CN108387909A - 基于激光雷达网的区域环境监测系统 - Google Patents

基于激光雷达网的区域环境监测系统 Download PDF

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CN108387909A CN201810064878.XA CN201810064878A CN108387909A CN 108387909 A CN108387909 A CN 108387909A CN 201810064878 A CN201810064878 A CN 201810064878A CN 108387909 A CN108387909 A CN 108387909A
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赵自豪
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Abstract

本发明公开了一种基于激光雷达网的区域环境监测系统，通过N套激光收发系统对N个监测站的大气进行探测，并利用传输光纤将N个站点的大气回波信号传输至单套光学接收机，通过分时探测，以遍历普查的方式对整个区域内的N个监测站进行准实时监测。本发明中，布置于N个监测站点的激光放大器采用同一种子光源，从而使不同站点接收的大气回波信号共用同一套光学接收机。通过采用N×1型光开关，仅使用单套光学接收机，实现对不同监测站的大气回波信号的切换探测，低成本的实现区域环境监测。本发明提高了激光雷达的环境适应性，降低了激光雷达监测区域环境的成本和维护成本，实现了准实时的区域大气环境监测。

Description

基于激光雷达网的区域环境监测系统
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种基于激光雷达网的区域环境监测系统。
背景技术
激光雷达是一种主动的现代光学遥感技术，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光具有高亮度、高方向性、高相干性、高峰值功率的特点。因此，激光雷达具有高角分辨率、高的距离分辨率、高时间分辨率、高测量精度、远探测距离、多目标探测、强抗干扰的优点。通过以激光为信息载体，激光雷达可以用振幅、频率、相位、偏振来搭载信息。因此，其不仅可以精确测距，还可以精确测量频移、角度、姿态、退偏振。继微波雷达之后，激光雷达将辐射源的频率提高到了光频率，比毫米波高出四个数量级，这使之能够探测微小自然目标，如大气中的气溶胶和分子。随着激光技术和光电子学技术的发展，激光雷达已成为重要遥感探测手段。
随着我国空气污染的形势日益严峻，发展高时空分辨率的大气参数探测手段，对追溯污染物的来源，制定大气污染治理策略具有重要意义。
因此，更好地将激光雷达应用于大气污染监测，特别是整个区域的环境监测中，具有重要意义。
发明内容
本发明的发明人发现：使用激光雷达监测整个区域的环境时，若在多个位置布置多台激光雷达同时观测，会带来成本高和维护难的问题；若采用走航技术，仅布置单套激光雷达，为了实现整个区域的覆盖，该激光雷达需车载系统绕着目标区域运行，实时性差，并且，车载平台对激光雷达的抗振性、稳定性提出了更高要求，从而增加系统成本。
本发明的目的是提供一种成本低、布置灵活、维护简单、可实现准实时监测的基于激光雷达网的区域环境监测系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于激光雷达网的区域环境监测系统，包括：脉冲式种子激光系统、分光系统、N×1型光开关，光学接收机和N套激光收发系统，其中，N为大于1的整数；
所述脉冲式种子激光系统用于输出预定波长的激光脉冲信号；
所述分光系统用于将脉冲式种子激光系统输出的激光脉冲信号分成N份；
所述N套激光收发系统与分光系统输出的N份激光脉冲信号对应设置；每套激光收发系统用于接收分光系统输出的一份激光脉冲信号，并将接收到的激光脉冲信号发射到大气中；
每套所述激光收发系统还用于接收大气回波信号，并将接收到的大气回波信号输出到N×1型光开关；
所述N×1型光开关用于输入N路光信号，并对输入的N路光信号选通后输出一路光信号；所述N路光信号分别由N套激光收发系统输出；
所述光学接收机用于接收和处理N×1型光开关输出的光信号。
进一步地，所述脉冲式种子激光系统输出的脉冲激光信号经分光系统分成N 份后分别进入N套激光收发系统，每套激光收发系统分别对输入的脉冲激光信号放大，并将放大后的脉冲激光信号发射到大气中，大气回波信号经对应的激光收发系统接收，并经N×1型光开关选通后进入光学接收机，所述光学接收机根据预定的算法对接收到的信号进行处理，得到目标环境信息。
进一步地，所述脉冲式种子激光系统包括连续激光器、脉冲光发生器和激光放大器；其中，连续激光器经脉冲发生器斩成脉冲光后，再由激光放大器进行放大。
进一步地，激光收发系统包括第一传输光纤、激光放大器、环形器、收发望远镜和第二传输光纤，从分光系统分发的脉冲式种子光，先经第一传输光纤传输至激光放大器，经激光放大器放大后的脉冲激光经光纤环形器输入到收发望远镜，再经收发望远镜发射到大气中，大气回波信号经收发望远镜接收，并经环形器输出至第二传输光纤，经第二传输光纤传输至N×1型光开关。
进一步地，所述激光收发系统包括第一传输光纤、激光放大器、激光扩束器、接收望远镜和第二传输光纤；从分光系统分发的脉冲式种子光，先经第一传输光纤传输至激光放大器，经激光放大器放大后的脉冲激光经激光扩束器发射到大气中，大气回波信号经接收望远镜接收后，经第二传输光纤传输至N×1 型光开关。
进一步地，所述脉冲式种子激光系统的激光信号的波长为1μm～2μm。
进一步地，所述脉冲式种子激光系统的数量为1个，所述光学接收机的数量为1个。
进一步地，所述激光收发系统还包括激光扫描装置，收发望远镜出射的激光先经激光扫描装置后再入射到大气中。
综上所示，该发明利用通信波段激光在光纤中传输时衰减小的优点，将激光收发系统和光学接收机分离，仅采用单个种子激光器和单套光学接收机，实现了整个区域的大气环境监测。由于种子激光器和光学接收机是激光雷达的核心器件，其成本高，而该发明通过采用时分复用技术，降低了区域环境监测所需要的成本，并且具有布置灵活、维护简单、可实现准实时探测的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例1提供的基于激光雷达网的区域环境监测系统的示意图；
图2为本发明实施例2提供的基于激光雷达网的区域环境监测系统的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：
请参见图1所示，基于激光雷达网的区域环境监测系统，包括：脉冲式种子激光系统1、分光系统2、N×1型光开关4，光学接收机5和N套激光收发系统3，其中，N为大于1的整数；
所述脉冲式种子激光系统1用于输出预定波长的激光脉冲信号；
所述分光系统2用于将脉冲式种子激光系统1输出的激光脉冲信号分成N 份；
所述N套激光收发系统3与分光系统2输出的N份激光脉冲信号对应设置；每套激光收发系统3用于接收分光系统2输出的一份激光脉冲信号，并将接收到的激光脉冲信号发射到大气中；
每套所述激光收发系统3还用于接收大气回波信号，并将接收到的大气回波信号输出到N×1型光开关4；
所述N×1型光开关4用于输入N路光信号，并对输入的N路光信号选通后输出一路光信号；所述N路光信号分别由N套激光收发系统3输出；
所述光学接收机5用于接收和处理N×1型光开关4输出的光信号。
进一步地，所述脉冲式种子激光系统1输出的脉冲激光信号经分光系统2 分成N份后分别进入N套激光收发系统3，每套激光收发系统3分别对输入的脉冲激光信号放大，并将放大后的脉冲激光信号发射到大气中，大气回波信号经对应的激光收发系统3接收，并经N×1型光开关4选通后进入光学接收机5，所述光学接收机5根据预定的算法对接收到的信号进行处理，得到目标环境信息。
光开关对N套激光收发系统3的选通顺序由N×1型光开关的驱动信号确定。
具体的，所述N×1型光开关4包括驱动电路，驱动电路以随机抽样的方式选通N套激光收发系统3输出的光信号。
本发明提出通过控制N×1型光开关的驱动电路，实现普查遍历的区域环境监测，即假定N个大气监测站的大气回波信构成一组探测信号，本发明提出以随机抽样的方式，完成这组信号的探测，如此往复，实现遍历普查的区域大气环境监测。
进一步地，所述脉冲式种子激光系统1的数量为1个，所述光学接收机5 的数量为1个。N×1型光开关4的数量为1个。
脉冲式种子激光系统1包括连续激光器11，脉冲光发生器12，激光放大器 13。其中，连续激光器11经脉冲发生器12斩成脉冲光后，再由激光放大器13 进行放大，完成脉冲式种子激光系统。
优选的，脉冲式种子激光器1还可包括隔离器14，用于防止后向散射信号损坏激光器。具体的，由激光放大器13进行放大的光信号经过所述隔离器14 后输出到分光系统2中。
在一个具体的实施例中，脉冲式种子激光系统1还可以是脉冲式激光器。
脉冲式种子激光系统1的激光信号的波长为1μm～2μm，优选为1.5μm。
激光光源选择在光纤中损耗小的1μm～2μm波段的激光，优选为1.5μm 波段。此波段对人眼安全，同时传输损耗小。
激光收发系统3可为基于环形器的单轴系统；请参见图1：
激光收发系统3包括第一传输光纤31、激光放大器32、环形器33、收发望远镜34和第二传输光纤35，从分光系统2分发的脉冲式种子光，先经第一传输光纤31传输至激光放大器32，经激光放大器32放大后的脉冲激光经光纤环形器33输入到收发望远镜34，再经收发望远镜34发射到大气中，大气回波信号经收发望远镜34接收，并经环形器33输出至第二传输光纤35，经第二传输光纤35传输至N×1型光开关4。
其中，分光系统2可以是空间光学分光器，也可以是光纤分光器；分光系统2将光束分成N份，N份光束与N套激光收发系统3对应。
如图1所示，当分光系统2为光纤分束器时，分光系统2具有N个输出端，分光系统2的每个输出端与对应的第一传输光纤31连接。
环形器33可以是光纤环形器。环形器33包括三个端口，分别为1端口、2 端口和3端口；1端口为输入端，2端口为收发同置端，3端口为输出端。
具体的，从分光系统2分发的脉冲式种子光，先经第一传输光纤31传输至激光放大器32，经激光放大器32放大后的脉冲激光经环形器33后，由收发望远镜34发射到大气中，大气回波信号经收发望远镜34接收，并由环形器33的 2端口传输至3端口，实现激光的收发分离，从环形器33的3端口出射的大大气回波信号经第二传输光纤35传输至N×1型光开关4。
从图1中可见，N×1型光开关4的N个输入端分别与N个激光收发系统3 的传输光纤35连接，光开关4的输出端连接至光学接收机5。
第一传输光纤31和第二传输光纤35的长度由激光收发系统距离探测器系统的长度决定。
优选的，激光收发系统3还包括激光扫描装置36，收发望远镜34出射的激光先经激光扫描装置36后再入射到大气中，以实现激光的空间扫描。
激光收发系统3包括N套，激光收发系统3包括N套，一套激光收发系统布置在一个大气监测站即一个测量区域，N套激光收发系统布置在N个大气监测站即一个测量区域，这N套激光收发系统实现整个区域的大气环境监测。
从N套激光收发系统接收回的大气回波信号，经N×1型光开关4，切换的进入光学接收机5。假设在每个大气监测站点，激光扫描一次大气所需的测量时间为T，则完成整个区域的大气环境监测需要的时间为NT。假定N个大气监测站的大气回波信构成一组探测信号，通过改变N×1型光开关的驱动信号，以随机抽样的方式，完成这N个大气监测站的大气环境监测，随后，进入下一轮的大气监测，如此往复，实现遍历普查的区域大气环境监测。
在本发明的一个应用场景中，为实现整个合肥市区的环境监测，当每台激光收发系统的作用距离为5km时，在不同的地点布置了15台激光收发系统3。不同地点的大气回波信号经各自的传输光纤，统一经N×1型光开关4传输至光学接收机5。
光学接收机5包括光信号处理单元51、探测器52、采集卡53和数据处理装置54。所述光信号处理单元51，探测器52，采集卡53和数据处理装置54依次连接。
需要说明的是，当传输的信号为光信号时，本发明所涉及的连接为通过光纤连接；当传输的信号为电信号时，本发明所涉及的连接为电性连接。电性连接分为有线连接和无线连接，只要能够实现信号的传输，均在本发明的保护范围内。
或者，作为替换方案，所述光信号处理单元51输出的光信号进入探测器52，所述探测器52、采集卡53和数据处理装置54依次连接。
优选的，本发明的基于激光雷达网的区域环境监测系统，包含一个光学接收机5，所述光学接收机包含一个探测器52、一个采集卡53和一个数据处理装置54。
数据处理装置54可以是计算机，还可以是单片机、FPGA等具有数据处理功能的装置。
光信号处理单元51用于对接收到的光学信号进行处理，光信号处理单元51 包括背景噪声滤除子单元和处理子单元，所述背景噪声滤除子单元用于滤除太阳背景辐射和天空背景辐射噪声；所述处理子单元用于对输入的光信号进行处理，以获取目标大气参数。
所述噪声滤除子单元可以是滤光片。
在一个应用场景中，所述处理子单元可以是鉴频器，所述鉴频器用于获取大气风速信息，可以用来探测大气风场。
在另一个应用场景中，所述处理子单元可以是偏振分束器，所述偏振分束器用于获取大气退偏比信息。
探测器52用于实现对大气回波信号的探测，其优选为单光子探测器，探测器52包括并不限于InGaAs/InP单光子探测器，超导纳米线单光子探测器和频率上转换单光子探测器。
采集卡53与探测器52连接，采集卡53用于采集探测器输出的电信号，将所述电信号转换为数字信号输出到数据处理装置54中。数据处理装置54根据预设的算法，反演和显示目标大气参数，得到环境信息。大气参数包括但不限于大气风速、温度、大气气溶胶密度、大气分子密度、各种大气气体成分含量、 PM2.5、PM10。
如图1所示，在一个应用场景中，所述脉冲式种子激光系统1的输出端与分光系统2的输出端连接，所述分光系统2的N个输出端分别与激光收发系统 3的N个第一传输光纤31连接；所述分光系统2的每个输出端与一个第一传输光纤31的一端连接，第一传输光纤31的另一端与激光放大器32的输入端连接，激光放大器32的输出端与环形器33的1端口连接，环形器33的2端口与收发望远镜34的收发端连接，环形器33的3端口与第二传输光纤35连接的一端连接；第二传输光纤35的另一端与N×1型光开关4的输入端连接；N×1型光开关4的输出端与光学接收机5的输入端连接。上述光学器件的连接可以是直接连接，也可以是通过光纤连接。
本发明实施例提供的一种基于激光雷达网的区域环境监测具有如下有益效果：
1、本发明中N个激光收发系统采用同一个脉冲式种子激光系统，从而保证了使用同一个光学接收机进行处理，从而实现采用单一脉冲式种子激光系统和同一光学接收机对不同区域的大气回波信号进行光信号处理；并且由于仅采用单个种子激光器和单个光学接收机，有效地降低了整个系统的成本。
2、本发明利用通信波段激光在光纤中传输损耗小的优点，将激光收发系统和信号探测采集子系统分离，并通过N×1型光开关，仅采用单个光学接收机分时的对整个区域的不同监测站进行探测，其大大降低了区域环境监测的运行成本，其具有布置灵活、维护简单、可实现准实时监测的优点。
3、本发明提出通过控制N×1型光开关的驱动电路，实现普查遍历的区域环境监测，即假定N个大气监测站的大气回波信构成一组探测信号，本发明提出以随机抽样的方式，完成这组信号的探测，如此往复，实现遍历普查的区域大气环境监测。
4、本发明的激光收发系统3采用基于环形器的单轴系统，仅需一个望远镜就能实现信号的接收和发送，结构紧凑，节约整个系统的成本的同时，还能有效地减小系统的体积和重量。
实施例2：
图2为本发明实施例2提供的基于激光雷达网的区域环境监测系统的示意图。请参见图2所示，基于激光雷达网的区域环境监测系统，包括：脉冲式种子激光系统1、分光系统2、N×1型光开关4，光学接收机5和N套激光收发系统3，其中，N为大于1的整数；
所述脉冲式种子激光系统1用于输出预定波长的激光脉冲信号；
所述分光系统2用于将脉冲式种子激光系统1输出的激光脉冲信号分成N 份；
所述N套激光收发系统3与分光系统2输出的N份激光脉冲信号对应设置；每套激光收发系统3用于接收分光系统2输出的一份激光脉冲信号，并将接收到的激光脉冲信号发射到大气中；
每套所述激光收发系统3还用于接收大气回波信号，并将接收到的大气回波信号输出到N×1型光开关4；
所述N×1型光开关4用于输入N路光信号，并对输入的N路光信号选通后输出一路光信号；所述N路光信号分别由N套激光收发系统3输出；
所述光学接收机5用于接收和处理N×1型光开关4输出的光信号。
进一步地，所述脉冲式种子激光系统1输出的脉冲激光信号经分光系统2 分成N份后分别进入N套激光收发系统3，每套激光收发系统3分别对输入的脉冲激光信号放大，并将放大后的脉冲激光信号发射到大气中，大气回波信号经对应的激光收发系统3接收，并经N×1型光开关4选通后进入光学接收机5，所述光学接收机5根据预定的算法对接收到的信号进行处理，得到目标环境信息。
光开关对N套激光收发系统3的选通顺序由N×1型光开关的驱动信号确定。
具体的，所述N×1型光开关4包括驱动电路，驱动电路以随机抽样的方式选通N套激光收发系统3输出的光信号。
本发明提出通过控制N×1型光开关的驱动电路，实现普查遍历的区域环境监测，即假定N个大气监测站的大气回波信构成一组探测信号，本发明提出以随机抽样的方式，完成这组信号的探测，如此往复，实现遍历普查的区域大气环境监测。
进一步地，所述脉冲式种子激光系统1的数量为1个，所述光学接收机5 的数量为1个。N×1型光开关4的数量为1个。
脉冲式种子激光系统1包括连续激光器11，脉冲光发生器12，激光放大器 13。其中，连续激光器11经脉冲发生器12斩成脉冲光后，再由激光放大器13 进行放大，完成脉冲式种子激光系统。
优选的，脉冲式种子激光器1还可包括隔离器14，用于防止后向散射信号损坏激光器。具体的，由激光放大器13进行放大的光信号经过所述隔离器14 后输出到分光系统2中。
在一个具体的实施例中，脉冲式种子激光系统1还可以是脉冲式激光器。
脉冲式种子激光系统1的激光信号的波长为1μm～2μm，优选为1.5μm。
激光光源选择在光纤中损耗小的1μm～2μm波段的激光，优选为1.5μm 波段。此波段对人眼安全，同时传输损耗小。
激光收发系统3可为收发分轴系统；请参见图2：
所述激光收发系统3包括第一传输光纤31、激光放大器32、激光扩束器 34-1、接收望远镜34-2和第二传输光纤35；从分光系统2分发的脉冲式种子光，先经第一传输光纤31传输至激光放大器32，经激光放大器32放大后的脉冲激光经激光扩束器34-1发射到大气中，大气回波信号经接收望远镜34-2接收后，经第二传输光纤35传输至N×1型光开关4。
从图2中可见，N×1型光开关4的N个输入端分别与N个激光收发系统3 的传输光纤35连接，光开关4的输出端连接至光学接收机5。
第一传输光纤31和第二传输光纤35的长度由激光收发系统3距离探测器系统的长度决定。
优选的，激光收发系统3还包括激光扫描装置36，接收望远镜34-2出射的激光先经激光扫描装置36后再入射到大气中，以实现激光的空间扫描。
激光收发系统3包括N套，一套激光收发系统布置在一个大气监测站即一个测量区域，N套激光收发系统布置在N个大气监测站即一个测量区域，这N 套激光收发系统实现整个区域的大气环境监测。
从N套激光收发系统接收回的大气回波信号，经N×1型光开关4，切换的进入光学接收机5。假设在每个大气监测站点，激光扫描一次大气所需的测量时间为T，则完成整个区域的大气环境监测需要的时间为NT。假定N个大气监测站的大气回波信构成一组探测信号，通过改变N×1型光开关的驱动信号，以随机抽样的方式，完成这N个大气监测站的大气环境监测，随后，进入下一轮的大气监测，如此往复，实现遍历普查的区域大气环境监测。
在本发明的一个应用场景中，为实现整个合肥市区的环境监测，当每台激光收发系统的作用距离为5km时，在不同的地点布置了15台激光收发系统3。不同地点的大气回波信号经各自的传输光纤，统一经N×1型光开关4传输至光学接收机5。
光学接收机5包括光信号处理单元51，探测器52，采集卡53和数据处理装置54。
所述光信号处理单元51输出的光信号进入探测器52，所述探测器52、采集卡53和数据处理装置54依次连接。
优选的，本发明的基于激光雷达网的区域环境监测系统，包含一个光学接收机5，所述光学接收机包含一个探测器52、一个采集卡53和一个数据处理装置54。
数据处理装置54可以是计算机，还可以是单片机、FPGA等具有数据处理功能的装置。
光信号处理单元51用于对接收到的光学信号进行处理，光信号处理单元51 包括背景噪声滤除子单元和处理子单元，所述背景噪声滤除子单元用于滤除太阳背景辐射和天空背景辐射噪声；所述处理子单元用于对输入的光信号进行处理，以获取目标大气参数。
所述噪声滤除子单元可以是滤光片。
在一个应用场景中，所述处理子单元可以是鉴频器，所述鉴频器用于获取大气风速信息，可以用来探测大气风场。
在另一个应用场景中，所述处理子单元可以是偏振分束器，所述偏振分束器用于获取大气退偏比信息。
探测器52用于实现对大气回波信号的探测，其优选为单光子探测器，探测器52包括并不限于InGaAs/InP单光子探测器，超导纳米线单光子探测器和频率上转换单光子探测器。
采集卡53与探测器52连接，采集卡53用于采集探测器输出的电信号，将所述电信号转换为数字信号输出到数据处理装置54中。数据处理装置54根据预设的算法，反演和显示目标大气参数，得到环境信息。大气参数包括但不限于大气风速、温度、大气气溶胶密度、大气分子密度、各种大气气体成分含量、 PM2.5、PM10。
如图2所示，在一个应用场景中，所述脉冲式种子激光系统1的输出端与分光系统2的输出端连接，所述分光系统2的N个输出端分别与激光收发系统 3的N个第一传输光纤31连接；所述分光系统2的每个输出端与一个第一传输光纤31的一端连接，第一传输光纤31的另一端与激光放大器32的输入端连接，激光放大器32的输出端与激光扩束器34-1的输入端连接；接收望远镜34-2的输出端与第二传输光纤35的一端连接；第二传输光纤35的另一端与N×1型光开关4的输入端连接；N×1型光开关4的输出端与光学接收机5的输入端连接。上述光学器件的连接可以是直接连接，也可以是通过光纤连接。其中，接收望远镜34-2的输出端对应于接收望远镜会聚信号的一端。
本发明实施例提供的一种基于激光雷达网的区域环境监测具有如下有益效果：
1、本发明中N个激光收发系统采用同一个脉冲式种子激光系统，从而保证了使用同一个光学接收机进行处理，从而实现采用单一脉冲式种子激光系统和同一光学接收机对不同区域的大气回波信号进行光信号处理；并且由于仅采用单个种子激光器和单个光学接收机，有效地降低了整个系统的成本。
2、本发明利用通信波段激光在光纤中传输损耗小的优点，将激光收发系统和信号探测采集子系统分离，并通过N×1型光开关，仅采用单个光学接收机分时的对整个区域的不同监测站进行探测，其大大降低了区域环境监测的运行成本，其具有布置灵活、维护简单、可实现准实时监测的优点。
3、本发明提出通过控制N×1型光开关的驱动电路，实现普查遍历的区域环境监测，即假定N个大气监测站的大气回波信构成一组探测信号，本发明提出以随机抽样的方式，完成这组信号的探测，如此往复，实现遍历普查的区域大气环境监测。

Claims (10)

1.基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，包括：脉冲式种子激光系统(1)、分光系统(2)、N×1型光开关(4)，光学接收机(5)和N套激光收发系统(3)，其中，N为大于1的整数；
所述脉冲式种子激光系统(1)用于输出预定波长的激光脉冲信号；
所述分光系统(2)用于将脉冲式种子激光系统(1)输出的激光脉冲信号分成N份；
所述N套激光收发系统(3)与分光系统(2)输出的N份激光脉冲信号对应设置；每套激光收发系统(3)用于接收分光系统(2)输出的一份激光脉冲信号，并将接收到的激光脉冲信号发射到大气中；
每套所述激光收发系统(3)还用于接收大气回波信号，并将接收到的大气回波信号输出到N×1型光开关(4)；
所述N×1型光开关(4)用于输入N路光信号，并对输入的N路光信号选通后输出一路光信号；所述N路光信号分别由N套激光收发系统(3)输出；
所述光学接收机(5)用于接收和处理N×1型光开关(4)输出的光信号。
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，所述脉冲式种子激光系统(1)输出的脉冲激光信号经分光系统(2)分成N份后分别进入N套激光收发系统(3)，每套激光收发系统(3)分别对输入的脉冲激光信号放大，并将放大后的脉冲激光信号发射到大气中，大气回波信号经对应的激光收发系统(3)接收，并经N×1型光开关(4)选通后进入光学接收机(5)，所述光学接收机(5)根据预定的算法对接收到的信号进行处理，得到目标环境信息。
3.根据权利要求1所述的基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，所述脉冲式种子激光系统(1)包括连续激光器(11)、脉冲光发生器(12)和激光放大器(13)；其中，连续激光器(11)经脉冲发生器(12)斩成脉冲光后，再由激光放大器(13)进行放大。
4.根据权利要求1所述的基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，激光收发系统(3)包括第一传输光纤(31)、激光放大器(32)、环形器(33)、收发望远镜(34)和第二传输光纤(35)，从分光系统(2)分发的脉冲式种子光，先经第一传输光纤(31)传输至激光放大器(32)，经激光放大器(32)放大后的脉冲激光经光纤环形器(33)输入到收发望远镜(34)，再经收发望远镜(34)发射到大气中，大气回波信号经收发望远镜(34)接收，并经环形器(33)输出至第二传输光纤(35)，经第二传输光纤(35)传输至N×1型光开关(4)。
5.根据权利要求1所述的基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，所述激光收发系统(3)包括第一传输光纤(31)、激光放大器(32)、激光扩束器(34-1)、接收望远镜(34-2)和第二传输光纤(35)；从分光系统(2)分发的脉冲式种子光，先经第一传输光纤(31)传输至激光放大器(32)，经激光放大器(32)放大后的脉冲激光经激光扩束器(34-1)发射到大气中，大气回波信号经接收望远镜(34-2)接收后，经第二传输光纤(35)传输至N×1型光开关(4)。
6.根据权利要求1所述的基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，所述脉冲式种子激光系统(1)的激光信号的波长为1μm～2μm。
7.根据权利要求1所述的基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，所述脉冲式种子激光系统(1)的数量为1个，所述光学接收机(5)的数量为1个。
8.根据权利要求4所述的基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，所述激光收发系统(3)还包括激光扫描装置(36)，收发望远镜(34)出射的激光先经激光扫描装置(36)后再入射到大气中。
9.根据权利要求5所述的基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，所述激光收发系统(3)还包括激光扫描装置(36)，接收望远镜(34-2)出射的激光先经激光扫描装置(36)后再入射到大气中。
10.根据权利要求1所述的基于激光雷达网的区域环境监测系统，其特征在于，光学接收机(5)包括光信号处理单元(51)、探测器(52)、采集卡(53)和数据处理装置(54)；所述光信号处理单元(51)、探测器(52)，采集卡(53)和数据处理装置(54)依次连接。
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