[发明专利]一种环境气体的扫描探测方法及激光雷达

说明书

本发明公开了一种环境气体的扫描探测方法及激光雷达，包括：在电压‑频率扫描曲线上选择第一频率点至第N频率点，及与各个频率点相应第一控制电压至第N控制电压；根据第i控制电压控制波长可调谐连续激光器输出扫描连续光，同时对第i控制电压进行微调以对第i频率点相应扫描连续光的频率进行锁定；将扫描连续光斩波后得到的扫描脉冲光进行放大后出射至待测环境；采集待测环境的气体回波信号，以获取第一频率点至第N频率点相应的气体吸收数据；根据气体吸收数据确定待测类型的气体的浓度分布信息。通过波长可调谐连续激光器实现环境气体的扫描探测，降低激光雷达对光源的要求；在扫描探测过程中对扫描连续光的频率进行锁定，提高扫描探测精度。

技术领域

本发明涉及激光遥感领域，更为具体地说，涉及一种环境气体的扫描探测方法及激光雷达。

背景技术

大气气体成分探测对于研究气候气象变化、开展环境保护具有重要意义。特别是随着社会经济的高速发展，大气污染物的排放量已超出环境承载能力。现有的原位测量观测不足以量化全球的大气污染物排放，激光雷达方法是探测主动发射光脉冲的大气后向散射信号，能提供大气痕量气体的三维分布，由于其非接触式探测、时空分辨率高、探测距离远等特点，是大气气体成分探测的有效手段，能够探测到由于位置或安全问题而无法使用原位测量技术的区域。

激光雷达探测可分为多种方法，其中差分吸收激光雷达已实现大气中多种气体成分的探测，差分吸收激光雷达通常采用两个波长的激光，其中一个波长的激光在待测气体上的吸收截面强，另外一个波长的激光在待测气体上的吸收截面弱，通过分析这两路激光回波信号的比值，可确定不同距离处待测气体的浓度信息。差分吸收激光雷达根据需要探测的特定气体选择不同的激光波长，从而实现不同气体的探测，因此其对光源的要求高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种环境气体的扫描探测方法及激光雷达，有效解决现有技术存在的问题，仅仅通过波长可调谐连续激光器即可实现环境气体的扫描探测，降低了激光雷达对光源的要求；并且，在扫描探测过程中对扫描连续光的频率进行锁定，进而能够避免波长可调谐连续激光器的光源波长漂移而导致探测误差的情况出现，提高扫描探测精度。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种环境气体的扫描探测方法，包括：

在电压-频率扫描曲线上选择第一频率点至第N频率点，及与各个频率点相应第一控制电压至第N控制电压，其中，所述电压-频率扫描曲线为波长可调谐连续激光器的预设波长扫描范围内其接入的控制电压及输出相应频率的关系曲线，且所述预设波长扫描范围覆盖待测类型的气体的吸收谱线，N为不小于2的整数；

根据第i控制电压控制波长可调谐连续激光器输出扫描连续光，同时对所述第i控制电压进行微调以对所述第i频率点相应扫描连续光的频率进行锁定，i为不大于N的正整数；

将所述扫描连续光斩波后得到的扫描脉冲光进行放大后出射至待测环境；

采集所述待测环境的气体回波信号，以获取所述第一频率点至所述第N频率点相应的气体吸收数据；

根据所述气体吸收数据确定所述待测类型的气体的浓度分布信息。

可选的，对所述第i控制电压进行微调以对所述第i频率点相应扫描连续光的频率进行锁定，包括：

监测所述波长可调谐连续激光器在所述第i控制电压下输出的检测连续光和飞秒激光器输出的飞秒激光的实际拍频频率，其中，所述检测连续光和所述扫描连续光为所述波长可调谐连续激光器在所述第i控制电压下输出的连续光的分束光；