本發(fā)明涉及一種自適應控制動態(tài)范圍的激光雷達裝置，屬于大氣探測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大氣顆粒物、污染氣體和氣象參數(shù)的空間分布是大氣環(huán)境和污染預報中的重要參數(shù)。目前比較常用的手段有現(xiàn)場采樣、衛(wèi)星反演、氣球探空和激光雷達探測。激光雷達在探測精度、空間分辨率和時間分辨率上的優(yōu)勢使其在環(huán)境和氣象研究中起到越來越多的應用。目前，探測大氣中污染氣體、顆粒物和氣象參數(shù)的空間分布廓線，常常采用多波長差分吸收激光雷達、Mie散射激光雷達和拉曼激光雷達的裝置。目前激光雷達采集系統(tǒng)多采用模擬或光子計數(shù)的方式測量激光雷達回波信號，信號的大小與氣溶膠濃度及系統(tǒng)常數(shù)和增益有關(guān)。由于大氣氣溶膠的時空變化非常大，至少兩個數(shù)量級以上。因此大氣回波信號往往需要通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益來避免信號失真或者信噪比不夠的問題。目前多采用人工調(diào)整方式，或者不調(diào)整。人工調(diào)整方式會使系統(tǒng)使用成本增加，耗費人力，同時也難以避免個人評判標準不一的問題。不調(diào)整的話，會有信號失真或者信噪比不夠的問題，會導致數(shù)據(jù)質(zhì)量下降。這些均使得激光雷達運用受到巨大的限制。本發(fā)明提出方案如下：利用激光雷達回波信號大小實時控制激光雷達系統(tǒng)增益，使采集的激光雷達信號保證在一定范圍內(nèi)，有效避免信號失真或者信噪比不夠的問題，提高系統(tǒng)自動化測量的水平，具有很高的實用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種自適應控制動態(tài)范圍的激光雷達裝置，提高激光雷達環(huán)境的適應性，提高了系統(tǒng)可靠性。

本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種自適應控制動態(tài)范圍的激光雷達裝置，其特征在于：包括有發(fā)射光源、接收光學元件、光纖、準直元件，準直元件的前方光路上設(shè)置有分色鏡片，分色鏡片的各分光光路上分別設(shè)有一個濾光片和一個光電倍增管，各光電倍增管的信號輸出端連接信號采集器的信號輸入端，信號采集器的信號輸出端連接控制計算機，控制計算機與增益控制單元控制連接，增益控制單元的信號輸出端與各光電倍增管控制連接；所述發(fā)射光源發(fā)射測量波段的激光光束，大氣后向散射信號通過接收光學元件接收采集，再通過光纖導光到準直元件，然后通過分色鏡片分成兩路或者多路信號，各路信號分別經(jīng)過濾光片壓制背景光后通過光電倍增管進行光電轉(zhuǎn)換，通過信號采集器把光電倍增管的模擬電信號采集、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲于控制計算機中，再通過控制計算機對增益控制單元進行反饋控制，自動判斷信號大小實時調(diào)整系統(tǒng)增益。

所述的自適應控制動態(tài)范圍的激光雷達裝置，其特征在于：所述發(fā)射光源發(fā)射的是一個或多個波長的光。

所述的自適應控制動態(tài)范圍的激光雷達裝置，其特征在于：所述接收光學元件采用望遠鏡。

所述的自適應控制動態(tài)范圍的激光雷達裝置，其特征在于：所述發(fā)射光源的發(fā)射方向與望遠鏡光軸相互平行。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

本發(fā)明中，控制計算機根據(jù)回波信號大小通過控制增益控制單元來調(diào)整光電倍增管的增益，從而控制電信號保持在合適的范圍內(nèi)，防止信號過大失真或過小信噪比低；因此，通過信號的自適應控制有效避免由于氣溶膠含量的變化導致信號失配，提高激光雷達環(huán)境的適應性，提高了系統(tǒng)自動運行的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標示：1-發(fā)射光源；2-接收光學元件；3- 光纖；4-準直元件；5-分色鏡片；6-濾光片；7-光電倍增管；8-濾光片；9-光電倍增管；10-信號采集器；11-增益控制單元；12-控制計算機。

圖2為本發(fā)明的測量和控制流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種自適應控制動態(tài)范圍的激光雷達裝置，用于測量大氣顆粒物、大氣污染氣體和大氣參數(shù)，總體結(jié)構(gòu)可以采用采用分體式結(jié)構(gòu)、一體式或者車載移動平臺；包括有發(fā)射光源1，發(fā)射光源1發(fā)射測量波段的激光光束，大氣后向散射信號通過接收光學元件2接收采集，通過光纖3導光到準直元件4，然后通過分色鏡片5分成兩路或者多路信號，一路信號放置濾光片6壓制背景光后通過光電倍增管7進行光電轉(zhuǎn)換，其它路信號也一樣放置濾光片8壓制背景光后通過光電倍增管9進行光電轉(zhuǎn)換；通過信號采集器10把光電倍增管7、9的模擬電信號采集為數(shù)字信號存儲于控制計算機12中，通過控制計算機12對增益控制單元11進行反饋控制，自動判斷信號大小實時調(diào)整系統(tǒng)增益。

本發(fā)明核心是通過控制計算機12對增益控制單元11進行控制，自動判斷信號大小實時調(diào)整系統(tǒng)增益。具體的測量和控制過程如圖2所示，首先根據(jù)默認的增益進行第一次測量，根據(jù)測量結(jié)果進行判斷，如果激光雷達信號大小在設(shè)定的范圍內(nèi)，繼續(xù)進行下一組測量。如果測量的激光雷達信號太大，則根據(jù)大小調(diào)整通過控制計算機對增益控制單元進行控制，降低增益后進行下一組測量。如果測量的激光雷達信號太小，則根據(jù)大小調(diào)整通過控制計算機對增益控制單元進行控制，增加增益后進行下一組測量。整個測量和控制調(diào)整過程均通過控制計算機進行自動控制和測量，實現(xiàn)激光雷達控制動態(tài)范圍的自適應控制調(diào)整和信號的自動測量。