CN109001758A - 一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大气环境污染监测技术领域，尤其为一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，高能泵浦紫外激光源用于产生并发出高能高光学质量紫外光；高性能高压拉曼管，其接收泵浦紫外光，并将泵浦紫外光通过受激拉曼产生多光束紫外差分吸收光束；紫外激光接收单元，接收经过大气目标散射后的光束回波散射信号；紫外多通道分光光谱仪，对与其通信连接的紫外激光接收单元接收的光束回波散射信号进行波长选择和滤波；工控机与紫外多通道分光光谱仪通信连接；高精度自动紫外倍频稳定模块，与工控机串行通信，并对泵浦紫外光进行稳定控制。本发明，获得臭氧的立体监测数据有助于监测部门掌握臭氧的空间分布情况。
Description
技术领域
本发明涉及大气环境污染监测技术领域，具体为一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达。
背景技术
激光雷达在探测大气环境污染方面的作用越来越大。我国城市和区域大气污染形势严峻，尤其多地臭氧已成为首要污染物。臭氧的来源主要有局地生成和高空传输，臭氧激光雷达获得的立体监测数据有助于监测部门掌握臭氧的空间分布情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，以解决上述背景技术中提出的问题。所述车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达具有获得的立体监测数据有助于监测部门掌握臭氧的空间分布情况的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，包括：
高能泵浦紫外激光源，所述高能泵浦紫外激光源用于产生并发出高能高光学质量紫外光；
高性能高压拉曼管，其接高能高光学质量紫外光，并将高能高光学质量紫外光通过受激拉曼产生多光束紫外差分吸收光束；
激光紫外整形单；其对高性能高压拉曼管产生多光束紫外差分吸收光束进行整形，并将整形后的光束向大气目标散射；
紫外激光接收单元，接收经过大气目标散射后的光束回波散射信号；
紫外多通道分光光谱仪，对与其通信连接的紫外激光接收单元接收的光束回波散射信号进行波长选择和滤波；
工控机，与紫外多通道分光光谱仪通信连接，并采集紫外多通道分光光谱仪上传的信号；
高精度自动紫外倍频稳定模块，与工控机串行通信，并对泵浦紫外光进行稳定控制；
雷达控制单元，其用于产生控制脉冲信号，接收串口通信的工控机控制信号并将控制脉冲信号送至与其SPI总线连接的高能泵浦紫外激光源。
优选的，所述高能泵浦紫外激光源连接有微型致冷器，高能泵浦紫外激光源采用Nd:YAG脉冲激光器；紫外激光能量大于5mJ。
优选的，所述激光紫外整形单元采用采用多色差矫正扩束器进行光束准直整形。
优选的，所述紫外激光接收单元采用200mm-300mm的卡塞格林望远镜或组合透镜接收。
优选的，所述紫外多通道分光光谱仪通过串口通信的数据采集模块将波长选择和滤波的回波散射信号数字化后上传到工控机。
优选的，所述工控机连接总线连接器，并通过总线连接器与高精度自动紫外倍频稳定模块、雷达控制单元串行通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用高精度自动紫外倍频稳定模块对泵浦紫外光进行稳定控制，高性能高压拉曼管通过受激拉曼产生多光束紫外差分吸收光束，激光紫外整形单元对产生紫外光束进行整形，紫外激光接收单元接收大气回波散射信号，紫外多通道分光光谱仪通过多光束干涉原理进行波长选择和滤波，该分光光谱仪接受角度大，可以在振动条件下使用，适合车载等振动平台上应用。
工控机利用雷达控制单元和内置的反演显示软件单元对雷达整机运行进行控制，并进行颗粒物和臭氧廓线的显示，获得局地生成和高空传输臭氧的立体监测数据有助于监测部门掌握臭氧的空间分布情况。
附图说明
图1为本发明系统结构框图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，包括：高能泵浦紫外激光源，所述高能泵浦紫外激光源用于产生并发出高能高光学质量紫外光；高性能高压拉曼管，其接收高能高光学质量紫外光，并将高能高光学质量紫外光通过受激拉曼产生多光束紫外差分吸收光束；激光紫外整形单；其对高性能高压拉曼管产生多光束紫外差分吸收光束进行整形，并将整形后的光束向大气目标散射；紫外激光接收单元，接收经过大气目标散射后的光束回波散射信号；紫外多通道分光光谱仪，对与其通信连接的紫外激光接收单元接收的光束回波散射信号进行波长选择和滤波；工控机，与紫外多通道分光光谱仪通信连接，并接收紫外多通道分光光谱仪上传的信号；高精度自动紫外倍频稳定模块，与工控机串行通信，并对泵浦紫外光进行稳定控制；雷达控制单元，其用于产生控制脉冲信号，接收串口通信的工控机控制信号并将控制脉冲信号送至与其SPI总线连接的高能泵浦紫外激光源，所述工控机连接总线连接器，并通过总线连接器与高精度自动紫外倍频稳定模块、雷达控制单元串行通信。所述高能泵浦紫外激光源连接有微型致冷器，高能泵浦紫外激光源采用Nd:YAG脉冲激光器；紫外激光能量大于5mJ。所述激光紫外整形单元采用高斯光束准直整形。所述紫外激光接收单元采用200mm-300mm的卡塞格林望远镜或组合透镜接收。所述紫外多通道分光光谱仪通过串口通信的数据采集模块将波长选择和滤波的回波散射信号数字化后上传到工控机。
激光雷达采用高精度自动紫外倍频稳定模块对Nd:YAG脉冲激光器发射的泵浦紫外光进行稳定控制；泵浦紫外光经由高性能高压拉曼管通过受激拉曼产生多光束紫外差分吸收光束；激光紫外整形单元采用多色差矫正扩束器对产生紫外光束准直整形，多光束紫外差分吸收光束散射到大气目标，反射回波散射信号；紫外激光接收单元，采用200mm-300mm的卡塞格林望远镜或组合透镜接收大气目标的回波散射信号，紫外多通道分光光谱仪通过多光束干涉原理进行波长选择和滤波，该分光谱仪接受角度大，可以在振动条件下使用，适合车载等振动平台上应用，紫外多通道分光光谱仪对回波散射信号长波选择和滤波的光信号经过数据采集模块连接的CR114光电倍增管完成光电转换，再将数字化后的信号上传到嵌入式IPC610L工控机，可以对数据采集模块、光电转换模块信号进行读取和处理，嵌入式IPC610L工控机体积小、运算速度快，内置反演显示软件，具有虚拟示波功器功能，读取/保存数据以及波形显示/频谱分析功能，数据采集模块采用TDS500B示波器进行信号采集与波形观察，在数据采集完成后再利用与其通信的嵌入式IPC610L工控机的编程来实现数据的反演，嵌入式IPC610L工控机对激光雷达整机运行进行控制，并进行颗粒物和臭氧廓线的显示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，其特征在于，包括：
高能泵浦紫外激光源，所述高能泵浦紫外激光源用于产生并发出高能高光学质量紫外光；
高性能高压拉曼管，其接高能高光学质量紫外光，并将高能高光学质量紫外光通过受激拉曼产生多光束紫外差分吸收光束；
激光紫外整形单；其对高性能高压拉曼管产生多光束紫外差分吸收光束进行整形，并将整形后的光束向大气目标散射；
紫外激光接收单元，接收经过大气目标散射后的光束回波散射信号；
紫外多通道分光光谱仪，对与其通信连接的紫外激光接收单元接收的光束回波散射信号进行波长选择和滤波；
工控机，与紫外多通道分光光谱仪通信连接，并采集紫外多通道分光光谱仪上传的信号；
高精度自动紫外倍频稳定模块，与工控机串行通信，并对泵浦紫外光进行稳定控制；
雷达控制单元，其用于产生控制脉冲信号，接收串口通信的工控机控制信号并将控制脉冲信号送至与其SPI总线连接的高能泵浦紫外激光源。
2.根据权利要求1所述的一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，其特征在于：所述高能泵浦紫外激光源连接有微型致冷器，高能泵浦紫外激光源采用Nd:YAG脉冲激光器；紫外激光能量大于5mJ。
3.根据权利要求1所述的一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，其特征在于：所述激光紫外整形单元采用采用多色差矫正扩束器进行光束准直整形。
4.根据权利要求1所述的一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，其特征在于：所述紫外激光接收单元采用200mm-300mm的卡塞格林望远镜或组合透镜接收。
5.根据权利要求1所述的一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，其特征在于：所述紫外多通道分光光谱仪通过串口通信的数据采集模块将波长选择和滤波的回波散射信号数字化后上传到工控机。
6.根据权利要求1所述的一种车载走航臭氧廓线立体监测激光雷达，其特征在于：所述工控机连接总线连接器，并通过总线连接器与高精度自动紫外倍频稳定模块、雷达控制单元串行通信。
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