[发明专利]一种大气成分差分吸收激光成像雷达廓线探测方法及系统

权利要求书

1.一种大气成分差分吸收激光成像雷达廓线探测方法，其特征在于，

所述廓线探测方法包括以下步骤：

步骤S1：向待测大气交替发射两束不同中心波长的激光束；

步骤S2：接收所述激光束与待测大气相互作用后的光柱图像，通过调制信息对所述光柱图像进行调制，将调制后的光信号转换为电信号；

步骤S3：对所述电信号进行同步采集，将电信号转换为数字信号，联合数字信号和调制信号分别复原两束不同中心波长激光对应的光柱图像；

步骤S4：根据复原的光柱图像像素与测量距离之间的关系，计算出两束不同中心波长激光分别对应的距离分辨回波数据；

步骤S5：由两束不同中心波长对应距离分辨回波数据反演出待测气体的浓度廓线。

2.根据权利要求1所述的大气成分差分吸收激光成像雷达廓线探测方法，其特征在于，

所述激光束的两种中心波长，分别位于待测气体的吸收峰上和位于待测气体的吸收谷上。

3.根据权利要求1-2任一项所述的大气成分差分吸收激光成像雷达廓线探测方法，其特征在于，

所述复原不同中心波长激光的光柱图像计算方式如下：

其中，S_i(x,y)表示第i次调制时的调制信号，I_i(λ)表示中心波长为λ的激光束第i次采集时所对应的数字信号，L表示调制散斑数量。

4.根据权利要求1所述的大气成分差分吸收激光成像雷达廓线探测方法，其特征在于，

所述由两束不同中心波长对应距离分辨回波数据反演待测气体的浓度廓线具体包括以下步骤：

步骤S51：对已知距离的硬目标物体进行测量，获得硬目标物体成像图像，由硬目标物体离测量系统距离信息以及硬目标物体在图像中所在像素位置信息，标定出测量系统图像像素与测量距离之间的关系；

步骤S52：利用标定后的测量距离与图像像素之间的关系，分别解算出实测图像中两束不同中心波长对应的距离分辨回波数据；

步骤S53：对所述的两束不同中心波长对应距离分辨回波数据应用差分吸收算法来反演计算出待测气体的廓线数据。

5.根据权利要求4所述的大气成分差分吸收激光成像雷达廓线探测方法，其特征在于，

所述差分吸收原理反演计算待测气体廓线的计算方式如下：

其中，N(r)表示获得的待测气体廓线数据，P(r,λ_ON)表示吸收峰波长对应的距离分辨数据，P(r,λ_OFF)表示吸收谷波长对应的距离分辨数据，σ_ON表示待测气体在吸收峰波长处的吸收截面，σ_OFF表示待测气体在吸收谷波长处的吸收截面，r表示距离。

6.一种大气成分差分吸收激光成像雷达廓线探测系统，其特征在于，

所述探测系统包括：

激光器，用于向待测大气中交替发射两束不同中心波长的激光束；

接收望远镜，用于对所述激光束与大气相互作用后的后向散射光柱成像；

空间光调制器，用于对所述成像的光柱图像进行调制；

光电探测器，用于将调制后的光信号转换为电信号；

数据采集卡，用于将相应的电信号转换为数字信号；

计算控制单元，用于根据数字信号和调制信号计算不同中心波长激光的光柱图像，根据所述光柱图像解析出不同中心波长激光的距离分辨数据，根据不同中心波长激光的距离分辨数据反演计算待测气体浓度廓线。

7.根据权利要求6所述的大气成分差分吸收激光成像雷达廓线探测系统，其特征在于，

所述接收望远镜所在平面、空间光调制器所在平面和激光器所发射激光光束的光轴三者相交，满足沙氏成像原理。