[发明专利]一种使用转动拉曼激光雷达探测大气温度的系统

摘要

本发明的一种使用转动拉曼激光雷达探测大气温度的系统，属于光学技术领域。该系统包括系统控制机构、激光器、激光发射机构、大口径接收望远镜、多信道光谱仪机构、准直透镜高J信号数据获取机构、低J信号数据获取机构和信号处理机构；激光束依次进入光束扩束器、第一发射导光镜和第二发射导光镜后形成探测激光束，其后向散射回波光信号被大口径接收望远镜接收并聚焦于小孔光阑，回波光信号被送到多信道光谱仪机构并分光并滤除干扰信号；然后进入光电探测器、放大器、模数转化器、信号处理机构；根据纯转动拉曼散射激光雷达方程对光电探测信号进行反演，获取大气温度的垂直分布廓线资料。本发明能够对大气对流层大气温度进行垂直分布廓线探测，精度高。

主权项

一种使用转动拉曼激光雷达探测大气温度的系统，包括系统控制机构(1)、激光器(2)、激光发射机构、大口径接收望远镜(8)、多信道光谱仪机构(11)、λ1λ4准直透镜(39)、λ2λ3准直透镜(40)、高J信号数据获取机构(41)、低J信号数据获取机构(42)和信号处理机构(49)；其中激光发射机构包括光束扩束器(3)、第一发射导光镜(4)和第二发射导光镜(5)；大口径接收望远镜(8)包含一个小孔光阑(9)；多信道光谱仪机构(11)包括第一焦平面(12)、第一通道透镜(13)、第一通道衍射闪耀光栅(14)、第二焦平面(15)、第二通道透镜(16)和第二通道衍射闪耀光栅(17)；高J信号数据获取机构(41)包括λ1λ4光电探测器(43)、λ1λ4放大器(44)和λ1λ4模数转化器(45)；低J信号数据获取机构(42)包括λ2λ3光电探测器(46)、λ2λ3放大器(47)和λ2λ3模数转化器(48)；其特征在于：系统控制机构(1)与激光器(2)、λ1λ4模数转化器(45)、λ2λ3模数转化器(48)和信号处理机构(49)相连，激光器(2)依次与光束扩束器(3)、第一发射导光镜(4)、第二发射导光镜(5)、大口径接收望远镜(8)和多信道光谱仪机构(11)相连，多信道光谱仪机构(11)分别与λ1λ4准直透镜(39)和λ2λ3准直透镜(40)相连，λ1λ4准直透镜(39)依次与λ1λ4光电探测器(43)、λ1λ4放大器(44)、λ1λ4模数转化器(45)和信号处理机构(49)相连；λ2λ3准直透镜(40)依次与λ2λ3光电探测器(46)、λ2λ3放大器(47)、λ2λ3模数转化器(48)和信号处理机构(49)相连；系统控制机构(1)控制激光器(2)发射激光束的时间，激光器(2)发射的激光束依次进入光束扩束器(3)、第一发射导光镜(4)和第二发射导光镜(5)后发出射向大气的探测激光束(6)；光束扩束器(3)对激光束进行扩束，并通过调准第一发射导光镜(4)和第二发射导光镜(5)使激光束按要求的方向射向被测大气，被测大气对探测激光束(6)进行散射，其后向散射回波光信号(7)被大口径接收望远镜(8)接收并将回波光信号(7)聚焦于小孔光阑(9)，回波光信号(7)传送到多信道光谱仪机构(11)；多信道光谱仪机构(11)对回波光信号(7)进行高光谱分辨率分光，形成高J转动量子数拉曼散射回波信号和低J转动量子数拉曼散射回波信号，并滤除通带外的干扰光信号；高J转动量子数拉曼散射回波信号通过λ1λ4准直透镜(39)准直成平行光，同时系统控制机构(1)控制高J信号数据获取机构(41)采集信号的时序；回波信号依次进入λ1λ4光电探测器(43)、λ1λ4放大器(44)和λ1λ4模数转化器(45)，最后进入信号处理机构(49)；低J转动量子数拉曼散射回波信号通过λ2λ3准直透镜(40)准直成平行光，同时系统控制机构(1)控制低J信号数据获取机构(42)采集信号的时序，回波信号依次进入λ2λ3光电探测器(46)、λ2λ3放大器(47)和λ2λ3模数转化器(48)，最后进入信号处理机构(49)，同时系统控制机构(1)将已经设定好的系统的工作参数送给信号处理机构(49)，然后根据系统的工作参数对λ1λ4模数转化器(45)和λ2λ3模数转化器(48)传来的回波信号进行存储、平滑、去背景处理，并根据纯转动拉曼散射激光雷达方程对处理后的光电探测信号进行反演，获取大气温度的垂直分布廓线资料。