CN218917631U - 一种大气探测激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请还公开了另一种大气探测激光雷达，包括能够发射N段不同波段光束的发射模块和能够所接收到的散射光束根据其光学性质分为M条光束分别进入对应探测器的探测模块。M>2N，探测模块不仅用于将用于计算气溶胶数据的波段光束进行分束并导入对应的探测器中，还用于将用于计算氮气数据和/或水汽数据的波段光束进行分束并导入对应的探测器。一方面，本申请可以实现不同波段的激光信号对气溶胶的米氏散射探测。另一方面，本申请除了接收米氏散射和偏振信号，还接收氮气和水汽拉曼信号，从而能够计算氮气数据和/或水汽数据。

Description

一种大气探测激光雷达

技术领域

本申请涉及光学探测设备领域，特别涉及一种大气探测激光雷达。

背景技术

当今大气环境污染已经成为人民关注的焦点问题，大气中的气溶胶成分不仅对人体具有危害性，还具有显著的环境效应，对区域范围环境产生重要的影响。气溶胶组成复杂，并且随时空分布变化显著，特别是在垂直方向上，是全球气候变化研究中最不确定的影响因子之一。激光雷达是一种主动式现代光学遥感设备，具有很高的时空分辨率，可以连续地探测大气中气溶胶粒子的光学特性垂直分布特征，可用于检测大气中的气溶胶成分。

但是目前的激光雷达具有探测参数单一、探测周期长、工作量大、探测多项参数不同步等缺点。单波长米氏散射激光雷达其回波信号方程中同时含有大气气溶胶消光系数和后向散射系2个未知参数,其反演方法中必须对二者的关系预先假定，计算结果不可避免地会与实际值产生差异，导致测量结果不准确。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种大气探测激光雷达，其能够改善上述问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种大气探测激光雷达，其包括控制模块、发射模块和探测模块；

所述发射模块包括用于发射N段不同波段光束的激光发射单元和N个扩束镜，所述激光发射单元所出射的每条光束经过对应的所述扩束镜射向待探测大气，N为正整数；

所述探测模块包括沿采集光路依次设置的光学采集组件、光学分束组件和M个探测器，所述光学分束组件用于将所述光学采集组件所接收到的散射光束根据其光学性质分为M条光束分别进入对应的所述探测器；

所述控制模块分别与所述激光发射单元和各个所述探测器电连接，所述控制模块用于对各个所述探测器反馈的数据做分析反演，得到所述待探测大气中的气溶胶数据，所述控制模块也用于控制所述激光发射单元出射各个波段的光束。

其中，M＝2N，所述光学分束组件包括多个二向色镜和N组偏振分光组件；所述光学采集组件所接收到的散射光束经过多个所述二向色镜后被分成N条不同波段的子光束，每条子光束经过对应的所述偏振分光组件后均被分成偏振态相互垂直的第一偏振子光束和第二偏振子光束。

其中，第一偏振子光束可以是水平偏振光束，第二偏振子光束可以是垂直偏振光束。

不同波段的激光光束入射到大气中，与大气分子和气溶胶发生相互作用发生散射，其中光子能量不变的散射称为瑞利散射或米氏散射，光子能量改变的称为拉曼散射。通常使用的激光束为线偏振光，由于大气中的非球形粒子具有退偏特性，使得线偏振态的激光与其作用后产生的后向散射光的偏振态发生变化。因此，对比出射光束数据和采集到的散射光束数据，即可计算出待探测大气中的气溶胶数据。

可以理解，本申请公开了一种大气探测激光雷达，包括能够发射N段不同波段光束的发射模块和能够所接收到的散射光束根据其光学性质分为2N条光束分别进入对应探测器的探测模块。N个波段的激光光束入射到大气中，与大气分子和气溶胶发生相互作用发生散射，散射光束被探测模块中的光学分束组件根据波长和/或偏振等光学性质分为2N条光束分别进入对应探测器进行采集。控制模块根据多个探测器的反馈数据可以更加准确地计算出待探测大气中的气溶胶数据。使用多个波长作为发射光源，可以实现不同波段的激光信号对不同大气状态下气溶胶的米氏散射探测以及多个波长下的偏振探测。

在本申请可选的实施例中，N＝3，所述第一波段光束的中心波长为355nm、所述第二波段光束的中心波长为532nm、所述第三波段光束的中心波长为1064nm。

在本申请可选的实施例中，所述激光发射单元为用于输出第一波段光束、第二波段光束和第三波段光束的三波长激光器；所述光学分束组件包括两个二向色镜，在所述光学采集组件所接收到的散射光束的光路上依次设置有第一二向色镜、第二二向色镜；所述第一二向色镜用于反射波长小于第一波长阈值的光束且透过波长大于所述第一波长阈值的光束，所述第一波段光束小于所述第一波长阈值，所述第二波段光束和所述第三波段光束大于所述第一波长阈值；所述第二二向色镜用于反射波长大于第二波长阈值的光束且透过波长小于所述第二波长阈值的光束，所述第二波段光束小于所述第二波长阈值，所述第三波段光束大于所述第二波长阈值。

在本申请可选的实施例中，所述偏振分光组件包括用于反射第一偏振光束且透射第二偏振光束的偏振棱镜。

在本申请可选的实施例中，所述光学采集组件包括沿所述散射光束光路依次设置的望远镜、小孔光阑和准直镜组件。

其中，望远镜可以选用通光口径在200mm以上的卡塞格林望远镜，其具有无色差、球差小、同等焦距下结构更短更紧凑等特点。后向散射光被望远镜接收后，经望远镜内的主镜和副镜反射后，聚焦于一点，小孔光阑置于这一焦点位置，它的作用是通过中心小孔的通光孔径的选择来限制望远镜的接收视场，避免过多杂散光进入分光系统，提高探测信噪比。经过小孔光阑筛选后的得到的信号光束，由于是聚焦的光束，后续需要经过准直镜组件进行准直处理为平行光，以便于后续的分光处理。其中，准直镜组件选用消色差透镜，减少色差对准直效果的影响。

在本申请可选的实施例中，所述控制模块包括采集卡、工控机和门控卡。探测器接收到回波信号后，将通过光电转换产生相应的电信号传输到采集卡，采集卡将所采集的信号经过相应的处理后传输至工控机做进一步的分析反演和展示，得到所述待探测大气中的气溶胶数据、氮气数据和/或水汽数据。工控机可对采集卡的采样频率、采样分辨率等参数进行设置，同时也可对门控卡进行频率、占空比等控制参数的设置；门控卡是用于提供同步/触发信号给采集卡或发射模块，方便采集卡的同步控制和采集。

第二方面，本申请公开了另一种大气探测激光雷达，包括控制模块、发射模块和探测模块；

所述发射模块包括用于发射N段不同波段光束的激光发射单元和N个扩束镜，所述激光发射单元所出射的每条光束经过对应的所述扩束镜射向待探测大气，N为正整数；

所述探测模块包括沿采集光路依次设置的光学采集组件、光学分束组件和M个探测器，所述光学分束组件用于将所述光学采集组件所接收到的散射光束根据其光学性质分为M条光束分别进入对应的所述探测器；

所述控制模块分别与所述激光发射单元和各个所述探测器电连接，所述控制模块用于对各个所述探测器反馈的数据做分析反演，得到所述待探测大气中的气溶胶数据，所述控制模块也用于控制所述激光发射单元出射各个波段的光束。

其中，M＞2N，所述光学分束组件包括多个二向色镜和N组偏振分光组件；所述光学采集组件所接收到的散射光束经过多个所述二向色镜后被分成M条不同波段的子光束，其中N条子光束经过对应的所述偏振分光组件后均被分成偏振态相互垂直的第一偏振子光束和第二偏振子光束，其余(M-N)条子光束分别直接进入对应的所述探测器；所述控制模块还用于对所述其余(M-N)条子光束对应的所述探测器反馈的数据做分析反演，得到所述待探测大气中的氮气数据和/或水汽数据。

不同波段的激光光束入射到大气中，与大气分子和气溶胶发生相互作用发生散射，其中光子能量不变的散射称为瑞利散射或米氏散射，光子能量改变的称为拉曼散射。在实际探测中，往往通过米氏散射、瑞利散射或偏振特性对大气中的气溶胶进行探测分析，通过拉曼散射对大气中的分子如水汽、氮气、臭氧等的分布情况进行探测分析。

可以理解，本申请还公开了另一种大气探测激光雷达，其探测模块不仅用于将用于计算气溶胶数据的波段光束进行分束并导入对应的探测器中，还用于将用于计算氮气数据和/或水汽数据的波段光束进行分束并导入对应的探测器。探测模块除了接收米氏散射和偏振信号，还接收氮气和水汽拉曼信号，从而能够得到不同天气状况下的各波长的米氏散射强度廓线、气溶胶消光系数、不同波段的退偏振比，以及水汽含量等信息；由于氮气分子的拉曼散射回波不受大气气溶胶后向散射影响，求解方程时不需假设消光系数和后向散射系数比值，可直接求解大气气溶胶消光系数，相比单一米氏散射雷达具有更准确的优点。

在本申请可选的实施例中，所述其余(M-N)条子光束分别对应(M-N)个目标波长，所述其余(M-N)条子光束的光路上设置有对应的滤波片，用于过滤除所述目标波长外的其他光束。

在本申请可选的实施例中，所述目标波长包括386nm、407nm、607nm中的至少一个。其中，目标波长为386nm和607nm的子光束用于计算大气中的氮气数据，目标波长为407nm的子光束用于计算大气中的水汽数据。

在本申请可选的实施例中，所述N条子光束对应的N个所述探测器的入射光路上均分别设置有衰减片。

可以理解，为了有效激发大气中的氮气和水汽分子，使用的激光束能量通常比较高，因而容易造成米氏散射信号近场饱和，因而在N条子光束对应的N个所述探测器的入射光路上均分别设置有衰减片，以便于对对应米氏散射进行衰减。

在本申请可选的实施例中，所述光学采集组件包括沿所述散射光束光路依次设置的望远镜、小孔光阑和准直镜组件。

在本申请可选的实施例中，所述控制模块包括采集卡、工控机和门控卡。探测器接收到回波信号后，将通过光电转换产生相应的电信号传输到采集卡，采集卡将所采集的信号经过相应的处理后传输至工控机做进一步的分析反演和展示，得到所述待探测大气中的气溶胶数据、氮气数据和/或水汽数据。工控机可对采集卡的采样频率、采样分辨率等参数进行设置，同时也可对门控卡进行频率、占空比等控制参数的设置；门控卡是用于提供同步/触发信号给采集卡或发射模块，方便采集卡的同步控制和采集。

有益效果：

本申请公开了一种大气探测激光雷达，包括能够发射N段不同波段光束的发射模块和能够所接收到的散射光束根据其光学性质分为2N条光束分别进入对应探测器的探测模块。N个波段的激光光束入射到大气中，与大气分子和气溶胶发生相互作用发生散射；散射光束被探测模块中的光学分束组件根据波长和/或偏振等光学性质分为2N条光束分别进入对应探测器进行采集；控制模块根据多个探测器的反馈数据可以更加准确地计算出待探测大气中的气溶胶数据。本申请使用多个波长作为发射光源，可以实现不同波段的激光信号对不同大气状态下气溶胶的米氏散射探测以及多个波长下的偏振探测。

本申请还公开了另一种大气探测激光雷达，其探测模块不仅用于将用于计算气溶胶数据的波段光束进行分束并导入对应的探测器中，还用于将用于计算氮气数据和/或水汽数据的波段光束进行分束并导入对应的探测器。探测模块除了接收米氏散射和偏振信号，还接收氮气和水汽拉曼信号，从而能够得到不同天气状况下的各波长的米氏散射强度廓线、气溶胶消光系数、不同波段的退偏振比，以及水汽含量等信息；由于氮气分子的拉曼散射回波不受大气气溶胶后向散射影响，求解方程时不需假设消光系数和后向散射系数比值，可直接求解大气气溶胶消光系数，相比单一米氏散射雷达具有更准确的优点。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举可选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1是本申请提供的一种大气探测激光雷达的结构示意图；

图2是本申请提供的另一种大气探测激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一方面，如图1所示本申请提供一种大气探测激光雷达，其包括控制模块100、发射模块200和探测模块300。

发射模块包括用于发射N段不同波段光束的激光发射单元和N个扩束镜，激光发射单元所出射的每条光束经过对应的扩束镜射向待探测大气，N为正整数；

探测模块包括沿采集光路依次设置的光学采集组件、光学分束组件和M个探测器，光学分束组件用于将光学采集组件所接收到的散射光束根据其光学性质分为M条光束分别进入对应的探测器；

控制模块分别与激光发射单元和各个探测器电连接，控制模块用于对各个探测器反馈的数据做分析反演，得到待探测大气中的气溶胶数据，控制模块也用于控制激光发射单元出射各个波段的光束。

其中，M＝2N，光学分束组件包括多个二向色镜和N组偏振分光组件；光学采集组件所接收到的散射光束经过多个二向色镜后被分成N条不同波段的子光束，每条子光束经过对应的偏振分光组件后均被分成偏振态相互垂直的第一偏振子光束和第二偏振子光束。

其中，第一偏振子光束可以是水平偏振光束，第二偏振子光束可以是垂直偏振光束。

不同波段的激光光束入射到大气中，与大气分子和气溶胶发生相互作用发生散射，其中光子能量不变的散射称为瑞利散射或米氏散射，光子能量改变的称为拉曼散射。通常使用的激光束为线偏振光，由于大气中的非球形粒子具有退偏特性，使得线偏振态的激光与其作用后产生的后向散射光的偏振态发生变化。因此，对比出射光束数据和采集到的散射光束数据，即可计算出待探测大气中的气溶胶数据。

可以理解，本申请公开了一种大气探测激光雷达，包括能够发射N段不同波段光束的发射模块和能够所接收到的散射光束根据其光学性质分为2N条光束分别进入对应探测器的探测模块。N个波段的激光光束入射到大气中，与大气分子和气溶胶发生相互作用发生散射，散射光束被探测模块中的光学分束组件根据波长和/或偏振等光学性质分为2N条光束分别进入对应探测器进行采集。控制模块根据多个探测器的反馈数据可以更加准确地计算出待探测大气中的气溶胶数据。使用多个波长作为发射光源，可以实现不同波段的激光信号对不同大气状态下气溶胶的米氏散射探测以及多个波长下的偏振探测。

如图1所示，以N＝3为例，图中发射模块包括激光发射单元43，激光发射单元43可以出射三个不同波段的光束，第一波段光束的中心波长为355nm、第二波段光束的中心波长为532nm、第三波段光束的中心波长为1064nm。激光发射单元43可以是三波长激光器，通常选用Nd:YAG固体激光器，三个波段的光束分别从不同出口输出。光束经过反射镜47-52的多次转折后，分别进入扩束镜44-46，经准直扩束后发射至大气。扩束镜44-46的倍数选用5倍-10倍，根据实际光束参数选择。

在本申请可选的实施例中，如图1所示，光学采集组件包括沿散射光束光路依次设置的望远镜1、小孔光阑2和准直镜组件3。

其中，望远镜可以选用通光口径在200mm以上的卡塞格林望远镜，其具有无色差、球差小、同等焦距下结构更短更紧凑等特点。后向散射光被望远镜接收后，经望远镜内的主镜和副镜反射后，聚焦于一点，小孔光阑置于这一焦点位置，它的作用是通过中心小孔的通光孔径的选择来限制望远镜的接收视场，避免过多杂散光进入分光系统，提高探测信噪比。经过小孔光阑筛选后的得到的信号光束，由于是聚焦的光束，后续需要经过准直镜组件进行准直处理为平行光，以便于后续的分光处理。其中，准直镜组件选用消色差透镜，减少色差对准直效果的影响。

在本申请可选的实施例中，激光发射单元为用于输出第一波段光束、第二波段光束和第三波段光束的三波长激光器；光学分束组件包括两个二向色镜，在光学采集组件所接收到的散射光束的光路上依次设置有第一二向色镜(如图1中的二向色镜4)、第二二向色镜(如图1中的二向色镜5)；第一二向色镜用于反射波长小于第一波长阈值的光束且透过波长大于第一波长阈值的光束，第一波段光束小于第一波长阈值，第二波段光束和第三波段光束大于第一波长阈值；第二二向色镜用于反射波长大于第二波长阈值的光束且透过波长小于第二波长阈值的光束，第二波段光束小于第二波长阈值，第三波段光束大于第二波长阈值。

继续参考图1的示例，光学采集组件所接收到的散射光束包括第一波段光束(中心波长为355nm)、第二波段光束(中心波长为532nm)、第三波段光束(中心波长为1064nm)。经过二向色镜4后，第一波段光束被反射，经对应的偏振分光组件18分别进入了第一探测器34和第二探测器33；透过二向色镜4的第二波段光束和第三波段光束在经过二向色镜5后，第三波段光束被反射，经对应的偏振分光组件16分别进入了第五探测器29和第六探测器28；透过二向色镜5的第二波段光束被导向对应的偏振分光组件17，经过偏振分光组件17分别进入了第三探测器31和第四探测器30。其中，每个波段光束在进入偏振分光组件16-18之前都经过滤波片9、10、12以有效滤除对应波段以外的其他信号光和杂散光。图中，每个探测器前都设置有聚焦透镜19、20、21、22、24、25，光束通过探测器聚焦透镜后聚焦至探测器的探测面上。

在本申请可选的实施例中，偏振分光组件包括用于反射第一偏振光束且透射第二偏振光束的偏振棱镜。

在本申请可选的实施例中，如图1所示，控制模块包括采集卡54、工控机53和门控卡55。探测器接收到回波信号后，将通过光电转换产生相应的电信号传输到采集卡，采集卡将所采集的信号经过相应的处理后传输至工控机做进一步的分析反演和展示，得到待探测大气中的气溶胶数据、氮气数据和/或水汽数据。工控机可对采集卡的采样频率、采样分辨率等参数进行设置，同时也可对门控卡进行频率、占空比等控制参数的设置；门控卡是用于提供同步/触发信号给采集卡或发射模块，方便采集卡的同步控制和采集。

应当理解，在本实用新型实施例中，所称工控机可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

第二方面，如图2所示，本申请公开了另一种大气探测激光雷达，包括控制模块100、发射模块200和探测模块300。

发射模块包括用于发射N段不同波段光束的激光发射单元和N个扩束镜，激光发射单元所出射的每条光束经过对应的扩束镜射向待探测大气，N为正整数；

探测模块包括沿采集光路依次设置的光学采集组件、光学分束组件和M个探测器，光学分束组件用于将光学采集组件所接收到的散射光束根据其光学性质分为M条光束分别进入对应的探测器；

控制模块分别与激光发射单元和各个探测器电连接，控制模块用于对各个探测器反馈的数据做分析反演，得到待探测大气中的气溶胶数据，控制模块也用于控制激光发射单元出射各个波段的光束。

其中，M＞2N，光学分束组件包括多个二向色镜和N组偏振分光组件；光学采集组件所接收到的散射光束经过多个二向色镜后被分成M条不同波段的子光束，其中N条子光束经过对应的偏振分光组件后均被分成偏振态相互垂直的第一偏振子光束和第二偏振子光束，其余(M-N)条子光束分别直接进入对应的探测器；控制模块还用于对其余(M-N)条子光束对应的探测器反馈的数据做分析反演，得到待探测大气中的氮气数据和/或水汽数据。

不同波段的激光光束入射到大气中，与大气分子和气溶胶发生相互作用发生散射，其中光子能量不变的散射称为瑞利散射或米氏散射，光子能量改变的称为拉曼散射。在实际探测中，往往通过米氏散射、瑞利散射或偏振特性对大气中的气溶胶进行探测分析，通过拉曼散射对大气中的分子如水汽、氮气、臭氧等的分布情况进行探测分析。

可以理解，本申请还公开了另一种大气探测激光雷达，其探测模块不仅用于将用于计算气溶胶数据的波段光束进行分束并导入对应的探测器中，还用于将用于计算氮气数据和/或水汽数据的波段光束进行分束并导入对应的探测器。探测模块除了接收米氏散射和偏振信号，还接收氮气和水汽拉曼信号，从而能够得到不同天气状况下的各波长的米氏散射强度廓线、气溶胶消光系数、不同波段的退偏振比，以及水汽含量等信息；由于氮气分子的拉曼散射回波不受大气气溶胶后向散射影响，求解方程时不需假设消光系数和后向散射系数比值，可直接求解大气气溶胶消光系数，相比单一米氏散射雷达具有更准确的优点。

在本申请可选的实施例中，其余(M-N)条子光束分别对应(M-N)个目标波长，其余(M-N)条子光束的光路上设置有对应的滤波片，用于过滤除目标波长外的其他光束。目标波长包括386nm、407nm、607nm中的至少一个。其中，目标波长为386nm和607nm的子光束用于计算大气中的氮气数据，目标波长为407nm的子光束用于计算大气中的水汽数据。

如图2所示，以N＝3且M＝9为例，在图1的基础上，增加了386氮气拉曼通道、407水汽拉曼通道和607氮气拉曼通道。图中，被二向色镜4反射的除了第一波段光束外还有386nm波长光束和407nm波长光束；经过二向色镜7后，第一波段光束被反射至第六探测器33，386nm波长光束和407nm波长光束透过；407nm波长光束被二向色镜8反射至第八探测器35,386nm波长光束透过二向色镜8直至第九探测器36。图中，透过二向色镜4的除了第二、三波段光束外还有607nm波长光束，透过二向色镜5和6后，607波长光束直接进入第五探测器32。其中，每个波段光束都经过滤波片9-14以有效滤除对应波段以外的其他信号光和杂散光。图中，每个探测器前都设置有聚焦透镜19-27，光束通过探测器聚焦透镜后聚焦至探测器的探测面上。

在本申请可选的实施例中，N条子光束对应的N个探测器的入射光路上均分别设置有衰减片。如图2所示，设置有衰减片37-42。

可以理解，为了有效激发大气中的氮气和水汽分子，使用的激光束能量通常比较高，因而容易造成米氏散射信号近场饱和，因而在N条子光束对应的N个探测器的入射光路上均分别设置有衰减片，以便于对对应米氏散射进行衰减。

在本申请可选的实施例中，光学采集组件包括沿散射光束光路依次设置的望远镜、小孔光阑和准直镜组件。

在本申请可选的实施例中，控制模块包括采集卡、工控机和门控卡。探测器接收到回波信号后，将通过光电转换产生相应的电信号传输到采集卡，采集卡将所采集的信号经过相应的处理后传输至工控机做进一步的分析反演和展示，得到待探测大气中的气溶胶数据、氮气数据和/或水汽数据。工控机可对采集卡的采样频率、采样分辨率等参数进行设置，同时也可对门控卡进行频率、占空比等控制参数的设置；门控卡是用于提供同步/触发信号给采集卡或发射模块，方便采集卡的同步控制和采集。

在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备表示不同的用户设备，虽然两者均是用户设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。

当一个元件(例如，第一元件)称为与另一元件(例如，第二元件)“(可操作地或可通信地)联接”或“(可操作地或可通信地)联接至”另一元件(例如，第二元件)或“连接至”另一元件(例如，第二元件)时，应理解为该一个元件直接连接至该另一元件或者该一个元件经由又一个元件(例如，第三元件)间接连接至该另一个元件。相反，可理解，当元件(例如，第一元件)称为“直接连接”或“直接联接”至另一元件(第二元件)时，则没有元件(例如，第三元件)插入在这两者之间。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

以上描述仅为本申请的可选实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

以上描述仅为本申请的可选实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大气探测激光雷达，其特征在于，包括：

控制模块、发射模块和探测模块；

所述发射模块包括用于发射N段不同波段光束的激光发射单元和N个扩束镜，所述激光发射单元所出射的每条光束经过对应的所述扩束镜射向待探测大气，N为正整数；

所述探测模块包括沿采集光路依次设置的光学采集组件、光学分束组件和M个探测器，所述光学分束组件用于将所述光学采集组件所接收到的散射光束根据其光学性质分为M条光束分别进入对应的所述探测器；

所述控制模块分别与所述激光发射单元和各个所述探测器电连接，所述控制模块用于对各个所述探测器反馈的数据做分析反演，得到所述待探测大气中的气溶胶数据，所述控制模块也用于控制所述激光发射单元出射各个波段的光束。

2.根据权利要求1所述的大气探测激光雷达，其特征在于，

M＝2N，

所述光学分束组件包括多个二向色镜和N组偏振分光组件；

所述光学采集组件所接收到的散射光束经过多个所述二向色镜后被分成N条不同波段的子光束，每条子光束经过对应的所述偏振分光组件后均被分成偏振态相互垂直的第一偏振子光束和第二偏振子光束。

3.根据权利要求2所述的大气探测激光雷达，其特征在于，

N＝3，所述激光发射单元为用于输出第一波段光束、第二波段光束和第三波段光束的三波长激光器；

所述光学分束组件包括两个二向色镜，

在所述光学采集组件所接收到的散射光束的光路上依次设置有第一二向色镜、第二二向色镜；

所述第一二向色镜用于反射波长小于第一波长阈值的光束且透过波长大于所述第一波长阈值的光束，所述第一波段光束小于所述第一波长阈值，所述第二波段光束和所述第三波段光束大于所述第一波长阈值；

所述第二二向色镜用于反射波长大于第二波长阈值的光束且透过波长小于所述第二波长阈值的光束，所述第二波段光束小于所述第二波长阈值，所述第三波段光束大于所述第二波长阈值。

4.根据权利要求3所述的大气探测激光雷达，其特征在于，

所述第一波段光束的中心波长为355nm、所述第二波段光束的中心波长为532nm、所述第三波段光束的中心波长为1064nm。

5.根据权利要求2所述的大气探测激光雷达，其特征在于，

所述偏振分光组件包括用于反射第一偏振光束且透射第二偏振光束的偏振棱镜。

6.根据权利要求1所述的大气探测激光雷达，其特征在于，

M＞2N，

所述光学分束组件包括多个二向色镜和N组偏振分光组件；

所述光学采集组件所接收到的散射光束经过多个所述二向色镜后被分成M条不同波段的子光束，其中N条子光束经过对应的所述偏振分光组件后均被分成偏振态相互垂直的第一偏振子光束和第二偏振子光束，其余(M-N)条子光束分别直接进入对应的所述探测器；

所述控制模块还用于对所述其余(M-N)条子光束对应的所述探测器反馈的数据做分析反演，得到所述待探测大气中的氮气数据和/或水汽数据。

7.根据权利要求6所述的大气探测激光雷达，其特征在于，

所述其余(M-N)条子光束分别对应(M-N)个目标波长，所述其余(M-N)条子光束的光路上设置有对应的滤波片，用于过滤除所述目标波长外的其他光束。

8.根据权利要求7所述的大气探测激光雷达，其特征在于，

所述目标波长包括386nm、407nm、607nm中的至少一个。

9.根据权利要求6所述的大气探测激光雷达，其特征在于，

所述N条子光束对应的N个所述探测器的入射光路上均分别设置有衰减片。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的大气探测激光雷达，其特征在于，

所述光学采集组件包括沿所述散射光束光路依次设置的望远镜、小孔光阑和准直镜组件。

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