制、协调包括红外激光二极管、光电探测器、信号识别计时器各单元器件动作，以及控制温度、湿度保护器件的动作；

实现与上位机的通信，包括工作方式的设置和信息输出。

作为优选，步骤（3）中信号识别计时器用于连续识别脉冲信号，并记录各自距起始时刻的时间，具体包括以下任务：

可以自动调整识别阈值，当激光能量在大气传输中消耗时，随着时间和云层数的增多，信号识别单元会自动调整信号识别的阈值，以实现每层云的探测；

可以多次计时，只要有云信号的出现，即从光电管有模拟信号输出，在信号识别后转换为脉冲信号，该脉冲信号即可触发计时器记录时间，只要在同一激光脉冲内，有几次就记录几次时间信息。