一种基于滤波片切换的拉曼测温激光雷达系统技术方案

本申请涉及激光雷达技术领域，公开了一种基于滤波片切换的拉曼测温激光雷达系统，包括：激光器，用于发射脉冲激光，以使脉冲激光传输至大气后产生后向散射信号；信号收发模块，用于接收并聚焦后向散射信号；滤波切换模块，用于轮流切换相应的滤波片进行滤波处理，轮流获取拉曼低量子通道信号和拉曼高量子通道信号；数据采集模块，用于通过时分复用的形式对滤波切换模块获取的信号进行数据采集；工控机，用于控制滤波切换模块进行相应滤波片的轮流切换，并对数据采集模块采集的数据进行处理，获取大气温度结果。这样共用光路部分及信号采集的方式，将两路信号的系统偏差降低最低，保证两路信号的精度与时间序列上的一致性，提高测量结果的准确性。提高测量结果的准确性。提高测量结果的准确性。

A Raman temperature measurement lidar system based on filter switching

【技术实现步骤摘要】
一种基于滤波片切换的拉曼测温激光雷达系统


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，特别是涉及一种基于滤波片切换的拉曼测温激光雷达系统。

技术介绍

[0002]大气温度是表征大气能量平衡的重要参数之一，高精度探测大气温度的时空变化规律具有重要的应用价值和科研价值。激光雷达由于其具有高时空分辨的优势，已经成为探测大气温度的一种不可缺少的工具。转动拉曼激光雷达是探测大气温度廓线的重要手段之一。转动拉曼信号是大气回波中与发射波长不同的信号，波长与发射波长相比差别较小。
[0003]常规的拉曼测温激光雷达系统，在进行测温时，一般使用较为复杂的分光光路，将测温需要的高量子通道及低量子通道进行分离，再使用不同的探测器及采集器进行信号采集，最后将两路测温信号做比值进行反演测量。由于使用两套系统，且在光路上也无法保证完全一致，将在两路测温结果中引入不同的系统参数。虽然系统参数可以进行最终修正，但无法保证不同高度的系统修正常数完全一致，且也不能保证随着测量的进行两路测温信号在时间序列上保持一致。因此，独立分光分别测量的设计形式将引入一定的偏差。另外在激光雷达测温应用中，由于转动拉曼信号弱，且反演算法中，反演大气温度的灵敏度低，两路测温信号有一些微小偏差都会对反演结果造成明显影响。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于滤波片切换的拉曼测温激光雷达系统，可以将两路测温信号的系统偏差降低最低，保证两路测温信号的精度与时间序列上的一致性，提高测量结果的准确性。其具体方案如下：一种基于滤波片切换的拉曼测温激光雷达系统，包括：激光器、信号收发模块、滤波切换模块、数据采集模块，以及分别与所述激光器、所述滤波切换模块和所述数据采集模块连接的工控机；其中，所述激光器，用于发射脉冲激光，以使所述脉冲激光传输至大气后产生后向散射信号；所述信号收发模块，用于接收所述后向散射信号，并对所述后向散射信号进行聚焦后传输至所述滤波切换模块；所述滤波切换模块，用于轮流切换拉曼低量子通道滤波片和拉曼高量子通道滤波片进行滤波处理，轮流获取拉曼低量子通道信号和拉曼高量子通道信号；所述数据采集模块，用于通过时分复用的形式对所述滤波切换模块获取的信号进行数据采集，并发送至所述工控机；所述工控机，用于控制所述滤波切换模块进行相应滤波片的轮流切换，并对所述数据采集模块采集的数据进行处理，获取大气温度结果。
[0005]优选地，在本专利技术实施例提供的上述拉曼测温激光雷达系统中，所述滤波切换模
块包括滤波片切换系统；所述滤波片切换系统包括具有所述拉曼低量子通道滤波片和所述拉曼高量子通道滤波片的转轮结构，以及与所述转轮结构连接的滤波片切换控制器；所述工控机，与所述滤波片切换控制器连接，具体用于控制所述滤波片切换控制器进行所述转轮结构的转动。
[0006]优选地，在本专利技术实施例提供的上述拉曼测温激光雷达系统中，所述滤波切换模块还包括位于所述信号收发模块焦点处的孔径光阑；所述孔径光阑位于所述信号收发模块和所述滤波片切换系统之间。
[0007]优选地，在本专利技术实施例提供的上述拉曼测温激光雷达系统中，所述滤波切换模块还包括准直透镜和聚焦透镜；所述准直透镜位于所述孔径光阑和所述滤波片切换系统之间；所述聚焦透镜位于所述滤波片切换系统和所述数据采集模块之间。
[0008]优选地，在本专利技术实施例提供的上述拉曼测温激光雷达系统中，所述滤波切换模块包括用于将光路切换成第一光路或第二光路的光开关，位于所述第一光路上的所述拉曼低量子通道滤波片，位于所述第二光路上的所述拉曼高量子通道滤波片，以及用于将所述第一光路和所述第二光路的信号接收至所述数据采集模块中的光纤合束器；所述工控机，与所述光开关连接，具体用于控制所述光开关进行光路的切换。
[0009]优选地，在本专利技术实施例提供的上述拉曼测温激光雷达系统中，所述滤波切换模块还包括位于所述第一光路上的第一准直透镜和第一聚焦透镜，以及位于所述第二光路上的第二准直透镜和第二聚焦透镜；所述第一准直透镜位于所述光开关和所述拉曼低量子通道滤波片之间；所述第一聚焦透镜位于所述拉曼低量子通道滤波片和所述光纤合束器之间；所述第二准直透镜位于所述光开关和所述拉曼高量子通道滤波片之间；所述第二聚焦透镜位于所述拉曼高量子通道滤波片和所述光纤合束器之间。
[0010]优选地，在本专利技术实施例提供的上述拉曼测温激光雷达系统中，所述第一准直透镜、所述拉曼低量子通道滤波片和所述第一聚焦透镜的中心均处于同一竖直光轴上；所述第二准直透镜、所述拉曼高量子通道滤波片和所述第二聚焦透镜的中心均处于同一竖直光轴上。
[0011]优选地，在本专利技术实施例提供的上述拉曼测温激光雷达系统中，所述数据采集模块包括：光电探测器，用于对所述滤波切换模块获取的不同信号进行光电转换；数据采集板，用于通过时分复用的形式采集经光电转换后的信号，得到多组数据，并对所述多组数据进行相应的平均处理。
[0012]优选地，在本专利技术实施例提供的上述拉曼测温激光雷达系统中，所述数据采集板与所述激光器进行触发同步通讯。
[0013]优选地，在本专利技术实施例提供的上述拉曼测温激光雷达系统中，所述信号收发模块包括望远镜。
[0014]从上述技术方案可以看出，本专利技术所提供的一种基于滤波片切换的拉曼测温激光雷达系统，包括：激光器、信号收发模块、滤波切换模块、数据采集模块，以及分别与激光器、
滤波切换模块和数据采集模块连接的工控机；其中，激光器，用于发射脉冲激光，以使脉冲激光传输至大气后产生后向散射信号；信号收发模块，用于接收后向散射信号，并对后向散射信号进行聚焦后传输至滤波切换模块；滤波切换模块，用于轮流切换拉曼低量子通道滤波片和拉曼高量子通道滤波片进行滤波处理，轮流获取拉曼低量子通道信号和拉曼高量子通道信号；数据采集模块，用于通过时分复用的形式对滤波切换模块获取的信号进行数据采集，并发送至工控机；工控机，用于控制滤波切换模块进行相应滤波片的轮流切换，并对数据采集模块采集的数据进行处理，获取大气温度结果。
[0015]本专利技术提供的上述拉曼测温激光雷达系统，使用滤波切换方式，以及采用光路部分及信号采集共用的方式，轮流获取拉曼高量子通道信号及拉曼低量子通道信号，并且信号采集使用时分复用的形式，这样可以将两路测温信号的系统偏差降低最低，保证两路测温信号的精度与时间序列上的一致性，最大程度提高测量性能和测量结果的准确性。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术实施例提供的拉曼测温激光雷达系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的拉曼测温激光雷达系统的具体结构示意图之一；图3为本专利技术实施例提供的滤波片切换系统的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的拉曼测温激光雷达系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于滤波片切换的拉曼测温激光雷达系统，其特征在于，包括：激光器、信号收发模块、滤波切换模块、数据采集模块，以及分别与所述激光器、所述滤波切换模块和所述数据采集模块连接的工控机；其中，所述激光器，用于发射脉冲激光，以使所述脉冲激光传输至大气后产生后向散射信号；所述信号收发模块，用于接收所述后向散射信号，并对所述后向散射信号进行聚焦后传输至所述滤波切换模块；所述滤波切换模块，用于轮流切换拉曼低量子通道滤波片和拉曼高量子通道滤波片进行滤波处理，轮流获取拉曼低量子通道信号和拉曼高量子通道信号；所述数据采集模块，用于通过时分复用的形式对所述滤波切换模块获取的信号进行数据采集，并发送至所述工控机；所述工控机，用于控制所述滤波切换模块进行相应滤波片的轮流切换，并对所述数据采集模块采集的数据进行处理，获取大气温度结果。2.根据权利要求1所述的拉曼测温激光雷达系统，其特征在于，所述滤波切换模块包括滤波片切换系统；所述滤波片切换系统包括具有所述拉曼低量子通道滤波片和所述拉曼高量子通道滤波片的转轮结构，以及与所述转轮结构连接的滤波片切换控制器；所述工控机，与所述滤波片切换控制器连接，具体用于控制所述滤波片切换控制器进行所述转轮结构的转动。3.根据权利要求2所述的拉曼测温激光雷达系统，其特征在于，所述滤波切换模块还包括位于所述信号收发模块焦点处的孔径光阑；所述孔径光阑位于所述信号收发模块和所述滤波片切换系统之间。4.根据权利要求3所述的拉曼测温激光雷达系统，其特征在于，所述滤波切换模块还包括准直透镜和聚焦透镜；所述准直透镜位于所述孔径光阑和所述滤波片切换系统之间；所述聚焦透镜位于所述滤波片切换系统和所述数据采集模块之间。5.根据权利要求1所述的拉曼测温激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琪超，秦胜光，王希涛，
申请(专利权)人：青岛镭测创芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：