一種用于氣溶膠探測的對地激光雷達，涉及激光大氣遙感領域；包括雙視線激光雷達和反演處理模塊；雙視線激光雷達包括第一激光雷達和第二激光雷達；第一激光雷達包括第一發射系統、第一回波接收系統和第一探測采集處理系統；第二激光雷達包括第二發射系統、第二回波接收系統和第二探測采集處理系統；第一激光雷達垂直向下對地進行觀測得到激光雷達回波廓線；第二激光雷達沿傾斜θ角對地進行觀測得到激光雷達回波廓線；第一激光雷達和第二激光雷達探測到的數據送入數據處理及反演模塊2后可以反演得到消光系數廓線、激光雷達比廓線；本發明達到優于20％的氣溶膠光學特性探測精度，同時也解決了當前拉曼激光雷達和高光譜分辨激光雷達系統的不足。

技術領域

本發明涉及一種激光大氣遙感領域，特別是一種用于氣溶膠探測的對地激光雷達。

背景技術

當前用于氣溶膠廓線探測的主要激光雷達技術為后向散射激光雷達技術、拉曼散射激光雷達技術、高光譜分辨激光雷達技術。為了實現氣溶膠粒徑分布的探測，還需要采用多波長(一般為1064nm、532nm、355nm)探測方式。

上述方法中，后向散射激光雷達對激光器的綜合要求最低(通常為10～100pm量級的線寬，能量uJ～100mJ量級)，對接收光學系統的綜合要求也最低，其后向散射截面最大，可以工作于任意波長，可以用于機載、星載激光雷達研制，是目前最成熟的激光雷達技術。但其反演精度與天氣條件、反演算法等密切相關，相對誤差一般在30％～50％。

拉曼散射激光雷達技術分為轉動拉曼散射激光雷達技術和振動拉曼散射激光雷達，一般常用振動拉曼激光雷達進行高精度氣溶膠探測。該技術對激光器和接收光學系統的綜合要求相對較低(通常為10～100pm量級的線寬，能量100mJ量級)，通過大氣分子的拉曼散射可以將氣溶膠光學特性反演精度提高到優于20％，但拉曼散射截面最小且與波長4次方成反比，一般只用于紫外和可見光波段探測。由于拉曼散射信號比米散射信號小6個數量級，這類激光雷達往往要求較大的脈沖發射能量和接收口徑；基于于同樣的原因，該種技術只能用于地基、空基探測，不能用于天基對地觀測。

高光譜分辨率激光雷達(HSRL)探測技術是在一般后向散射激光雷達基礎上發展起來的更高精度的探測技術。它的優點是散射信號比拉曼散射強4個數量級以上，同時，還可以實現優于20％的氣溶膠光學特性反演，因而可以用于地基、空基和天基。而它的問題在于為了實現上述指標，必須采用高激光功率輸出的單頻脈沖激光器(線寬1～100fm量級)，這類激光器對波長的線寬及其穩定性要求極高，通常需要配置鑒頻、穩頻等裝置；除激光器研制難度高外，其接收中繼光學系統的要求也極高，通常采用原子濾波器(需要對激光發射和接收譜線同時鎖定，僅用于532nm)、FP標準具(可用視場小、透過率低、尺寸難以提高、加工難度高、應用環境要求苛刻)、視場展寬干涉儀(可用視場較大、透過率較高、加工和裝調難度高、應用環境要求高)等高難度、嚴要求、環境適應性差的接收光學元器件；由于接收光學系統的限制，該類激光雷達通常只能工作在如532nm、355nm這樣的特定波長上，且光學接收透過率較低。

通過上述比較可知，目前高光譜分辨激光雷達技術既可以達到20％的探測精度又可以用于星載探測，因此是目前相關領域研究的主要方向。但是該技術主要由以下3個問題：

1、對激光器的要求極高，尤其是線寬和波長穩定性控制要求極高，需要特殊的激光器設計技術，研制成本、研制周期、研制難度和工作風險成倍增加；

2、對中繼光學要求極高，為了實現高光譜分辨濾波，必須采用高成本、高難度、高風險、低適應性、低透過率的特殊光學元件，導致可行性較低；

3、工作波長限制較大，比如原子濾波系統只能用于532nm，FP標準具雖然可以用于多種波長但在355nm波長透過率極低，1064nm分子散射極弱難以采用高光譜分辨等。在氣溶膠探測過程中，波長越多粒徑反演精度越高，因此該技術不利于更高精度的粒徑反演。