[发明专利]基于望远镜阵列的大气遥感激光雷达光学接收装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达，特别是基于望远镜阵列的大气遥感激光雷达光学接收装置。

背景技术

大气遥感激光雷达技术是一种主动式的实时探测技术，其基本原理是向目标大气发射一束高质量的激光，利用望远镜等装置接收多种粒子后向散射的回波信号，通过光学元件和电子器件对回波信号进行分析对比，最终反演出大气中粒子的种类，浓度，运动状态和温度等有用信息。激光雷达技术的主要难点在于回波信号的强度太弱，使得其对激光器脉冲能量，望远镜接收面积，光学元件和电子器件等都有很高的要求，进而导致激光雷达系统成本很高。如果要在现有的激光雷达基础上进一步增加回波信号的强度或者扩大有效探测范围，常采用的方法有：加大激光器脉冲能量；使用口径更大的望远镜；应用性能更加优良的光电探测器等。鉴于一般激光雷达采用的都是高脉冲能量的激光器，如果想在已有激光器条件下继续增加脉冲能量，并且保证发射激光的脉宽、Jitter时间等参数都符合激光雷达的要求，其成本会急剧上升，而且高能量激光带来的危险系数也随之加大。激光雷达系统采用的光电探测器性能都非常优越，暂时很难有较大的突破。因此，增加接收面积成为继续提高激光雷达性能最直接，也是最简便的方法。但是大口径望远镜的加工难度远远高于小口径望远镜，故其价格是小口径望远镜的数倍甚至数十倍，而且大口径望远镜的尺寸也存在上限。

发明内容

本发明的目的是克服激光雷达中单个望远镜接收面积小的困难，提出一种基于望远镜阵列的激光雷达光学接收装置，通过多个相同望远镜阵列的方式加大激光雷达系统的接收面积。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明基于望远镜阵列的大气遥感激光雷达，包括激光器、望远镜阵列、视场光阑、准直透镜、反射棱镜、后续光路处理模块、光电探测器；望远镜阵列中各望远镜相对于激光器发射出的激光旋转对称分布，各望远镜的光轴与出射激光光轴互相平行且等距，使得重叠因子相同。

激光器发射的激光入射到某一目标区域大气，由该区域中粒子后向散射生成的回波信号被望远镜阵列中各望远镜同时接收，形成多个相对于发射激光旋转对称分布的接收光路；每个光路被各自光路上的视场光阑滤除视场外的背景光，经准直透镜后变为平行光，再由同一个反射棱镜将上述所有光路中方向不同的平行光转折汇聚为方向相同的反射光，通过后续光路处理模块进行滤波、再汇聚，最后被光电探测器同时接收。

所述的望远镜阵列可以由两个望远镜组成，称为双望远镜阵，同理还可以根据探测需要设置三望远镜阵列、四望远镜阵列甚至多望远镜阵列。

所述的望远镜阵列包括n个望远镜，n≥2；若n＝2时，对应的反射棱镜是等腰直角棱镜；若n≥3时，对应的反射棱镜要求是底面为正n边形的等腰棱锥，底边D和腰H之间需要满足

H=D2sin(πn)1+cos2(πn)(n=3,4,5,6........).---(1)]]>

进一步地，所述的反射棱镜的反射面均镀增反膜。

本发明的有益效果：