CN109917421A - 基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光技术应用技术领域，提供了基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，用于探测大气气溶胶的时空演变、大气中颗粒物的浓度、颗粒粒径大小、形状和粒子谱分布。该系统包括激光发射装置、接收装置、主控制器，激光发射装置和接收装置分别固定在连接板的两侧，其间距满足Scheimpflug成像原理。该系统采用四个二极管激光器作为光源，两个CMOS图像传感器分时探测，以角度分辨而非飞行时间分辨的方式获得距离分辨的大气后向散射信号，可以获取多个波长的激光雷达信号，与传统的脉冲式气溶胶激光雷达系统相比具有结构简单，操作方便，成本低，可靠性高等特点。
Description
技术领域
本发明属于激光技术应用技术领域，具体涉及基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，用于探测大气气溶胶的时空演变、大气中颗粒物的浓度、颗粒粒径大小、形状和粒子谱分布。
背景技术
激光雷达(Light Detection and Ranging，Lidar)技术是一种主动光学廓线定量遥感工具，其具有高的时空分辨率、优越的方向性和相干性以及可以实时监测等独特的优势。激光雷达技术已经广泛地应用于大气气溶胶和云的监测，污染气体(臭氧、二氧化氮、二氧化硫等)以及温室气体(二氧化碳、甲烷等)浓度分布测量，中高层大气温度场、风场、能见度和大气边界层的探测等诸多方面。
目前，脉冲式米散射气溶胶激光雷达技术的研究较为成熟、应用也最为广泛，其可以探测气溶胶粒子的廓线分布，而多波长米散射激光雷达可以反演气溶胶的粒子谱分布，其偏振信号可用于区分不同形状的粒子，进而对气溶胶粒子进行分类。脉冲式激光雷达技术的硬件原理是向大气中发射纳秒量级的脉冲光并以时间分辨的方式探测其后向散射光的强度，从而实现了不同距离上大气回波信号的探测。目前国内有多家研究单位开展米散射激光雷达研究，如安徽光机所研制了多波长激光雷达系统，用于气溶胶和卷云等微物理特性的探测(D.Liu,et.al,Development of multi-wavelength Raman lidar and itsapplication on aerosol and cloud research,Epj Web Conf 119,25011,(2016).)；西安理工大学建立了多波长偏振激光雷达系统用于气溶胶探测等(H.G.Di,et.al,Detections and analyses of aerosol optical properties under different weatherconditions using multi-wavelength Mie lidar,Acta Phys Sin-Ch Ed 63,244206,(2014).)。然而，脉冲式气溶胶激光雷达系统的设计和维护成本却居高不下。这主要是由于两方面的原因：其一，是该技术需要的高性能纳秒量级脉冲光源如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器等，不仅成本高而且维护费用不菲；其二，是由于激光雷达信号与距离的平方成反比，系统对动态范围的要求非常高，不仅需要高灵敏探测器如光电倍增管等，而且需要高速模拟采样以及单光子计数技术等复杂的信号采样技术。
SLidar(Scheimpflug Lidar)技术以连续光作为发射光源，由望远镜收集后向散射信号并由倾斜的图像传感器在满足沙氏(Scheimpflug)成像原理的条件下探测大气后向散射光，以角度分辨的方式获得距离分辨的大气后向散射信号，成功的实现了距离分辨的大气后向散射信号探测。基于该原理，SLidar技术可以使用大功率连续光光源(如二极管激光器)，以及CCD/CMOS传感器作为探测器，从而有效地克服了传统脉冲激光雷达技术在光源和光电检测方面系统复杂的困难。在解决三波长甚至更多波长激光雷达系统集成方面有非常大的潜力，极大地降低了系统的结构和成本。为此，本发明设计了一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统。
上述对背景技术的陈述仅是为了方便对本发明技术方案(使用的技术手段、解决的技术问题以及产生的技术效果等方面)的深入理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，以解决上述背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案：
一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，包括激光发射装置、接收装置和主控制器，所述激光发射装置和所述接收装置设置于连接板45的两侧，其中：
所述激光发射装置包括设置于底板上的透镜1、第一安装支架2、透镜安装筒3、发射装置第一二向色镜4、发射装置第一笼式立方体5、全反射镜6、可调平台调整架7、第二安装支架8、遮光筒9、发射装置第二二向色镜10、旋转式笼式立方体平台11、探测器12、偏振分束器13、发射装置第二笼式立方体14、LD I二极管激光器15、第一空心圆柱体16、第一xyz三轴位移平台17、第二xyz三轴位移平台20、零级半波片21、第二空心圆柱体22、LD II二极管激光器23、第三xyz三轴位移平台24、LD III二极管激光器25、第一柱透镜组26、第四xyz三轴位移平台33、LD IV二极管激光器34和第二柱透镜组35，其中，
所述透镜安装筒3通过所述第一安装支架2固定在所述底板上，所述透镜安装筒3与所述遮光筒9垂直对接，两者之间是连通、无遮挡的；
所述透镜1安装在所述透镜安装筒3的入口端，所述全反射镜6安装在所述遮光筒9内且与水平线呈45度角，所述透镜1的光轴与所述全反射镜6的中心重合；
所述遮光筒9通过所述第二安装支架8固定在所述底板上，所述全反射镜6固定在所述可调平台调整架7上，所述可调平台调整架7固定在所述遮光筒9内部，通过旋转所述可调平台调整架7上的两个旋钮对所述全反射镜6的俯仰角、翻滚角进行微调；
所述旋转式笼式立方体平台11设置在所述遮光筒9的出口端正下方，固定在底板上，所述旋转式笼式立方体平台11的左侧面、上侧面、下侧面均为无遮挡面，因此与所述遮光筒9相通；
所述发射装置第二二向色镜10设置在所述旋转式笼式立方体平台11中，并与水平线呈45度角，所述发射装置第二二向色镜10与所述全反射镜6的倾斜方向相反；
所述全反射镜6的中心与发射装置第二二向色镜10的中心的连线平行于底板，并且与透镜1的主光轴互相垂直，通过所述透镜安装筒3、所述遮光筒9和所述旋转式笼式立方体平台11组成一个整体；
所述偏振分束器13固定在所述底板上，位于所述旋转式笼式立方体平台11正下方，所述偏振分束器13的中心位于全反射镜6的中心与发射装置第二二向色镜10的中心连线的延长线上，所述偏振分束器13的反射面与该延长线成45度夹角并且平行于全反射镜6的光学表面，所述偏振分束器13所在的发射装置第二笼式立方体14的上侧面、下侧面、左侧面和右侧面均无遮挡，左侧面的边缘与探测器12相连接；
所述LD I二极管激光器15和所述LD II二极管激光器23的功率、发散角相同，其位置相互垂直并分别位于所述发射装置第二笼式立方体14的右侧面和下侧面；
所述LDI二极管激光器15在近所述偏振分束器13的一端与所述第一空心圆柱体16相连接，所述第一空心圆柱体16在近所述偏振分束器13的一端与所述第一xyz三轴位移平台17紧密连接，所述第一xyz三轴位移平台17固定在底板上；
所述LD II二极管激光器23在近所述偏振分束器13的一端与所述第二空心圆柱体22相连接，所述第二空心圆柱体22在近所述偏振分束器13的一端与所述第二xyz三轴位移平台20紧密连接，所述第二圆柱体22内设置有零级半波片21，其旋转角度为45度且紧固于所述第二圆柱体22内，所述第二xyz三轴位移平台20固定在所述底板上；
所述LD II二极管激光器23的中心、所述偏振分束器13的中心、所述发射装置第二二向色镜10及全反射镜6的中心位于一条直线上，并且平行于底板；
所述LD I二极管激光器15的中心与所述偏振分束器13的中心所在直线平行于底板，并且与LD II二极管激光器23的中心和所述偏振分束器13的中心连线互相垂直；
所述LD I二极管激光器15发射的光束绝大部分被所述偏振分束器13反射并从所述发射装置第二笼式立方体14上侧面射出，少量激光经左侧面出射并由探测器12探测；所述LD II二极管激光器23发射的光束绝大部分从所述偏振分束器13透射并从所述发射装置第二笼式立方体14上侧面射出，少量激光从左侧面出射并由探测器12探测；所述偏振分束器13将两束光束耦合，并由所述发射装置第二笼式立方体14的上侧面发射至所述旋转式笼式立方体平台11的无遮挡的下侧面；
所述发射装置第一笼式立方体5固定在底板上，位于所述旋转式笼式立方体平台11的左侧，所述发射装置第一笼式立方体5内设置有发射装置第一二向色镜4，所述发射装置第一二向色镜4与发射装置第二二向色镜10反射面平行，所述发射装置第一笼式立方体5的左侧面、右侧面和下侧面均无遮挡；
所述LDIII二极管激光器25和所述LDIV二极管激光器34的位置相互垂直，分别位于所述发射装置笼式立方体5的下侧面和左侧面；
所述LDIII二极管激光器25在近所述发射装置笼式立方体5的一端紧固有第一柱透镜组26，所述第一柱透镜组26在近所述发射装置第一笼式立方体5的一端与所述第三xyz三轴位移平台24连接，所述第三xyz三轴位移平台24固定在所述底板上；
所述LDIV二极管激光器34在近所述发射装置第一笼式立方体5的一端紧固有第二柱透镜组35，所述第二柱透镜组35在近所述发射装置笼式立方体5的一端与所述第四xyz三轴位移平台33连接，所述第四xyz三轴位移平台33固定在所述底板上；
所述LD IV二极管激光器34的中心、所述第二柱透镜组35的中心、所述发射装置第一二向色镜4的中心、所述发射装置第二二向色镜10的中心在同一条直线上且连线平行于底板和透镜1的光轴；
所述LDIII二极管激光器25的中心、第一柱透镜组26的中心和所述发射装置第一二向色镜4的中心在同一条直线上且连线平行于底板，垂直于透镜1的光轴；
所述LDIII二极管激光器25发射的光束通过所述第一柱透镜组26以及所述发射装置笼式立方体5的无遮挡的下侧面，传递至所述发射装置第一二向色镜4并呈90度角反射；
所述LDIV二极管激光器34发射的光束通过所述第二柱透镜组35以及所述发射装置笼式立方体5的无遮挡的左侧面，传递至所述发射装置第一二向色镜4并透射，所述发射装置第一二向色镜4将两光束耦合，并由发射装置笼式立方体5的无遮挡的右侧面传递至所述旋转式笼式立方体平台11的无遮挡的左侧面，进入所述旋转式笼式立方体平台11，所述LD I二极管激光器15和所述LD II二极管激光器23耦合的光束与所述LDIII二极管激光器25和所述LDIV二极管激光器34耦合的光束，经所述发射装置第二二向色镜10耦合，并由所述旋转式笼式立方体平台11的无遮挡的上侧面传递至所述全反射镜6，并由全反射镜6反射至所述透镜1，从而发射到大气中；
所述接收装置包括焦比F4牛顿反射式望远镜44、CMOS I图像传感器36、CMOS II图像传感器37、第一三角支撑架39、第二三角支撑架38、线偏振片40、接收装置二向色镜41、接收装置笼式立方体42、调焦旋钮43，其中，
所述第一三角支撑架39的斜边和所述第二三角支撑架38的斜边分别作为所述CMOS I图像传感器36和所述CMOS II图像传感器37支撑边，所述第一三角支撑架39和所述第二三角支撑架38一直角边分别固定在所述接收装置笼式立方体42上侧面和左侧面上，使得所述CMOS I图像传感器36和所述CMOS II图像传感器37均与所述焦比F4牛顿反射式望远镜44的光轴呈45度夹角设置；
所述接收装置笼式立方体42的上侧面、下侧面和左侧面无遮挡，所述线偏振片40固定在所述第一三角支撑架39的直角边内表面上，位于所述接收装置笼式立方体42的上侧面上方；所述接收装置二向色镜41与所述焦比F4牛顿反射式望远镜44的光轴呈45度夹角，设置在所述接收装置笼式立方体42内；所述CMOS I图像传感器36与所述接收装置二向色镜41的倾斜方向相反，所述接收装置笼式立方体42的下侧面与所述调焦旋钮43连接，所述调焦旋钮43设置于所述焦比F4牛顿反射式望远镜44侧壁上；
所述焦比F4牛顿反射式望远镜44的光轴与透镜1所在的光轴的距离为d1＝806mm，满足沙氏成像原理；所述焦比F4牛顿反射式望远镜44通过可调节旋钮46固定在所述连接板45上，该可调节旋钮46对所述焦比F4牛顿反射式望远镜44的俯仰角进行0°～1°角度调节；
所述激光发射装置的后向散射信号由所述焦比F4牛顿反射式望远镜44接收，通过所述接收装置二向色镜41分离，所述LD I二极管激光器15和LDII二极管激光器23的后向散射信号由所述接收装置二向色镜41透射，并经过所述线偏振片40，进而通过所述CMOS I图像传感器36探测，所述LDIII二极管激光器25和所述LDIV二极管激光器34的后向散射信号由接收装置二向色镜41反射，并由所述CMOSⅡ图像传感器37探测；
所述主控制器包括：计算机、第一温控驱动板27、第二温控驱动板28、第一LD电流驱动板18、第二LD电流驱动板19、第三LD电流驱动板29、第四LD电流驱动板30、约翰逊计数器32，其中
所述计算机作为各温控驱动板、各LD电流驱动板和CMOS图像传感器的上位机，用以对各驱动闭环控制和采集图像数据；
所述第一温控驱动板27、所述第二温控驱动板28、所述第一LD电流驱动板18、所述第二LD电流驱动板19、所述第三LD电流驱动板29、所述第四LD电流驱动板30和所述约翰逊计数器32均设置于所述激光发射装置的底板上不影响光束传递的位置；
所述第一温控驱动板27与所述LD I二极管激光器15和所述LD II二极管激光器23连接，用以控制所述LD I二极管激光器15和所述LD II二极管激光器23的温度，所述第一温控驱动板27与所述计算机连接，并且双向通信；
所述第二温控驱动板28与所述LD III二极管激光器25和所述LD IV二极管激光器34连接，用以控制所述LD III二极管激光器25和所述LD IV二极管激光器34的温度，所述第二温控驱动板28与所述计算机连接，并且双向通信；
所述第一LD电流驱动板18、所述第二LD电流驱动板19、所述第三LD电流驱动板29、所述第四LD电流驱动板30分别对应与所述LD I二极管激光器15、LD II二极管激光器23、LDIII二极管激光器25和LD IV二极管激光器34相连接，以分别驱动各二极管激光器，所述第一LD电流驱动板18、所述第二LD电流驱动板19、所述第三LD电流驱动板29、所述第四LD电流驱动板30与所述计算机连接，并且双向通信；
所述约翰逊计数器32与所述CMOS I图像传感器36和所述CMOS II图像传感器37连接，用以对所述CMOS I图像传感器36和所述CMOS II图像传感器37的触发信号进行分频，被分频的信号用以控制各二极管激光器的强度开关。所述发射装置第一二向色镜4为490nm的长波通二向色镜；
所述发射装置第二二向色镜10为567nm的长波通二向色镜；
所述接收装置二向色镜41为567nm的长波通二向色镜；
所述LD I二极管激光器15为808nm的二极管激光器；
所述LD II二极管激光器23为808nm的二极管激光器；
所述LD III二极管激光器25为407nm二极管激光器；
所述LD IV二极管激光器34为520nm二极管激光器；
所述焦比F4牛顿反射式望远镜44焦距为800mm，口径为200mm；
所述透镜1焦距为600mm，口径为100mm。
在所述激光发射装置的底板上不影响光束传播的位置还设置有六合一串口集合装置31，所述第一温控驱动板27、所述第二温控驱动板28、所述第一LD电流驱动板18、所述第二LD电流驱动板19、所述第三LD电流驱动板29、所述第四LD电流驱动板30通过所述六合一串口集合装置31将串口合并，然后连接至所述计算机。
所述LDI二极管激光器14和所述LD II二极管激光器23的快轴置于与底板平行的平面；所述LD III二极管激光器25和所述LD IV二极管激光器34的快轴垂直于底板所在平面。
所述柱透镜组包括凹柱面透镜和凸柱面透镜。
所述透镜1、所述柱透镜组的凹柱面透镜和凸柱面透镜的焦点重合，并且经过所述柱透镜组的激光光束的发散角与所述透镜1的接收角匹配。
本发明的有益效果：本发明提供一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射沙氏激光雷达系统，该系统采用四个二极管激光器作为光源，两个CMOS图像传感器分时探测，以角度分辨而非飞行时间分辨的方式获得距离分辨的大气后向散射信号，可以获取多个波长的激光雷达信号，与传统的脉冲式气溶胶激光雷达系统相比具有结构简单，操作方便，成本低，可靠性高等特点。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的多波长偏振米散射激光雷达系统的结构示意图。
图2为本发明实施例中提供的多波长偏振米散射激光雷达系统的部分元件的侧视图。
图3为本发明实施例中提供的多波长偏振米散射激光雷达系统的工作原理图。
图中：1透镜；2第一安装支架；3透镜安装筒；4发射装置第一二向色镜；5发射装置第一笼式立方体；6全反射镜；7可调平台调整架；8第二安装支架；9遮光筒；10发射装置第二二向色镜；11旋转式笼式立方体平台；12探测器；13偏振分束器；14发射装置第二笼式立方体；15LD I二极管激光器；16第一空心圆柱体；17第一xyz三轴位移平台；18第一LD电流驱动板；19第二LD电流驱动板；20第二xyz三轴位移平台；21零级半波片；22第二空心圆柱体；23LD II二极管激光器；24第三xyz三轴位移平台；25LD III二极管激光器；26第一柱透镜组；27第一温控驱动板；28第二温控驱动板；29第三LD电流驱动板；30第四LD电流驱动板；31六合一串口集合装置；32约翰逊计数器；33第四xyz三轴位移平台；34LD IV二极管激光器；35第二柱透镜组；36CMOS I图像传感器；37CMOS II图像传感器；38第二三角支撑架；39第一三角支撑架；40线偏振片；41接收装置二向色镜；42接收装置笼式立方体；43调焦旋钮；44焦比F4牛顿反射式望远镜；45连接板；46可调节旋钮。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在所附多个附图中，同样的或等同的部件(元素)以相同的附图标记标引。
图1为本发明实施例中提供的多波长偏振米散射激光雷达系统的结构示意图。参见图1，在本说明书中，定义图1的左侧为多波长偏振米散射激光雷达系统的左侧，图1的右侧为多波长偏振米散射激光雷达系统的右侧，图1的上侧为多波长偏振米散射激光雷达系统的上侧或上方，图1的下侧为多波长偏振米散射激光雷达系统的下侧或下方。
如图1所示，在本实施例中提供的基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统包括激光发射装置、接收装置和主控制器，激光发射装置和接收装置设置于连接板45的两侧。
在一个具体的实施方案中，多波长偏振米散射激光雷达系统的激光发射装置的所有部件都固定在底板上。具体地，该底板可以是一个方形的铝板。该铝板与接收装置的焦比F4牛顿反射式望远镜通过连接板45相连接。具体地，该连接板44可以是一个长方形铝块。在本说明书中，定义方形的底板的上侧边或下侧边的延伸方向为水平方向或水平线。
在本实施例中，激光发射装置包括设置于底板上的透镜1、第一安装支架2、透镜安装筒3、发射装置第一二向色镜4、发射装置第一笼式立方体5、全反射镜6、可调平台调整架7、第二安装支架8、遮光筒9、发射装置第二二向色镜10、旋转式笼式立方体平台11、探测器12、偏振分束器13、发射装置第二笼式立方体14、LD I二极管激光器15、第一空心圆柱体16、第一xyz三轴位移平台17、第二xyz三轴位移平台20、零级半波片21、第二空心圆柱体22、LDII二极管激光器23、第三xyz三轴位移平台24、LD III二极管激光器25、第一柱透镜组26、第四xyz三轴位移平台33、LD IV二极管激光器34和第二柱透镜组35。
在本实施例中，透镜安装筒3通过第一安装支架2固定在底板上，透镜安装筒3与遮光筒9垂直对接，两者之间是连通、无遮挡的。透镜安装筒3和遮光筒9用于防止光路的激光泄漏。
在本实施例中，透镜1安装在透镜安装筒3的入口端，全反射镜6安装在遮光筒9内且与水平线呈45度角，透镜1的光轴与全反射镜6的中心重合。
在本实施例中，遮光筒9通过第二安装支架8固定在底板上，全反射镜6固定在可调平台调整架7上，可调平台调整架7通过螺丝固定在遮光筒9内部，通过旋转可调平台调整架7上的两个旋钮对全反射镜6的俯仰角、翻滚角进行微调。
在本实施例中，旋转式笼式立方体平台11设置在遮光筒9的出口端下正方。具体地，旋转式笼式立方体平台11通过螺丝固定在底板上。旋转式笼式立方体平台11的左侧面、上侧面、下侧面均无遮挡，因此与遮光筒9相通。
在本实施例中，发射装置第二二向色镜10通过插槽插到旋转式笼式立方体平台11，并与水平线呈45度角。发射装置第二二向色镜10与全反射镜6的倾斜方向相反。全反射镜6的中心与发射装置第二二向色镜10的中心的连线平行于底板，并且与透镜1的主光轴互相垂直，通过透镜安装筒3、遮光筒9和旋转式笼式立方体平台11组成一个整体；
在本实施例中，偏振分束器13通过螺丝固定在底板上，位于旋转式笼式立方体平台11正下方，偏振分束器13的中心位于全反射镜6的几何中心与发射装置第二二向色镜10的几何中心连线的延长线上，偏振分束器13的反射面与该延长线成45度夹角并且平行于全反射镜6的光学表面，偏振分束器13所在的发射装置第二笼式立方体14的上侧面、下侧面、左侧面和右侧面均无遮挡，左侧面的边缘通过螺纹与探测器12相连接；
在本实施例中，LD I二极管激光器15和LD II二极管激光器23的功率、发散角相同，其位置相互垂直，分别位于发射装置第二笼式立方体14的右侧面和下侧面。LD I二极管激光器15在近偏振分束器13的一端通过螺丝与空心的第一圆柱体16相连接。第一圆柱体16在近偏振分束器13的一端设置有螺纹，并通过该螺纹与第一xyz三轴位移平台17紧密连接。第一xyz三轴位移平台17通过螺丝固定在底板上。LD II二极管激光器23在近偏振分束器13的一端通过螺丝与空心的第二圆柱体22相连接，第二圆柱体22在近偏振分束器13的一端设置有螺纹，并通过该螺纹与第二xyz三轴位移平台20紧密连接，第二圆柱体22内设置有零级半波片21，其旋转角度为45度并通过螺丝紧固于第二圆柱体22内，第二xyz三轴位移平台20通过螺丝固定在底板上。零级半波片21将LD II二极管激光器23的偏振态旋转90度，以使LDI二极管激光器15和LD II二极管激光器23发射到大气中的激光的偏振态是正交。
在一个具体地实施方案中，多波长偏振米散射激光雷达系统的各二极管激光器均分别安装在各xyz三轴位移平台上，以实现在x、y和z轴三个方向上的移动调节，其中z轴是用来调节二极管激光器的焦距，x轴和y轴是用来调节二极管激光器的激光光斑/光束的位置。
在一个具体的实施方案中，LD I二极管激光器15为808nm二极管激光器；LD II二极管激光器23为808nm的二极管激光器。
图2为本发明实施例中提供的多波长偏振米散射激光雷达系统的部分元件的侧视图。参见图1和图2，在本实施例中，LD II二极管激光器23的中心、所述偏振分束器13的中心、发射装置第二二向色镜10及全反射镜6的中心位于一条直线上，并且平行于底板；LD I二极管激光器15的中心与偏振分束器13的中心所在直线平行于底板，并且与LD II二极管激光器23的中心和偏振分束器13的中心连线互相垂直；
在本实施例中，LD I二极管激光器15发射的光束绝大部分被偏振分束器13反射并从发射装置第二笼式立方体14上侧面射出，少量激光经左侧面出射并由探测器12探测；LDII二极管激光器23发射的光束绝大部分从偏振分束器13透射并从发射装置第二笼式立方体14上侧面射出，少量激光从左侧面出射并由探测器12探测；偏振分束器13将两束光束耦合，并由发射装置第二笼式立方体(14)的上侧面发射至旋转式笼式立方体平台11的无遮挡的下侧面；
在一个具体的实施方案中，LDI二极管激光器15和LD II二极管激光器23的快轴置于沙氏成像平面，二者的偏振态和慢轴均垂直于沙氏成像平面，以实现激光雷达系统最佳的距离分辨率。
在本实施例中，发射装置第一笼式立方体5通过螺丝固定在底板上，位于旋转式笼式立方体平台11的左侧，发射装置第一笼式立方体5内安装有发射装置第一二向色镜4，发射装置第一二向色镜4与发射装置第二二向色镜10反射面平行，发射装置第一笼式立方体5的左侧面、右侧面和下侧面均无遮挡；
在一个具体的实施方案中，发射装置第一二向色镜4为490nm的长波通二向色镜(Dichroic Mirrors Long Pass，DMLP)；发射装置第二二向色镜10为567nm的长波通二向色镜。
在本实施例中，LDIII二极管激光器25和LDIV二极管激光器34的位置相互垂直，分别位于发射装置笼式立方体5的下侧面和左侧面；LDIII二极管激光器25在近发射装置笼式立方体5的一端通过螺丝紧固有第一柱透镜组26，第一柱透镜组26在近发射装置第一笼式立方体5的一端通过螺纹与第三xyz三轴位移平台24连接，第三xyz三轴位移平台24通过螺丝固定在底板上；LDIV二极管激光器34在近发射装置第一笼式立方体5的一端通过螺丝紧固有第二柱透镜组35，第二柱透镜组35在近发射装置笼式立方体5的一端通过螺纹与第四xyz三轴位移平台33连接，第四xyz三轴位移平台33通过螺丝固定在底板上；
在一个具体的实施方案中，LD III二极管激光器25为407nm二极管激光器；LD IV二极管激光器34为520nm二极管激光，由于LDIII二极管激光器25和LDIV二极管激光器34有着较大的光束发散角，约为：慢轴13°×快轴45°，激光光束在传输至透镜1时会被截止，大大减小功率传输效率，因此，在LD III二极管激光器25、LDIV二极管激光器34近发射装置笼式立方体5的一端设置第一柱透镜组26和第二柱透镜组35，用以对激光光束进行整形来提高激光功率的传输效率。
具体地，第一柱透镜组26和第二柱透镜组35均为一组凹、凸柱透镜组，用以对二极管激光器的快轴进行整形，使得激光光束快轴的发散角显著变小并与透镜1的接受角匹配，而慢轴不发生变化，最终快轴和慢轴光束由透镜1准直后发射到大气中，使得输出的激光功率耦合效率提高3倍以上。值得注意的是，透镜1、柱透镜组的凹柱面透镜和凸柱面透镜三者的焦点重合。(采用先前的专利CN107346062A：一种二极管激光器光束准直的方法相同的方法)。将LD III二极管激光器25和LDIV二极管激光器34的慢轴放置于沙氏成像平面，以实现激光雷达系统最佳的距离分辨率。
在本实施例中，LD IV二极管激光器34的中心、第二柱透镜组35的中心、发射装置第一二向色镜4的中心、发射装置第二二向色镜10的中心在同一条直线上且连线平行于底板和透镜1的光轴；LDIII二极管激光器25的中心、第一柱透镜组26的中心和发射装置第一二向色镜4的中心在同一条直线上且连线平行于底板，垂直于透镜1的光轴；
在本实施例中，LDIII二极管激光器25发射的光束通过第一柱透镜组26以及发射装置笼式立方体5的无遮挡的下侧面，传递至发射装置第一二向色镜4并呈90度角反射；LDIV二极管激光器34发射的光束通过第二柱透镜组35以及发射装置笼式立方体5的无遮挡的左侧面，传递至发射装置第一二向色镜4并透射，发射装置第一二向色镜4将两光束耦合，并由发射装置笼式立方体5的无遮挡的右侧面传递至旋转式笼式立方体平台11的无遮挡的左侧面，进入旋转式笼式立方体平台11，LD I二极管激光器15和LD II二极管激光器23耦合的光束与LDIII二极管激光器25和LDIV二极管激光器34耦合的光束，经发射装置第二二向色镜10耦合，并由旋转式笼式立方体平台11的无遮挡的上侧面传递至全反射镜6，并由全反射镜6反射至透镜1，从而发射到大气中；
如图1所示，在本实施例中，接收装置包括焦比F4牛顿反射式望远镜44、CMOS I图像传感器36、CMOS II图像传感器37、第一三角支撑架39、第二三角支撑架38、线偏振片40、接收装置二向色镜41、接收装置笼式立方体42、调焦旋钮43。其中，第一三角支撑架39的斜边和第二三角支撑架38的斜边分别作为CMOS I图像传感器36和CMOS II图像传感器37支撑边，第一三角支撑架39和第二三角支撑架38相互靠近的直角边通过螺丝分别固定在接收装置笼式立方体42上侧面和左侧面上，使得CMOS I图像传感器36和CMOS II图像传感器37均与焦比F4牛顿反射式望远镜44的光轴呈45度夹角设置；
接收装置笼式立方体42的上侧面、下侧面和左侧面无遮挡，线偏振片40通过螺纹固定在第一三角支撑架39的直角边内表面上，位于接收装置笼式立方体42的上侧面上方；接收装置二向色镜41与焦比F4牛顿反射式望远镜44的光轴呈45度夹角，设置在接收装置笼式立方体42内；CMOS I图像传感器36与接收装置二向色镜41的倾斜方向相反，接收装置笼式立方体42的下侧面与调焦旋钮43连接，调焦旋钮43设置于F4牛顿反射式望远镜(44)侧壁上。在具体的实施方案中，接收装置二向色镜41为567nm的长波通二向色镜。
焦比F4牛顿反射式望远镜44的光轴与透镜1所在的光轴呈微小的夹角，小于0.1度，且两者之间的距离为d1＝806mm，满足沙氏成像原理；焦比F4牛顿反射式望远镜44通过可调节旋钮46固定在所述连接板45上，可调节旋钮46可以对焦比F4牛顿反射式望远镜44的俯仰角进行0°～1°角度调节；
激光发射装置的后向散射信号由焦比F4牛顿反射式望远镜44接收，通过接收装置二向色镜41分离，LD I二极管激光器15和LDII二极管激光器23的后向散射信号由所述接收装置二向色镜41透射，并经过线偏振片40，进而通过所述CMOS I图像传感器36探测，所述LDIII二极管激光器25和LDIV二极管激光器34的后向散射信号由接收装置二向色镜41反射，并由CMOSⅡ图像传感器37探测；
如图1所示，在本实施例中，主控制器包括：计算机、第一温控驱动板27、第二温控驱动板28、第一LD电流驱动板18、第二LD电流驱动板19、第三LD电流驱动板29、第四LD电流驱动板30、约翰逊计数器32，其中所述计算机作为各温控驱动板、各LD电流驱动板和CMOS图像传感器的上位机，用以对各驱动闭环控制和采集图像数据；如图1所示，第一温控驱动板27、第二温控驱动板28、第一LD电流驱动板18、第二LD电流驱动板19、第三LD电流驱动板29、第四LD电流驱动板30和约翰逊计数器32均通过螺丝固定在激光发射装置的底板上不影响光束传递的位置。
第一温控驱动板27与LD I二极管激光器15和LD II二极管激光器23连接，用以控制所述LD I二极管激光器15和LD II二极管激光器23的温度，第一温控驱动板27与计算机连接，具体地，通过串口进行双向通信；第二温控驱动板28与LD III二极管激光器25和LDIV二极管激光器34连接，用以控制LD III二极管激光器25和LD IV二极管激光器34的温度，第二温控驱动板28与计算机连接，具体地，通过串口进行双向通信。
第一LD电流驱动板18、第二LD电流驱动板19、第三LD电流驱动板29、第四LD电流驱动板30分别对应与LD I二极管激光器15、LD II二极管激光器23、LD III二极管激光器25和LD IV二极管激光器34相连接，以分别驱动各二极管激光器，第一LD电流驱动板18、第二LD电流驱动板19、第三LD电流驱动板29、第四LD电流驱动板30与计算机连接，并且双向通信；
在激光发射装置的底板上不影响光束传播的位置还设置有六合一串口集合装置31，第一温控驱动板27、第二温控驱动板28、第一LD电流驱动板18、第二LD电流驱动板19、第三LD电流驱动板29、第四LD电流驱动板30通过所述六合一串口集合装置31将串口合并，然后连接至所述计算机。具体地，六合一串口集合装置31通过螺丝固定在底板上，可以将两个温控驱动板和四个LD电流驱动板的串口接到一起，然后引出一根总串口线接到计算机。
约翰逊计数器32与CMOS I图像传感器36和CMOS II图像传感器37连接，用以对CMOS I图像传感器36和CMOS II图像传感器37的触发信号进行分频，被分频的信号用以控制各二极管激光器的强度开关。具体地，约翰逊计数器32是用来保证CMOS I图像传感器36和CMOS II图像传感器37的触发信号与激光器的开关调制保持同步的状态。CMOS I图像传感器36和CMOS II图像传感器37按照时分复用的方式分别采集808nm⊥、808nm∥和407nm、520nm的后向散射信号。
图3为本发明实施例中提供的多波长偏振米散射激光雷达系统的工作原理图。参见图1至图3，本发明提供的多波长偏振米散射激光雷达系统的发射装置的光轴与接收装置焦比F4牛顿反射式望远镜的光轴之间的距离以及CMOS图像传感器的位置摆放均满足Scheimpflug原理，同时需要将发射端与接收端的视场调重合。
具体地，本发明提供的多波长偏振米散射激光雷达系统对距离的探测是通过角度分辨而不是时间分辨的方式，所以，将激光发射到远处1km左右的一个固定建筑物上从而来校准像素与距离之间的关系。其基本操作是，通过调节各xyz三轴位移平台将LD I二极管激光器15、LD II二极管激光器23、LD III二极管激光器25、LD IV二极管激光器34的四束激光调重合，其判断标准是在labview上位机端显示的建筑物上的光斑都在CMOS图像传感器的相同的像素位置成像。
在测量大气时，LD I二极管激光器15、LD II二极管激光器23发出的光束经过偏振分束器13耦合到一起后，经过旋转式笼式立方体平台11的发射装置第二二向色镜10、全反射镜6、透镜1发射到大气中。LD III二极管激光器25、LD IV二极管激光器34发出的光束在分别经过柱透镜组整形后，传递到发射装置第一二向色镜4耦合到一起后，再经过旋转式笼式立方体平台11的发射装置第二二向色镜10、全反射镜6、透镜1发射到大气中。
CMOS I图像传感器36采用时分复用的方式接收LDI二极管激光器15、LDII二极管激光器23的平行和垂直的后向散射信号，CMOSⅡ图像传感器37也采用同种方式接收LD III二极管激光器25、LD IV二极管激光器34的后向散射信号。具体地，后向散射信号由焦比F4牛顿反射式望远镜44收集，并通过两个与焦比F4牛顿反射式望远镜44的光轴呈45度倾角的图像传感器(CMOS I图像传感器36和CMOS II图像传感器37)探测。焦比F4牛顿反射式望远镜44接收到的三个波长的后向散射信号，通过接收装置二向色镜41进行分离，808nm(LD I二极管激光器15和LDII二极管激光器23)的后向散射信号透射，通过线偏振片40使得垂直于沙氏成像平面的偏振光可以通过并由CMOS I图像传感器36探测。407nm和520nm的后向散射信号(LD III二极管激光器25和LD IV二极管激光器34)被接收装置二向色镜41呈45度角反射并由CMOSⅡ图像传感器37探测。
该激光雷达系统在进行大气测量时，为了剔除背景信号对激光雷达回波信号的影响，需要对二极管激光器的发射光强进行开关调制。由图像传感器产生的曝光时钟信号触发约翰逊计数器产生调制方波，该方波信号触发二极管激光器驱动电路板产生方波电流，从而实现对二极管激光器发射光强的方波调制。其中LD I二极管激光器15、LDII二极管激光器23和LD III二极管激光器25、LD IV二极管激光器34都是采用时分复用的方式分别探测808nm的水平、垂直偏振信号和407nm、520nm的后向散射信号。
本发明是基于Scheimpflug原理的新型连续光激光雷达系统，该系统以角度分辨而非飞行时间分辨的方式获得距离分辨的大气后向散射信号，可以获取多个波长的激光雷达信号，与传统的脉冲式气溶胶激光雷达系统相比具有结构简单，操作方便，成本低，可靠性高等特点。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，所述的多波长偏振米散射激光雷达系统包括激光发射装置、接收装置和主控制器，所述激光发射装置和所述接收装置设置于连接板(45)的两侧，其中：
所述激光发射装置包括设置于底板上的透镜(1)、第一安装支架(2)、透镜安装筒(3)、发射装置第一二向色镜(4)、发射装置第一笼式立方体(5)、全反射镜(6)、可调平台调整架(7)、第二安装支架(8)、遮光筒(9)、发射装置第二二向色镜(10)、旋转式笼式立方体平台(11)、探测器(12)、偏振分束器(13)、发射装置第二笼式立方体(14)、LD I二极管激光器(15)、第一空心圆柱体(16)、第一xyz三轴位移平台(17)、第二xyz三轴位移平台(20)、零级半波片(21)、第二空心圆柱体(22)、LD II二极管激光器(23)、第三xyz三轴位移平台(24)、LD III二极管激光器(25)、第一柱透镜组(26)、第四xyz三轴位移平台(33)、LD IV二极管激光器(34)和第二柱透镜组(35)，其中，
所述透镜安装筒(3)通过所述第一安装支架(2)固定在所述底板上，所述透镜安装筒(3)与所述遮光筒(9)垂直对接，两者之间是连通、无遮挡的；
所述透镜(1)安装在所述透镜安装筒(3)的入口端，所述全反射镜(6)安装在所述遮光筒(9)内且与水平线呈45度角，所述透镜(1)的光轴与所述全反射镜(6)的中心重合；
所述遮光筒(9)通过所述第二安装支架(8)固定在所述底板上，所述全反射镜(6)固定在所述可调平台调整架(7)上，所述可调平台调整架(7)固定在所述遮光筒(9)内部，通过旋转所述可调平台调整架(7)上的两个旋钮对所述全反射镜(6)的俯仰角、翻滚角进行微调；
所述旋转式笼式立方体平台(11)设置在所述遮光筒(9)的出口端正下方，固定在底板上，所述旋转式笼式立方体平台(11)的左侧面、上侧面、下侧面均为无遮挡面，因此与所述遮光筒(9)相通；
所述发射装置第二二向色镜(10)设置在所述旋转式笼式立方体平台(11)中，并与水平线呈45度角，所述发射装置第二二向色镜(10)与所述全反射镜(6)的倾斜方向相反；
所述全反射镜(6)的中心与发射装置第二二向色镜(10)的中心的连线平行于底板，并且与透镜(1)的主光轴互相垂直，通过所述透镜安装筒(3)、所述遮光筒(9)和所述旋转式笼式立方体平台(11)组成一个整体；
所述偏振分束器(13)固定在所述底板上，位于所述旋转式笼式立方体平台(11)正下方，所述偏振分束器(13)的中心位于全反射镜(6)的中心与发射装置第二二向色镜(10)的中心连线的延长线上，所述偏振分束器(13)的反射面与该延长线成45度夹角并且平行于全反射镜(6)的光学表面，所述偏振分束器(13)所在的发射装置第二笼式立方体(14)的上侧面、下侧面、左侧面和右侧面均无遮挡，左侧面的边缘与探测器(12)相连接；
所述LD I二极管激光器(15)和所述LD II二极管激光器(23)的功率、发散角相同，其位置相互垂直并分别位于所述发射装置第二笼式立方体(14)的右侧面和下侧面；
所述LD I二极管激光器(15)在近所述偏振分束器(13)的一端与所述第一空心圆柱体(16)相连接，所述第一空心圆柱体(16)在近所述偏振分束器(13)的一端与所述第一xyz三轴位移平台(17)紧密连接，所述第一xyz三轴位移平台(17)固定在底板上；
所述LD II二极管激光器(23)在近所述偏振分束器(13)的一端与所述第二空心圆柱体(22)相连接，所述第二空心圆柱体(22)在近所述偏振分束器(13)的一端与所述第二xyz三轴位移平台(20)紧密连接，所述第二圆柱体(22)内设置有零级半波片(21)，其旋转角度为45度且紧固于所述第二圆柱体(22)内，所述第二xyz三轴位移平台(20)固定在所述底板上；
所述LD II二极管激光器(23)的中心、所述偏振分束器(13)的中心、所述发射装置第二二向色镜(10)及全反射镜(6)的中心位于一条直线上，并且平行于底板；
所述LD I二极管激光器(15)的中心与所述偏振分束器(13)的中心所在直线平行于底板，并且与LD II二极管激光器(23)的中心和所述偏振分束器(13)的中心连线互相垂直；
所述LD I二极管激光器(15)发射的光束绝大部分被所述偏振分束器(13)反射并从所述发射装置第二笼式立方体(14)上侧面射出，少量激光经左侧面出射并由探测器(12)探测；所述LD II二极管激光器(23)发射的光束绝大部分从所述偏振分束器(13)透射并从所述发射装置第二笼式立方体(14)上侧面射出，少量激光从左侧面出射并由探测器(12)探测；所述偏振分束器(13)将两束光束耦合，并由所述发射装置第二笼式立方体(14)的上侧面发射至所述旋转式笼式立方体平台(11)的无遮挡的下侧面；
所述发射装置第一笼式立方体(5)固定在底板上，位于所述旋转式笼式立方体平台(11)的左侧，所述发射装置第一笼式立方体(5)内设置有发射装置第一二向色镜(4)，所述发射装置第一二向色镜(4)与发射装置第二二向色镜(10)反射面平行，所述发射装置第一笼式立方体(5)的左侧面、右侧面和下侧面均无遮挡；
所述LD III二极管激光器(25)和所述LD IV二极管激光器(34)的位置相互垂直，分别位于所述发射装置笼式立方体(5)的下侧面和左侧面；
所述LD III二极管激光器(25)在近所述发射装置笼式立方体(5)的一端紧固有第一柱透镜组(26)，所述第一柱透镜组(26)在近所述发射装置第一笼式立方体(5)的一端与所述第三xyz三轴位移平台(24)连接，所述第三xyz三轴位移平台(24)固定在所述底板上；
所述LD IV二极管激光器(34)在近所述发射装置第一笼式立方体(5)的一端紧固有第二柱透镜组(35)，所述第二柱透镜组(35)在近所述发射装置笼式立方体(5)的一端与所述第四xyz三轴位移平台(33)连接，所述第四xyz三轴位移平台(33)固定在所述底板上；
所述LD IV二极管激光器(34)的中心、所述第二柱透镜组(35)的中心、所述发射装置第一二向色镜(4)的中心、所述发射装置第二二向色镜(10)的中心在同一条直线上且连线平行于底板和透镜(1)的光轴；
所述LD III二极管激光器(25)的中心、第一柱透镜组(26)的中心和所述发射装置第一二向色镜(4)的中心在同一条直线上且连线平行于底板，垂直于透镜(1)的光轴；
所述LD III二极管激光器(25)发射的光束通过所述第一柱透镜组(26)以及所述发射装置笼式立方体(5)的无遮挡的下侧面，传递至所述发射装置第一二向色镜(4)并呈90度角反射；
所述LD IV二极管激光器(34)发射的光束通过所述第二柱透镜组(35)以及所述发射装置笼式立方体(5)的无遮挡的左侧面，传递至所述发射装置第一二向色镜(4)并透射，所述发射装置第一二向色镜(4)将两光束耦合，并由发射装置笼式立方体(5)的无遮挡的右侧面传递至所述旋转式笼式立方体平台(11)的无遮挡的左侧面，进入所述旋转式笼式立方体平台(11)，所述LD I二极管激光器(15)和所述LD II二极管激光器(23)耦合的光束与所述LDIII二极管激光器(25)和所述LD IV二极管激光器(34)耦合的光束，经所述发射装置第二二向色镜(10)耦合，并由所述旋转式笼式立方体平台(11)的无遮挡的上侧面传递至所述全反射镜(6)，并由全反射镜(6)反射至所述透镜(1)，从而发射到大气中；
所述接收装置包括焦比F4牛顿反射式望远镜(44)、CMOS I图像传感器(36)、CMOS II图像传感器(37)、第一三角支撑架(39)、第二三角支撑架(38)、线偏振片(40)、接收装置二向色镜(41)、接收装置笼式立方体(42)、调焦旋钮(43)，其中，
所述第一三角支撑架(39)的斜边和所述第二三角支撑架(38)的斜边分别作为所述CMOS I图像传感器(36)和所述CMOS II图像传感器(37)支撑边，所述第一三角支撑架(39)和所述第二三角支撑架(38)一直角边分别固定在所述接收装置笼式立方体(42)上侧面和左侧面上，使得所述CMOS I图像传感器(36)和所述CMOS II图像传感器(37)均与所述焦比F4牛顿反射式望远镜(44)的光轴呈45度夹角设置；
所述接收装置笼式立方体(42)的上侧面、下侧面和左侧面无遮挡，所述线偏振片(40)固定在所述第一三角支撑架(39)的直角边内表面上，位于所述接收装置笼式立方体(42)的上侧面上方；所述接收装置二向色镜(41)与所述焦比F4牛顿反射式望远镜(44)的光轴呈45度夹角，设置在所述接收装置笼式立方体(42)内；所述CMOS I图像传感器(36)与所述接收装置二向色镜(41)的倾斜方向相反，所述接收装置笼式立方体(42)的下侧面与所述调焦旋钮(43)连接，所述调焦旋钮(43)设置于所述焦比F4牛顿反射式望远镜(44)侧壁上；
所述焦比F4牛顿反射式望远镜(44)的光轴与透镜(1)所在的光轴的距离为d1＝806mm，满足沙氏成像原理；所述焦比F4牛顿反射式望远镜(44)通过可调节旋钮(46)固定在所述连接板(45)上，该可调节旋钮(46)对所述焦比F4牛顿反射式望远镜(44)的俯仰角进行0°～1°角度调节；
所述激光发射装置的后向散射信号由所述焦比F4牛顿反射式望远镜(44)接收，通过所述接收装置二向色镜(41)分离，所述LD I二极管激光器(15)和LD II二极管激光器(23)的后向散射信号由所述接收装置二向色镜(41)透射，并经过所述线偏振片(40)，进而通过所述CMOS I图像传感器(36)探测，所述LD III二极管激光器(25)和所述LD IV二极管激光器(34)的后向散射信号由接收装置二向色镜(41)反射，并由所述CMOSⅡ图像传感器(37)探测；
所述主控制器包括：计算机、第一温控驱动板(27)、第二温控驱动板(28)、第一LD电流驱动板(18)、第二LD电流驱动板(19)、第三LD电流驱动板(29)、第四LD电流驱动板(30)、约翰逊计数器(32)，其中
所述计算机作为各温控驱动板、各LD电流驱动板和CMOS图像传感器的上位机，用以对各驱动闭环控制和采集图像数据；
所述第一温控驱动板(27)、所述第二温控驱动板(28)、所述第一LD电流驱动板(18)、所述第二LD电流驱动板(19)、所述第三LD电流驱动板(29)、所述第四LD电流驱动板(30)和所述约翰逊计数器(32)均设置于所述激光发射装置的底板上不影响光束传递的位置；
所述第一温控驱动板(27)与所述LD I二极管激光器(15)和所述LD II二极管激光器(23)连接，用以控制所述LD I二极管激光器(15)和所述LD II二极管激光器(23)的温度，所述第一温控驱动板(27)与所述计算机连接，并且双向通信；
所述第二温控驱动板(28)与所述LD III二极管激光器(25)和所述LD IV二极管激光器(34)连接，用以控制所述LD III二极管激光器(25)和所述LD IV二极管激光器(34)的温度，所述第二温控驱动板(28)与所述计算机连接，并且双向通信；
所述第一LD电流驱动板(18)、所述第二LD电流驱动板(19)、所述第三LD电流驱动板(29)、所述第四LD电流驱动板(30)分别对应与所述LD I二极管激光器(15)、LD II二极管激光器(23)、LD III二极管激光器(25)和LD IV二极管激光器(34)相连接，以分别驱动各二极管激光器，所述第一LD电流驱动板(18)、所述第二LD电流驱动板(19)、所述第三LD电流驱动板(29)、所述第四LD电流驱动板(30)与所述计算机连接，并且双向通信；
所述约翰逊计数器(32)与所述CMOS I图像传感器(36)和所述CMOS II图像传感器(37)连接，用以对所述CMOS I图像传感器(36)和所述CMOS II图像传感器(37)的触发信号进行分频，被分频的信号用以控制各二极管激光器的强度开关。
2.根据权利要求1所述的基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，
所述发射装置第一二向色镜(4)为490nm的长波通二向色镜；
所述发射装置第二二向色镜(10)为567nm的长波通二向色镜；
所述接收装置二向色镜(41)为567nm的长波通二向色镜；
所述LD I二极管激光器(15)为808nm的二极管激光器；
所述LD II二极管激光器(23)为808nm的二极管激光器；
所述LD III二极管激光器(25)为407nm二极管激光器；
所述LD IV二极管激光器(34)为520nm二极管激光器；
所述焦比F4牛顿反射式望远镜(44)焦距为800mm，口径为200mm；
所述透镜(1)焦距为600mm，口径为100mm。
3.根据权利要求1或2所述的基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，在所述激光发射装置的底板上不影响光束传播的位置还设置有六合一串口集合装置(31)，所述第一温控驱动板(27)、所述第二温控驱动板(28)、所述第一LD电流驱动板(18)、所述第二LD电流驱动板(19)、所述第三LD电流驱动板(29)、所述第四LD电流驱动板(30)通过所述六合一串口集合装置(31)将串口合并，然后连接至所述计算机。
4.根据权利要求1或2所述的基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，所述LD I二极管激光器(14)和所述LD II二极管激光器(23)的快轴置于与底板平行的平面；所述LD III二极管激光器(25)和所述LD IV二极管激光器(34)的快轴垂直于底板所在平面。
5.根据权利要求3所述的基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，所述LD I二极管激光器(14)和所述LD II二极管激光器(23)的快轴置于与底板平行的平面；所述LD III二极管激光器(25)和所述LD IV二极管激光器(34)的快轴垂直于底板所在平面。
6.根据权利要求1、2或5所述的一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，所述柱透镜组包括凹柱面透镜和凸柱面透镜。
7.根据权利要求3所述的一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，所述柱透镜组包括凹柱面透镜和凸柱面透镜。
8.根据权利要求4所述的一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，所述柱透镜组包括凹柱面透镜和凸柱面透镜。
9.根据权利要求6所述的一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，所述透镜(1)、所述柱透镜组的凹柱面透镜和所述凸柱面透镜的焦点重合，并且经过所述柱透镜组的激光光束的发散角与所述透镜(1)的接收角匹配。
10.根据权利要求7或8所述的一种基于Scheimpflug原理的多波长偏振米散射激光雷达系统，其特征在于，所述透镜(1)、所述柱透镜组的凹柱面透镜和所述凸柱面透镜的焦点重合，并且经过所述柱透镜组的激光光束的发散角与所述透镜(1)的接收角匹配。
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