一種基于望遠鏡陣列的大氣遙感激光雷達光學接收裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及激光雷達，特別是一種基于望遠鏡陣列的大氣遙感激光雷達光學 接收裝置。
【背景技術】
[0002] 大氣遙感激光雷達技術是一種主動式的實時探測技術，其基本原理是向目標大氣 發射一束高質量的激光，利用望遠鏡等裝置接收多種粒子后向散射的回波信號，通過光學 元件和電子器件對回波信號進行分析對比，最終反演出大氣中粒子的種類，濃度，運動狀態 和溫度等有用信息。激光雷達技術的主要難點在于回波信號的強度太弱，使得其對激光器 脈沖能量，望遠鏡接收面積，光學元件和電子器件等都有很高的要求，進而導致激光雷達系 統成本很高。如果要在現有的激光雷達基礎上進一步增加回波信號的強度或者擴大有效探 測范圍，常采用的方法有：加大激光器脈沖能量；使用口徑更大的望遠鏡；應用性能更加優 良的光電探測器等。鑒于一般激光雷達采用的都是高脈沖能量的激光器，如果想在已有激 光器條件下繼續增加脈沖能量，并且保證發射激光的脈寬、Jitter時間等參數都符合激光 雷達的要求，其成本會急劇上升，而且高能量激光帶來的危險系數也隨之加大。激光雷達系 統采用的光電探測器性能都非常優越，暫時很難有較大的突破。因此，增加接收面積成為繼 續提高激光雷達性能最直接，也是最簡便的方法。但是大口徑望遠鏡的加工難度遠遠高于 小口徑望遠鏡，故其價格是小口徑望遠鏡的數倍甚至數十倍，而且大口徑望遠鏡的尺寸也 存在上限。
【發明內容】
[0003] 本實用新型的目的是克服激光雷達中單個望遠鏡接收面積小的困難，提出一種基 于望遠鏡陣列的激光雷達光學接收裝置，通過多個相同望遠鏡陣列的方式加大激光雷達系 統的接收面積。
[0004] 為了解決上述問題，本實用新型采用的技術方案如下：
[0005] 本實用新型基于望遠鏡陣列的大氣遙感激光雷達，包括激光器、望遠鏡陣列、視場 光闌、準直透鏡、反射棱鏡、后續光路處理模塊、光電探測器；望遠鏡陣列中各望遠鏡相對于 激光器發射出的激光旋轉對稱分布，各望遠鏡的光軸與出射激光光軸互相平行且等距，使 得重疊因子相同。
[0006] 激光器發射的激光入射到某一目標區域大氣，由該區域中粒子后向散射生成的回 波信號被望遠鏡陣列中各望遠鏡同時接收，形成多個相對于發射激光旋轉對稱分布的接收 光路；每個光路被各自光路上的視場光闌濾除視場外的背景光，經準直透鏡后變為平行光， 再由同一個反射棱鏡將上述所有光路中方向不同的平行光轉折匯聚為方向相同的反射光， 通過后續光路處理模塊進行濾波、再匯聚，最后被光電探測器同時接收。
[0007] 所述的望遠鏡陣列可以由兩個望遠鏡組成，稱為雙望遠鏡陣，同理還可以根據探 測需要設置三望遠鏡陣列、四望遠鏡陣列甚至多望遠鏡陣列。
[0008] 所述的望遠鏡陣列包括η個望遠鏡，η多2 ;若η = 2時，對應的反射棱鏡是等腰直 角棱鏡；若η多3時，對應的反射棱鏡要求是底面為正η邊形的等腰棱錐，底邊D和腰H之 間需要滿足
[0010] 進一步地，所述的反射棱鏡的反射面均鍍增反膜。
[0011] 本實用新型的有益效果：
[0012] 本實用新型用望遠鏡陣列代替傳統激光雷達中的單個望遠鏡，利用旋轉對稱分布 的接收光路，結合與望遠鏡對應的反射棱鏡，保持各個望遠鏡出射的回波信號到光電探測 器的光程相同，同一大氣區域回波信號被同步探測，使得望遠鏡陣列等價于單個更大口徑 的望遠鏡，從而以一種較低成本的方式加大激光雷達系統的接收面積，增加激光雷達系統 的回波信號強度和有效探測范圍。
【附圖說明】
[0013] 圖1是基于雙望遠鏡陣列的激光雷達系統示意圖；
[0014] 圖2是基于雙望遠鏡陣列激光雷達系統俯視圖；
[0015] 圖3是適用于雙望遠鏡陣列激光雷達系統中的反射棱鏡示意圖；
[0016] 圖4是基于三望遠鏡陣列的激光雷達系統俯視圖；
[0017] 圖5是適用于三望遠鏡陣列激光雷達系統中的反射棱鏡示意圖；
[0018] 圖6是基于四望遠鏡陣列的激光雷達系統俯視圖；
[0019] 圖7是基于多望遠鏡陣列的激光雷達系統俯視圖；
[0020]圖8是適用于四望遠鏡陣列激光雷達系統中的反射棱鏡示意圖。
[0021] 其中1為激光器，2為望遠鏡，3為望遠鏡副鏡，4為視場光闌，5為準直透鏡，6為反 射棱鏡，7為后續光路處理模塊，8為光電探測器，9為發射激光光束。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合具體實施例對本實用新型做進一步的分析。
[0023] 基本的激光雷達方程是
[0025] 式中P (r)表示回波信號強度，C表示系統常數，包括發射激光的能量，系統的透過 率等，Y(r)是發射激光與望遠鏡視場的重疊因子，β (r)表示后向散射系數，T2 (r)指大氣 消光系數，A是望遠鏡的有效接收面積。從上式可以看出，回波信號強度與接收面積成正比， 通過增加接收面積來加大有效探測距離是很多激光雷達系統的優先選擇。
[0026] 圖1表示了雙望遠鏡陣列作為接收器件的大氣遙感激光雷達系統示意圖。圖中激 光器1向目標大氣中發射一束高質量的激光，經過大氣中多種粒子的消光、散射、吸收等作 用之后，后向散射回波信號分別由兩個望遠鏡2同時接收，并經望遠鏡副鏡3反射的回波信 號被視場光闌4濾除視場之外的背景光，經準直透鏡5后變為平行光，再由反射棱鏡6將來 自兩個望遠鏡2的方向相反的回波信號變為方向相同的反射光，通過后續處理光路7進行 濾波，匯聚，最后被光電探測器8記錄。由式（2)得到雙望遠鏡陣列的激光雷達方程為
[0028] 為了達到增加接收面積的目的，需要將兩個望遠鏡等價于一個更大口徑的望遠 鏡，要求滿足的條件有
[0029] Y1 (r) = Y2 (r), (4)
[0030] 同時還要求來自不同望遠鏡的、經過同一區域大氣后向散射的兩束回波信號同時 到達光電探測器，則式（3)變為
[0032] 在雙望遠鏡陣列的基礎上，還可以衍生出三望遠鏡陣列、四望遠鏡陣列等多望遠 鏡陣列激光雷達系統，如圖4、圖6和圖7所示，需