CFMP-LIDAR-34教学型多波长偏振 激光雷达培训系统

第一章 系统简介

气溶胶是指液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系，主要由大气介质和混合于其中的直径为0.001－100μm的固体或液体颗粒组成的体系。虽然大气中的气溶胶的含量很低，但它们却对气候的变化起着非常重要的影响，这种影响一方面表现在大气中的气溶胶粒子对太阳辐射、地表辐射出的长波辐射的吸收和散射，从而影响地－气辐射收支；另一方面表现在气溶胶浓度的变化影响云的光学特性、云量以及云的寿命等，而云的变化反过来又影响气候。气溶胶的产生主要来自于自然过程和人类活动，尤其近年来，随着人类活动和工业污染的日益加剧，排放到大气中的气溶胶粒子等颗粒污染物的数量和种类也越来越多，它们对大气边界层的空气质量及大气过程产生了严重的影响。

当前，对气溶胶光学探测的激光雷达类型主要有三种：多波长偏振激光雷达、拉曼激光雷达、高光谱分辨率激光雷达。多波长偏振激光雷达由于结构简单、费用低廉、易于操作等优点，已经成为实时探测气溶胶光学特性的强力工具。

我们自行研制的小型多波长偏振激光雷达系统采用355nm、532nm、1064nm波长的Nd:YAG激光器作为光源，发射的激光束经准直扩束后，垂直射入大气，被望远镜接收的含有多个波长的回波信号经过小孔光阑、窄带滤光片、透镜聚焦后耦合到多模光纤中，光纤输出光由光电倍增管（PMT）接收。光电倍增管采用模拟工作方式，其输出信号被放大电路放大后，经过AD转换，送入计算机进行后续处理。

在该激光雷达系统中，放大电路采用高增益、低噪声、高输入阻抗、低输出阻抗的高速运算放大器，实现了高增益放大，低输出阻抗，既保证了信号的高增益的动态特性又保证了信号的频率特性，改善了激光雷达探测的动态特性。另外，考虑到气溶胶观测需要全天候进行，因此在此激光雷达系统中，采用窄带干涉滤光片对太阳背景光、天空背景光进行了高精度剔除，提高白天测量的信噪比。

下图所示小型多波长偏振激光雷达以及气溶胶消光系数反演软件界面。

图1. 小型多波长偏振激光雷达系统结构图

图2. 小型多波长偏振激光雷达系统软件设置与测量界面

图3. 小型多波长偏振激光雷达系统软件分析界面

该系统可以方便地移动，并能进行水平和垂直方向的扫描，对大气气溶胶粒子的消光系数以及时空分布进行观测、反演及显示，也可用于沙尘暴的观测研究，其具有移动方便、操作简便以及运行可靠等特点。

第二章 主要技术参数

第三章 外观及扫描方式

三脚架+控制柜：激光器、准直系统、反射镜等均安装在望远镜上，激光器电源、光路、光电探测器、数据采集卡等集成安装在控制柜内，计算机、电源控制开关等安装在侧壁，方便人机交互。

利用望远镜自带的三脚架，通过控制两台步进电机，可以实现俯仰角为0-90度、水平角0-360度。

第四章 产品特点

1、毫焦级激光器设计。三波长四通道。激光器能量高，重污染天气状况下，能够穿透灰霾层探测完整的大气颗粒物后向散射信息；

2、有效获取颗粒物尺度分布信息，全粒径响应，实现更细小的颗粒物的占有比探测；

3、独特的收发共轴结构，有效防止低空强散射信号造成探测器饱和；

4、软件具有友好用户界面，方便工作人员操作；

5、完善的采集和后期资料处理软件；

6、产品无耗材，具有很好的耐用性，不需要相关的维护；

7、产品制造符合国家环保标准；

8、适用于大气监测、环保监测等领域，可用于科研、教学等场合。

第五章 产品应用

灰霾检测系统、沙尘过程监测、颗粒物形成与迁移、污染边界层监测、高空颗粒物浓度监测、边界站通量监测、云层探测

第六章 产品软件系统

数据采集及反演：原始数据采集、大气气溶胶粒子光学特性参数及其时空分布反演；

24小时的大气气溶胶距离平方信号变化的时空分布及其边界层高度