[发明专利]一种数字式大气细粒子激光雷达高精度自动调节系统

说明书

技术领域

    本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种数字式大气细粒子激光雷达高精度自动调节系统。

背景技术

激光雷达可以实时对大气气溶胶后向散射系数、大气消光系数、大气颗粒物质量浓度、大气边界层高度等参数在线立体监测，随着大气污染检测任务的加重，激光雷达在开展大气科学、大气气候学以及大气环境科学研究中发挥着越来越重要的作用。目前激光雷达为了尽量减小盲区而采用同轴式发射与接收装置，包括雷达发射光学系统、雷达接收光学系统、后继光学系统等组成；激光雷达在使用过程中，也会因为运输过程中产生的振动、倾斜以及在使用环境因素变化等都将导致测量信号的损失，从而导致仪器测量的准确性以及达不到测量精度的要求。在雷达系统中，发射光学与接收光学系统同轴校准直接影响着仪器的测量效果。因此，在每次使用激光雷达进行测量之前以及在使用过程中产生信号偏移，都必须进行收发光路的同轴调整，以保证仪器测量信号的准确性。 

目前对激光雷达进行收发光路的同轴调整主要有以下几种方式 ：

第一种方式是 ：由熟练的高级技术人员借助于精密光学调整支架和水平仪器，进行精细的调整操作，这种方法具有很强的主观性，比较费时繁琐，难度较大，并且准确性差 ；

第二种方式如文献“激光雷达光束自动准直系统设计与实现，中国激光，2009年9月第36卷第9期第2341-2345页”所述的调整方法，它通过控制激光发射导向镜的位置，使激光在东西和南北方向扫描调节 ：当发射与接收系统的光轴平行时，激光雷达接收到空中各高度上的大气后向散射信号最强，从而控制其中一电机转动，来改变激光发射指向扫描，直到完成一个完整梯形，对选定高度的回波信号强度进行分析与比较，找到此方向上最佳位置，并将此电机移至此位置后再换另一电机重复此过程，如此直到找到系统最佳位置。这种方法存在的缺陷是 ：调整周期较长，一般在 10 到 20 分钟，且不够直观。

第三种方式：如专利“激光雷达的同轴发射与接收系统及该系统的同轴调整方法”,实现了调试自动化的要求，但是没有明确的标定目标，精度不是很高，而这种方法只能对同轴进行调整，完全达不到对像质的检测，达不到多功能调试系统的要求。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种数字式大气细粒子激光雷达高精度自动调节系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种数字式大气细粒子激光雷达高精度自动调节系统，包括有发射光学系统、接收光学系统、主控计算机、CCD图像传感器和直角反射棱镜一，所述的发射光学系统包括有从下到上依次放置的激光器、靶标、扩束镜和直角反射棱镜二，所述的接收光学系统位于发射光学系统的右侧，接收光学系统包括有从上到下依次放置的45^。平面反射棱镜组件、调试直角反射棱镜、卡塞格林望远镜、小孔光阑和准直镜，调试直角反射棱镜位于直角反射棱镜二的正右方，所述的直角反射棱镜一位于准直镜的正下方，所述的CCD图像传感器位于直角反射棱镜一的右侧，所述的主控计算机分别与CCD图像传感器和激光器连接，将所述的直角反射棱镜二安装在二维调整台上，二维调整台与伺服电机的方位轴和俯仰轴连接，伺服电机与主控计算机连接，主控计算机控制激光器发射激光，激光器发射的激光依次经过靶标、扩束镜和直角反射棱镜二被反射到调试直角反射棱镜上，调试直角反射棱镜将接收到的激光反射到45^。平面反射棱镜组件上，45^。平面反射棱镜组件将接收到的激光反射依次经过卡塞格林望远镜、小孔光阑、准直镜和直角反射棱镜一入射到CCD图像传感器上，CCD图像传感器将读取的被测雷达系统的分划图像和发射光学系统提供的靶标图像发送到主控计算机上，若发射光学系统和接收光学系统同轴没有发生零位变化，则两个靶标重合，若不重合则表明发生了零位变化量，主控计算机通过控制伺服电机控制二维转台来对两靶标图像进行对准，记下二维转台的两个方位上的角度值，即为雷达系统的零位偏移量，实现雷达系统同轴度可自动调节，实现同轴式调节方法的数字化。

所述的靶标为中心带有十字划缝的板子。

本发明的优点是：本发明采用高精度的十字靶标作为参照点，通过旋转读取二维精密转台来进行零位变化量的读取，实现了数字化、高精度和自动化的要求，整个调试系统中分划板的精度可以达到0.01mil，二维精密调整台目前的精度也可以达到0.15mil，不仅实现自动控制及数字化的要求，更提高这个系统的测量精度以达到激光雷达在大气测量过程中更高精度的要求。

附图说明