[发明专利]基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置

摘要

本发明公开了一种基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，采用激光发射器交替垂直向上发射两个差分波长的激光光束，侧向散射光在角度α范围内通过成像透镜接收，分别通过滤光器去除大气背景散射光，通过像增强器放大光信号强度后，由CCD成像芯片采集图像信息。本发明方法消除了后向散射式差分吸收激光雷达的测量盲区，提高了大气边界层污染气体的测量精度和可靠性，对于研究大气边界层污染气体具有十分重要的意义和实用性。

主权项

基于CCD成像激光雷达测量大气边界层污染气体的装置，其特征在于：采用激光发射器、CCD成像系统，所述CCD成像系统包括成像镜头、滤波器、像增强器、CCD成像芯片，利用激光发射器垂直向上向大气发射两束差分波长的激光光束，其中一个激光光束波长对应所测污染气体的强吸收线，另一个激光光束波长对应所测污染气体的弱吸收线，并由大气产生相应的侧向散热光，侧向散热光在在角度α范围内被CCD成像系统中成像镜头接收，再依次通过CCD成像系统中滤光器去除大气背景散射光、像增强器放大光信号强度后，由CCD成像芯片采集图像信息，将CCD成像系统各像素的偏角θ、角宽度dθ和CCD成像系统与激光发射器发射的光束之间的垂直距离D代入CCD成像激光雷达方程之中，CCD成像激光雷达方程为：$P(z,\mathrm{\θ},{\mathrm{\λ}}_{on})=\frac{C_{{\mathrm{\λ}}_{on}}{P}_0\left({\mathrm{\λ}}_{on}\right)}{D}\mathrm{\β}(\mathrm{\θ},{\mathrm{\λ}}_{on})T_V{T}_{R}d\mathrm{\θ}---\left(1\right),$$P(z,\mathrm{\θ},{\mathrm{\λ}}_{off})=\frac{C_{{\mathrm{\λ}}_{off}}{P}_0\left({\mathrm{\λ}}_{off}\right)}{D}\mathrm{\β}(\mathrm{\θ},{\mathrm{\λ}}_{off})T_V{T}_{R}d\mathrm{\θ},---\left(2\right),$由公式(1)、(2)反演计算出大气边界层污染气体的垂直廓线，公式(1)、(2)中，C为激光雷达常数，P₀是发射激光波长的功率，β是侧向散射系数，T_V、T_R分别为激光雷达发射路径和接收路径的透过率。