CN104076344B - 一种高低空同时探测直接测风激光雷达系统中鉴频器实现方法 - Google Patents

Abstract

一种高低空同时探测直接测风激光雷达系统中鉴频器实现方法，实现步骤如下：(1)设计由两块平行玻璃板构成改进的Fabry‑Perot标准具，包含5个通道，包含两个Mie散射信号通道，两个Rayleigh散射信号通道，一个激光频率锁定通道即通道L；(2)选择适当的标准具参数，使得具有如下要求：两个Mie散射的信号通道的透过率曲线与优化的Mie散射信号探测标准具的透过率曲线一致；两个Rayleigh散射的信号通道的透过率曲线与优化的Rayleigh散射信号探测标准具的透过率曲线一致；锁定通道L对两种散射的信号通道R1、R2的相对激光频率均具有跟踪作用；保证探测的高度，尤其是Rayleigh后向散射信号的强度。

Description

一种高低空同时探测直接测风激光雷达系统中鉴频器实现方法

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及测风激光雷达系统中的鉴频器实现方法。

背景技术

对于对流层，平流层以及以上的区域大气风场探测，直接探测测风激光雷达已经被证明是实现高时空分辨率风场探测最有效的方法。其基本原理是：激光发射进入大气并与之相互作用，由于大气运动，产生了激光的多普勒效应，接收望远镜收集大气后向散射信号并与发射激光的频率进行对比，频率的差值即为径向风速引起的多普勒频移，根据这个频移得到径向风速。

对于直接探测测风激光雷达的鉴频技术主要有两种：条纹技术和边缘技术。目前边缘技术是国际上多普勒激光雷达系统中采用最多的一种技术。边缘技术主要是利用鉴频器产生的陡峭边缘将透过其中的信号光携带的微小的频率变化转化成能量的变化，通过适当的探测器测量出这个能量变化反演多普勒频移，进而得到大气风场。作为一种改进，双边缘技术提高的测量的灵敏度，在直接测风激光雷达应用的更加广泛。其主要原理如图1所示。其中a表示的是无多普勒频移时的回波信号以及各个通道的透过率和强度分布，b表示的是存在多普勒频移时的回波信号以及各个通道的透过率和强度分布；A，B，C分别表示双信号边缘滤波器的透过率曲线和锁定边缘滤波器透过率曲线，D表示的是发射激光的强度分布，E表示的是大气回波信号的强度分布，包含Mie散射信号(窄带宽)和Rayleigh散射信号(宽带宽)。F，G表示的是大气回波经过双边缘后透过的能量分布。边缘分居在回波信号的两侧，当回波信号相对激光频率为0，即无多普勒频移，两个通道的透过率相等，当回波信号产生了多普勒频移，其中一个通道的透过率减小，另一个通道的透过率增加。通过探测两个通道的透过率变化来反演多普勒频移，即径向风速。产生这些陡峭边缘的鉴频器包括Fabry-Perot标准具，原子滤波器(如碘原子，钠原子等)。

国际上利用直接探测测风激光雷达最早实现大气风场探测的是1989年法国Chanin研究小组首次报道中层大气平均风场激光雷达的测量，该测风激光雷达系统采用Fabry-Perot标准具的双边缘技术，其工作波长为532nm，利用分子的Rayleigh后向散射信号，其测量高度为25～60km。随后，美国NASA在直接探测多普勒测风激光雷达系统的研究中也进行了大量的研究工作。NASA Goddard航天中心采用Fabry-Perot标准具作为鉴频器，激光的工作波长为354.7nm，研制出激光雷达系统GLOW，其测量高度为1.8-35km。北极激光雷达的中层大气研究气象台(ALOMAR)在挪威建立了瑞利散射/米散射/拉曼散射激光雷达系统，主要用于探测北极地区的中层大气的风场、温度、气溶胶的浓度分布以及夜光云粒子气象参数。其中的测风通道同样采用了Fabry-Perot标准具作为鉴频器，并且利用五个标准具进行镜像风速测量，工作波长为1064nm，532nm，354.7nm，探测距离为18-80km。1999年欧空局(ESA)经全面启动全球第一台星载测风激光雷达计划(ADM-Aeolus)，采用Fabry-Perot标准具的双边缘技术，工作波长为354.7nm。因此，基于FP标准具的直接探测多普勒测风技术是目前最佳的全球测风激光雷达研制方案，并已经获得了国际上普遍的认同。

国内方面，1997年中国海洋大学组建了利用碘滤波器的可移动直接探测激光雷达系统，并于2000年报道了低对流层的风场分布，其激光的工作波长为532nm，利用大气气溶胶的Mie后向散射信号，探测的高度范围为最大7km。2006年，中国科学院安徽光学精密机械研究所成功研制了针对地对流层风场的直接探测测风激光雷达系统，系统采用Fabry-Perot标准具并利用Mie散射回波信号，波长为1064nm的Nd:YAG激光器，探测距离为0.2-10km。随后，2012年，中国科学技术大学成功研制了针对中高层大气风场探测的基于Fabry-Perot标准具多普勒测风激光雷达系统，激光波长为354.7nm，其探测距离为8-40km。

以上关于直接测风激光雷达的回顾中可以看出，现阶段，直接探测测风激光雷达系统较多采用的鉴频器是Fabry-Perot标准具。激光雷达系统或是利用低对流层中主要的后向散射信号为Mie散射，或是利用中高层大气中主要的后向散射信号为Rayleigh散射，这些系统的鉴频器的设计要么是高分辨率保证探测的灵敏度，要么是低分辨率保证充分利用回波信号的强度。因而，无法实现高低空大气风场同时探测。

另一个方面，后向散射信号不仅有散射机制上的区别，例如Mie散射，Rayleigh散射和Brillouin散射，还有强度的差别。图2表示的是美国标准大气模型中对波长为1064nm激光的Mie后向散射系数和Rayleigh后向散射系数随高度的变化，图中A，B分别表示Mie和Rayleigh后向散射系数随高度的分布。由于平流层的气溶胶较少，图2中的气溶胶后向散射系数分布仅给出了在0-10km高度中的分布。由图2可知，在对流层区域内Mie后向散射信号占据主导地位，到平流层及以上，Rayleigh后向散射信号占据主导地位。而在低层，Mie后向散射与Rayleigh后向散射强度相差大于10倍，而低层与40km处后向散射系数相差3-4个数量，信号强度范围超出一般微弱信号探测器的动态范围。

因而，针对不同的大气后向散射作用机制，并且考虑到后向散射信号的强度因素，标准具的设计按照不同信号类型确定光谱分辨率，根据信号强度分层探测。对于低对流层，利用双边缘技术并应用高分辨率的Fabry-Perot标准具作为鉴频器；对于中高层，同样利用双边缘技术，并利用低分辨率的Fabry-Perot标准具作为鉴频器。如图3所示，图中A和B表示两块平行玻璃板，C是连接平行玻璃板的电桥，可以提供位置反馈。平行玻璃板上有三个通道，L表示锁定通道滤波器，1,2表示双边缘信号通道滤波器。通常，标准具包括两个信号通道和一个锁定通道，前者用于多普勒信息的提取，后者用于监测和锁定激光频率。典型的用于探测对流层和中高层大气风场的标准具设计参数如表1所示，其对应的透过率曲线如图4，其中a为Mie散射的标准具透过率曲线，b为Rayleigh散射探测的标准具透过率曲线；A，B表示双边缘信号滤波器的透过率曲线，C表示锁定通道滤波器透过率曲线。

表1典型的Fabry-Perot标准具参数

由以上分析可知，先前的双边缘标Fabry-Perot标准具设计，利用Mie后向散射回波或是Rayleigh后向散射回波，并利用不同灵敏度的探测系统，实现了低层或者中高层大气的风场探测。然而，目前并没有一套单个鉴频器的测风激光雷达系统的高低空大气风场能够同时探测的技术。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高低空同时探测直接测风激光雷达系统中鉴频器实现方法，实现高低空大气风场同时探测。

本发明技术解决方案：由于大气回波信号的形成机制导致的回波信号不同，以往的鉴频器设计都是针对某一个高度层的大气风场。本发明通过改进鉴频器的设计，分析和计算了该鉴频器理论透过率曲线，给出了鉴频器的设计参数，并论述在这种设计下实现高低空大气风场同时探测的方法。

在图5所示，本发明实现高低空同时风场探测的整体思路是：

(1)设计由两块平行玻璃板构成改进的Fabry-Perot标准具，改进的Fabry-Perot标准具包含5个通道，包含两个Mie散射信号通道，即通道M1和M2，两个Rayleigh散射信号通道，即R1和R2，一个激光频率锁定通道即通道L；所述通道L表示的是锁定通道，用于跟踪激光相对于标准具的频率位置，锁定激光的相对频率；所述通道R1与R2用于鉴别大气的Rayleigh后向散射信号的Doppler频率，测量中高层大气的风场；通道M1和M2用于鉴别大气的Mie后向散射信号的Doppler频率，测量对流层中的大气风场；

(2)在所述改进的Fabry-Perot标准具结构的基础上，选择适当的标准具参数，使得具有如下要求：

第一，两个Mie散射的信号通道的透过率曲线与优化的Mie散射信号探测标准具的透过率曲线一致；所述优化的Mie散射信号探测标准具可参照已报道的Mie散射直接测风激光雷达的标准具设计参数(例如，Fahua-Shen et al,Low Tropospheric WindMeasurement with Mie Doppler Lidar,Optical Review)；

第二，两个Rayleigh散射的信号通道的透过率曲线与优化的Rayleigh散射信号探测标准具的透过率曲线一致，所述优化的Rayleigh散射信号探测标准具的透过率曲线是指C.Flesia and C.L.Korb对此已经对标准具进行了优化，即C.Flesia and C.L.Korb，Theory of the Double-Edge Molecular Technique for Doppler Lidar Wind Measurement，Applied Optics；

第三，锁定通道L对两种散射的信号通道R1、R2的相对激光频率均具有跟踪作用；

第四，保证探测的高度，尤其是Rayleigh后向散射信号的强度；

Rayleigh后向散射谱的半高宽与作用的大气的温度有关，一般为几个GHz。例如，在200-300K温度下，Rayleigh后向散射谱宽Δν_R约为3.18-3.89GHz。而Mie后向散射信号谱宽与入射激光的谱度近似相等，一般为几十到几百MHz。对于第一和第二点，为了实现相对于Mie散射谱宽Rayleigh后向散射信号的探测，标准具的自由谱宽度需尽可能包含全部Rayleigh谱，一般选择3-4个Δν_R。因而选取FSR范围为9.5-15.6GHz，由FSR的定义：

$\mathrm{FSR}=\frac{c}{2L}---\left(1\right)$

其中，c表示的是真空中的光速，L为标准具的腔长，由此得标准具的腔长为12.5mm，此值是根据FSR典型值和式1计算的；Rayleigh信号通道的半高全宽FWHM的典型值为1.7GHz，此值是优化的值，由下(2)式：

$\mathrm{\Δ}{v}_{1/2}=\frac{\mathrm{FSR}(1-R)}{\mathrm{\π}\sqrt{R}}---\left(2\right)$

其中，R表示平行玻璃板内表面对相应波长光的反射率，Rayleigh信号通道的对应波长的反射率为64.3％，通过在平行玻璃板上镀上一层台阶使得R1和R2两个通道透过率曲线产生峰值间距，台阶的厚度为：

$\mathrm{\ΔL}=\frac{\mathrm{\Δv}}{v}\×L---\left(3\right)$

其中，Δν表示透过率曲线的峰值间距，ν表示透过激光的频率，L表示标准具的腔长，优化的Rayleigh后向散射标探测标准具边缘间距为1.7GHz(参见C.Flesia，L.Korb的文章)，由此计算的R1与R2通道间的相差的台阶高度；

对于Mie后向散射信号，由于其谱宽相对于Rayleigh谱较窄，需要较高光分辨(何为较高)的边缘，其FWHM的典型值为0.17GHz(参见Fahua-Shen et al的文章)，由式(2)可得Mie信号通道对应波长的反射率约为95.6％，两个通道的间的台阶厚度差同样由(3)式求出；

对于第三点和第四点，为了获得更高的探测高度，采用单脉冲能量较高的Nd:YAG激光器，对于中高层大气的Rayleigh散射信号，后向散射系数与λ^-4成正比，采用更短波长且人眼安全的354.7nm激光，该激光器基频振荡为1064nm激光，经过二倍频晶体和三倍频晶体转换后，输出532nm和354.7nm激光，三种激光的频率相互关联，满足2倍和3倍的关系，因而直接测风激光雷达系统的发射激光器的三个波段的激光都能够用作光源，不必只用某个波段的激光分别用作Mie和Rayleigh散射通道的探测而对其进行分光进而牺牲探测高度，并且通过对其中一个波段的激光频率跟踪同时锁定Mie和Rayleigh散射通道的激光频率。

所述步骤(2)中对于波长为354.7nm发射激光的Rayleigh后向散射信号，所述台阶高度约为75.44nm。

综上所述，Fabry-Perot标准具包含两个Mie散射信号通道，两个Rayleigh散射信号通道和一个激光频率锁定通道，其透过率曲线如图6所示。其中A，B表示用于探测Rayleigh后向散射的双边缘信号滤波器的透过率曲线，C，D表示用于探测Mie后向散射的双边缘信号滤波器的透过率曲线，E表示锁定通道滤波器透过率曲线。图6中的透过率曲线是按照上文所述的设计方法，并利用Nd:YAG激光器的基频光作为Mie后向散射信号的光源，三倍频光作为Rayleigh后向散射信号的光源，按照已有的系统中优化的Mie散射或Rayleigh散射标准具透过率曲线的相对位置计算得到的。

按照以上设计，并利用发射激光器出射的不同波段的激光作为光源，可以等效地实现两套分离直接测风激光雷达系统，即实现低层大气风场探测的Mie散射激光雷达和中高层大气探测的Rayleigh散射激光雷达，同时对低层大气与中高层大气风场的观测，实现了一套激光雷达系统的高低空大气风场的同时探测。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明相对以往的系统，增加了Mie散射通道或Rayleigh散射通道，充分利用Nd:YAG激光器的基频，倍频和三倍频光作为光源，并且三者具有固定的频率依赖关系，可以通过其中的一种的频率跟踪来锁定其它激光的频率。因而，相对于已有的系统，在不牺牲探测高度的情况下，提高了激光器的利用率，单个直接探测测风激光雷达系统实现了高低空大气风场同时探测。

锁定通道设计方面，采用一个锁定通道即可对两种信号通道进行锁定，而且相对于已有的Rayleigh测风激光雷达系统，利用高分辨率的通道，有效地提高锁定的精度。

附图说明

图1为双边缘技术直接测风激光雷达的基本原理图，其中a表示的是无多普勒频移时的回波信号以及各个通道的透过率和强度分布，b表示的是存在多普勒频移时的回波信号以及各个通道的透过率和强度分布；A，B，C分别表示双信号边缘滤波器的透过率曲线和锁定边缘滤波器透过率曲线，D表示的是发射激光的强度分布，E表示的是大气回波信号的强度分布，包含Mie散射信号(窄带宽)和Rayleigh散射信号(宽带宽)。F，G表示的是大气回波经过双边缘后透过的能量分布。

图2为Mie和Rayleigh后向散射系数的分布；图中A，B分别表示Mie和Rayleigh后向散射系数随高度的分布。)

图3为典型的Fabry-Perot标准具结构示意图；图中A和B表示两块平行玻璃板，C是连接平行玻璃板的电桥，可以提供位置反馈。平行玻璃板上有三个通道，L表示锁定通道滤波器，1,2表示双边缘信号通道滤波器。

图4为典型的Mie散射和Rayleigh散射探测的标准具透过率曲线；其中a为Mie散射的标准具透过率曲线，b为Rayleigh散射探测的标准具透过率曲线；A，B表示双边缘信号滤波器的透过率曲线，C表示锁定通道滤波器透过率曲线。

图5为本发明中用于高低空大气风场同时探测的Fabry-Perot标准具结构图；图中A和B表示两块平行玻璃板，C是连接平行玻璃板的电桥，可以提供位置反馈。平行玻璃板上有五个通道，L表示锁定通道滤波器，R1，R2表示用于探测Rayleigh后向散射的双边缘信号通道滤波器，M1，M2表示用于探测Mie后向散射的双边缘信号通道滤波器。

图6为本发明中高低空大气风场同时探测的标准具透过率曲线；其中A，B表示用于探测Rayleigh后向散射的双边缘信号滤波器的透过率曲线，C，D表示用于探测Mie后向散射的双边缘信号滤波器的透过率曲线，E表示锁定通道滤波器透过率曲线。

图7不同波长进入腔长相同的标准具时的透过率曲线；

图8为本发明中用于高低空大气风场同时探测的标准具；

图9为本发明设计的激光雷达接收光路。

具体实施方式

作为一个实施举例，本发明利用Nd:YAG激光器的基频光1064nm激光探测低层大气风场，用3倍频光354.7nm激光探测中高层大气风场。标准具各自信号通道的分辨率和边缘间距的参数如表1所示。

(1)标准具的自由谱间距(FSR)

考虑鉴频器既要分辨谱宽较窄的Mie后向散射信号，又要分辨谱宽较宽的Rayleigh后向散射信号，故选择较大的FSR。优化的FSR的值为12GHz，由(1)式可知，标准具的腔长为12.5mm。

(2)边缘间距

对于鉴频器中Mie散射通道，两个透过率曲线的峰值间距为200MHz；两个Rayleigh散射通道透过率曲线的峰值间距为5.1GHz。为了使Mie和Rayleigh通道的透过率曲线对称地分布在激光频率的两侧，设定通道M1与R1之间的峰值间距为2.45GHz。

标准具的透过率函数可表示为：

$F_i\left(v\right)={\∫}_0^{{\mathrm{\θ}}_{\max }}\frac{T_0\mathrm{d\θ}}{1+4{\left(\frac{\mathrm{FSR}}{\mathrm{\π\Δ}{v}_{1/2}}\right)}^2{\sin }^2{\left[\frac{2\mathrm{\πv}\·e_i\cos \mathrm{\θ}}{c}\right]}^2}---\left(4\right)$

其中，i表示L，M1，M2，R1，R2。e_i表示第i通道的腔长，θ_max表示该通道的入射光的发散角。由上式(4)可知，对于相同的腔长，不同的入射波长，其透过率函数相应的峰值位置有一个初始偏移。如图7给出了对于相同的12.5mm腔长的Fabry-Perot标准具，1064nm和354.7nm激光入射时的透过率曲线。图中A表示中心波长为354.7nm激光的透过率曲线，B表示中心波长为1064nm激光的透过率曲线。可见，不同波长的入射光，其透过率函数的峰值有一个偏移，对于以上两种波段的激光，这个偏移为同级极大值的频率间隔，通过计算得到这个偏移量为1.72GHz。

表2各个通道之间的峰值间距以及相应的台阶高度

则通过在M1通道上设置一定厚度的台阶达到设计要求的频率间隔为2.45-1.72GHz，即为0.73GHz。根据(3)式可以求出对应台阶的厚度。表2列出了标准具各个通道间的峰值间距以及对应的台阶厚度。

(3)通道的带宽(FWHM)

用于反演低层大气风场信息的Mie通道需要高分辨率的边缘透过率函数，其FWHM典型值为0.17GHz；反演中高层大气风场的Rayleigh通道需要低分辨率的边缘透过率函数，其FWHM的典型值为1.7GHz。根据式(2)可得它们对应的通道的反射率分别为95.6％和64.3％。

综上所述，用于高低空一体化大气风场探测的标准具的参数如图8所示。其中L表示锁定通道滤波器，镀膜台阶高度32.36nm，反射率为95.6％；R1，R2表示用于探测Rayleigh后向散射的双边缘信号通道滤波器，反射率为63.4％，台阶高度分别为0和75.44nm；，M1，M2表示用于探测Mie后向散射的双边缘信号通道滤波器，反射率为95.6％，台阶高度分别为32.36nm和41.23nm；D，d1，d2和d3分别是各个通道的尺寸，不必然地，这些值分别为140mm，30mm，60mm和30mm；标准具的腔长为12.5mm。计算得到的理论的透过率曲线如图6所示。

依据以上鉴频器的设计，直接测风激光雷达的接收机的光路图如图9所示。三倍频的Nd:YAG激光器输出激光包括106nm，532nm和354.7nm激光，通过一块354.7nm高反镜1和一块1064nm高反镜2将紫外激光和红外激光发射进入大气。透过高反镜2的一小部分光经过1064nm干涉滤光片4后进入准直器5准直进入光纤分束器6分成两束，一束进过准直透镜7进入标准具9的锁定通道L，并由探测器13探测，另一束直接进入探测器13，以上用作激光频率锁定。接收低层的1064nm激光的回波信号11并将其通过准直器5和扰模器10均匀地耦合到光纤分束器6，并分成两束进入Mie散射信号通道M1和M2，信号光透过标准具9进入探测器13，该信号输出用来反演低层大气的风场信息；中高层的354.7nm激光的回波信号12通过准直器9和扰模器10均匀地耦合到光纤分束器6，并分成两束进入Rayleigh散射信号通道R1和R2，信号光透过标准具9进入探测器13，该信号输出用来反演中高层大气的风场信息。以上反演Mie散射和Rayleigh散射的大气风场的方法已经很成熟，其探测数据处理方法和风场探测精度与背景介绍中方法一致。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种高低空同时探测直接测风激光雷达系统中鉴频器实现方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)设计由两块平行玻璃板构成改进的Fabry-Perot标准具，改进的Fabry-Perot标准具包含5个通道，包含两个Mie散射信号通道，即通道M1和M2，两个Rayleigh散射信号通道，即R1和R2，一个激光频率锁定通道即通道L；所述通道L表示的是锁定通道，用于跟踪激光相对于标准具的频率位置，锁定激光的相对频率；所述通道R1与R2用于鉴别大气的Rayleigh后向散射信号的Doppler频率，测量中高层大气的风场；通道M1和M2用于鉴别大气的Mie后向散射信号的Doppler频率，测量对流层中的大气风场；

(2)在所述改进的Fabry-Perot标准具结构的基础上，选择适当的标准具参数，使得具有如下要求：

第一，两个Mie散射的信号通道的透过率曲线与优化的Mie散射信号探测标准具的透过率曲线一致；

第二，两个Rayleigh散射的信号通道的透过率曲线与优化的Rayleigh散射信号探测标准具的透过率曲线一致；

第三，锁定通道L对两种散射的信号通道R1、R2的相对激光频率均具有跟踪作用；第四，保证探测的高度，尤其是Rayleigh后向散射信号的强度；

对于第一和第二点，为了实现相对于Mie散射谱宽Rayleigh后向散射信号的探测，标准具的自由谱宽度需尽可能包含全部Rayleigh谱，因而选取FSR范围为9.5-15.6GHz，由FSR的定义：

$FSR=\frac{c}{2L}---\left(1\right)$

其中，c表示的是真空中的光速，L为标准具的腔长，选取FSR的一个典型值，FSR＝12GHz，由式(1)得标准具的腔长为12.5mm；Rayleigh信号通道的半高全宽FWHM的典型值为1.7GHz，由下(2)式：

${\mathrm{\Δv}}_{1/2}=\frac{FSR(1-R)}{\mathrm{\π}\sqrt{R}}---\left(2\right)$

其中，R表示平行玻璃板内表面对相应波长光的反射率，Rayleigh信号通道的对应波长的反射率为64.3％，通过在平行玻璃板上镀上一层台阶使得R1和R2两个通道透过率曲线产生峰值间距，台阶的厚度为：

$\mathrm{\Δ}L=\frac{\mathrm{\Δ}v}{v}\×L---\left(3\right)$

其中，Δν表示透过率曲线的峰值间距，ν表示透过激光的频率，L表示标准具的腔长，优化的Rayleigh后向散射探测标准具边缘间距为1.7GHz，由此计算的R1与R2通道间的相差的台阶高度；

对于Mie后向散射信号，其FWHM的典型值为0.17GHz，由式(2)可得Mie信号通道对应波长的反射率为95.6％，两个通道的间的台阶厚度差同样由(3)式求出；对于第三点和第四点，采用单脉冲能量较高的Nd:YAG激光器，对于中高层大气的Rayleigh散射信号，后向散射系数与λ^-4成正比，采用更短波长且人眼安全的354.7nm激光，该激光器基频振荡为1064nm激光，经过二倍频晶体和三倍频晶体转换后，输出532nm和354.7nm激光，三种激光的频率相互关联，满足2倍和3倍的关系。

2.根据权利要求1所述的高低空同时探测直接测风激光雷达系统中鉴频器实现方法，其特征在于：所述步骤(2)中对于波长为354.7nm发射激光的Rayleigh后向散射信号，所述台阶高度为75.44nm。