CN110673157B - 一种探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统，该系统包括激光器、反射镜一、反射镜二、望远镜、反射镜三、分光镜一、偏振分光镜、光电探测器一、光电探测器二、分光镜二、聚焦透镜一、光谱仪、分光镜三、聚焦透镜二、针孔滤波器一、凹透镜一、F‑P标准具一、聚焦透镜三、单光子探测器、反射镜四、聚焦透镜四、针孔滤波器二、凹透镜二、F‑P标准具二、ICCD、计算机；本发明的系统具有探测海洋中的偏振信息、叶绿素含量、浮游植物和海水温度四个通道，通过接收到的布里渊散射信号，得到布里渊散射频移信息反演海水温度，可得到海洋水体温度分布，海洋温跃层，反演精度高。

Description

一种探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统
技术领域
本发明涉及海洋光学探测领域，具体涉及探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统。
背景技术
激光雷达是主动式遥感技术，具有空间分辨率高、可实时进行探测等优点，是研究大气气溶胶、大气温度、大气风场的重要工具。而高光谱分辨率激光雷达利用鉴频器件分离出后向信号中的米散射和瑞利散射，极大的提高了大气参数的反演精度，因此高光谱分辨率激光雷达在遥感大气参数方面得到了广泛的应用，而针对海洋光学参数探测却鲜有报道。在海洋光学参数探测原理上，高光谱分辨率激光雷达是通过鉴频器件分离出后向散射信号中的瑞利散射信号和布里渊散射信号，可高精度测量海洋水体散射，其在水下探测及海洋遥感领域有广阔的应用前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统，采用F-P标准具分离出后向散射信号中的瑞利散射和布里渊散射，重点探测海洋中的偏振信息、叶绿素含量、浮游植物和海水温度。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统，该系统包括激光器、反射镜一、反射镜二、望远镜、反射镜三、分光镜一、偏振分光镜、光电探测器一、光电探测器二、分光镜二、聚焦透镜一、光谱仪、分光镜三、聚焦透镜二、针孔滤波器一、凹透镜一、F-P标准具一、聚焦透镜三、单光子探测器、反射镜四、聚焦透镜四、针孔滤波器二、凹透镜二、F-P标准具二、ICCD、计算机；
所述的激光器发出垂直偏振光，依次经过所述的反射镜一、反射镜二反射后，入射到海水中产生后向散射信号和叶绿素荧光信号，后向散射信号和叶绿素荧光信号被望远镜收集后，经过反射镜三反射，再经过分光镜一分成两束，一束进入分光镜二，另一束经过偏振分光镜后分成水平偏振光和垂直偏振光，垂直偏振光进入到光电探测器一中，偏振分光镜对水平偏振光高透，由光电探测器二接收，这两条光路探测海洋偏振信息；
分光镜二将进入的光束也分为两束，一束经过聚焦透镜一进入到光纤中，由光谱仪接收，该光路探测海水中的叶绿素分布；另一束进入到分光镜三；
分光镜三也将进入的光束分为两束，一束依次经过聚焦透镜二、针孔滤波器一、凹透镜一进行准直后进入到F-P标准具一，经聚焦透镜三后由单光子探测器接收，该光路探测海洋中的浮游植物；另一束经过反射镜四后依次通过聚焦透镜四、针孔滤波器二、凹透镜二进行准直，然后通过F-P标准具二后由ICCD采集，并由所述的计算机处理后，反演得到海水温度分布。
进一步地，所述的激光器为种子注入脉冲Nd:YAG激光器。
进一步地，所述的F-P标准具一的自由光谱范围满足过滤掉的散射光和入射激光波长相同。
进一步地，所述的F-P标准具二的自由光谱范围为0～19.8GHz。
进一步地，所述的ICCD的门宽大于等于2ns。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统，具有探测海洋中的偏振信息、叶绿素含量、浮游植物和海水温度四个通道，通过接收到的布里渊散射信号，得到布里渊散射频移信息反演海水温度，可得到海洋水体温度分布，海洋温跃层，反演精度高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统的系统原理图；
图中：种子注入脉冲Nd：YAG激光器1、反射镜一2、反射镜二3、海水4、望远镜5、反射镜三6、分光镜一7、偏振分光镜8、光电探测器一9、光电探测器二10、分光镜二11、聚焦透镜一12、光谱仪13、分光镜三14、聚焦透镜二15、针孔滤波器一16、凹透镜一17、F-P标准具一18、聚焦透镜三19、单光子探测器20、反射镜四21、聚焦透镜四22、针孔滤波器二23、凹透镜二24、F-P标准具二25、ICCD26、计算机27。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明的具体实施例如图1所示，一种探测海洋光学参数的高光谱激光雷达系统装置，包括种子注入脉冲Nd：YAG激光器1、反射镜一2、反射镜二3、海水4、望远镜5、反射镜三6、分光镜一7、偏振分光镜8、光电探测器一9、光电探测器二10、分光镜二11、聚焦透镜一12、光谱仪13、分光镜三14、聚焦透镜二15、针孔滤波器一16、凹透镜一17、F-P标准具一18、聚焦透镜三19、单光子探测器20、反射镜四21、聚焦透镜四22、针孔滤波器二23、凹透镜二24、F-P标准具二25、ICCD26、计算机27。
种子注入脉冲Nd：YAG激光器1发射出激光，依次经过所述的反射镜一2、反射镜二3反射后，入射到海水4中产生后向散射信号和叶绿素荧光信号，后向散射信号和叶绿素荧光信号被望远镜5收集后，经过反射镜三6反射，再经过分光镜一7分成两束，一束进入分光镜二11，另一束经过偏振分光镜8后分成水平偏振光和垂直偏振光，垂直偏振光进入到光电探测器一9中，偏振分光镜8对水平偏振光高透，由光电探测器二10接收，这两条光路探测海洋偏振信息；
分光镜二11将进入的光束也分为两束，一束经过聚焦透镜一12进入到光纤中，由光谱仪13接收，该光路探测海水中的叶绿素分布；另一束进入到分光镜三14；
分光镜三14也将进入的光束分为两束，一束依次经过聚焦透镜二15、针孔滤波器一16、凹透镜一17进行准直后进入到F-P标准具一18，经聚焦透镜三19后由单光子探测器20接收，该光路探测海洋中的浮游植物；另一束经过反射镜四21后依次通过聚焦透镜四22、针孔滤波器二23、凹透镜二24进行准直，然后通过F-P标准具二25后由ICCD26采集，并由所述的计算机27处理后，反演得到海水温度分布。
为了减少海洋水体对激光传输过程中的衰减，种子注入脉冲Nd:YAG激光器1发射出532nm激光。
为了过滤掉后向散射信号中的瑞利散射信号，F-P标准具一18的自由光谱范围要满足过滤掉的散射光和入射激光波长相同。
为了探测到后向散射信号中的布里渊信号，F-P标准具二25的自由光谱范围为0～19.8GHz.
为了探测到微弱的后向散射光信号，单光子探测器20为高灵敏的单光子探测器，所述的ICCD26的门宽大于等于2ns。
本发明的有益效果是：能实时探测海水中光的偏振信息、叶绿素含量、浮游植物分布、海水温度剖面，有效的解决缺少探测海洋的技术手段问题，为进一步的达到透明海洋提供了系统方案。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统，其特征在于：该系统包括激光器（1）、反射镜一（2）、反射镜二（3）、望远镜（5）、反射镜三（6）、分光镜一（7）、偏振分光镜（8）、光电探测器一（9）、光电探测器二（10）、分光镜二（11）、聚焦透镜一（12）、光谱仪（13）、分光镜三（14）、聚焦透镜二（15）、针孔滤波器一（16）、凹透镜一（17）、F-P标准具一（18）、聚焦透镜三（19）、单光子探测器（20）、反射镜四（21）、聚焦透镜四（22）、针孔滤波器二（23）、凹透镜二（24）、F-P标准具二（25）、ICCD（26）、计算机（27）；
所述的激光器（1）发出垂直偏振光，依次经过所述的反射镜一（2）、反射镜二（3）反射后，入射到海水（4）中产生后向散射信号和叶绿素荧光信号，后向散射信号和叶绿素荧光信号被望远镜（5）收集后，经过反射镜三（6）反射，再经过分光镜一（7）分成两束，一束进入分光镜二（11），另一束经过偏振分光镜（8）后分成水平偏振光和垂直偏振光，垂直偏振光进入到光电探测器一（9）中，偏振分光镜（8）对水平偏振光高透，由光电探测器二（10）接收，这两条光路探测海洋偏振信息；
分光镜二（11）将进入的光束也分为两束，一束经过聚焦透镜一（12）进入到光纤中，由光谱仪（13）接收，该光路探测海水中的叶绿素分布；另一束进入到分光镜三（14）；
分光镜三（14）也将进入的光束分为两束，一束依次经过聚焦透镜二（15）、针孔滤波器一（16）、凹透镜一（17）进行准直后进入到F-P标准具一（18），经聚焦透镜三（19）后由单光子探测器（20）接收，该光路探测海洋中的浮游植物；另一束经过反射镜四（21）后依次通过聚焦透镜四（22）、针孔滤波器二（23）、凹透镜二（24）进行准直，然后通过F-P标准具二（25）后由ICCD（26）采集，并由所述的计算机（27）处理后，反演得到海水温度分布。
2.根据权利要求1所述的探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统，其特征在于，所述的激光器为种子注入脉冲Nd:YAG激光器（1）。
3.根据权利要求1所述的探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统，其特征在于，所述的F-P标准具一（18）的自由光谱范围满足过滤掉的散射光和入射激光波长相同。
4.根据权利要求1所述的探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统，其特征在于，所述的F-P标准具二（25）的自由光谱范围为0~19.8GHz。
5.根据权利要求1所述的探测海洋光学参数的高光谱分辨率激光雷达系统，其特征在于，所述的ICCD（26）的门宽大于等于2ns。
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