本發(fā)明涉及基于偏振探測的云粒子探測系統(tǒng)及方法，具體涉及基于連續(xù)光半導(dǎo)體激光器、散射多角度接收、偏振探測的云粒子探測系統(tǒng)及方法，屬于云粒子探測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

云中小冰晶粒徑譜信息在云輻射學(xué)和云物理科學(xué)研究中具有重要地位。ipcc第五次評估報(bào)告中指出云在輻射強(qiáng)迫和氣候變化中的作用還存在很大的不確定性，不確定性的一個(gè)重要來源是冷云輻射導(dǎo)致的。冷云輻射特性不僅取決于冰水含量，還取決于其形狀和尺度譜分布信息，為深入認(rèn)識其輻射傳輸特性，云中的冰晶信息是必不可少的物理參量，特別是對在云中占多數(shù)的小于50μm的冰晶粒子的認(rèn)識尤為重要。在云物理學(xué)研究中，冷云也是人工影響天氣的主要對象，在降水的形成過程中扮演著重要角色。小冰晶在對流云冰晶形成過程中扮演重要的角色。云中冰晶無論是在冷云靜力催化還是在積云動力催化過程中，都直接影響著降水的形成?，F(xiàn)代化云粒子探測技術(shù)促使人們對云物理過程有了進(jìn)一步認(rèn)識。但對小冰晶(過冷水)到降水的微物理這一過程的認(rèn)識并不十分清晰。對這一過程的模型研究需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐和驗(yàn)證。使用地面云室可以在寬時(shí)間尺度內(nèi)(幾個(gè)小時(shí))研究冰核的發(fā)展和變化，但現(xiàn)代觀測要求時(shí)間尺度在分鐘量級，云室模擬無法完成，而且，云室環(huán)境與自然環(huán)境不可避免的存在一定的區(qū)別。機(jī)載云粒子觀測是云物理研究的另一重要手段，從四十年代首次進(jìn)行機(jī)載收集冰晶試驗(yàn)至今，機(jī)載觀測加深了人們對云物理科學(xué)的理解。但至今沒有相關(guān)的機(jī)載儀器，能夠觀測記錄到冷云中冰晶的發(fā)生、發(fā)展過程，導(dǎo)致人們在冷云中降水形成過程的理解上仍有很大的困難。如果能夠觀測到云中冰晶早期的形成過程，將突破我們對混合云中冰晶形成過程的認(rèn)識，利于深入了解云內(nèi)的微物理變化過程和機(jī)制。總之，冷云中冰晶信息對云輻射和云物理研究十分重要，但由于缺乏相應(yīng)的機(jī)載探測儀器，開展冷云中小冰晶探測原理和方法方面的研究十分有必要，可再此基礎(chǔ)上建立機(jī)載小冰晶探測器，實(shí)現(xiàn)冷云中小冰晶的有效探測，解決目前對冰晶在云輻射和云物理認(rèn)識的難題。

目前應(yīng)用最廣泛的云微物理特性觀測機(jī)載儀器主要是基于單粒子散射技術(shù)和成像技術(shù)。其中50μm以內(nèi)的云粒子主要使用散射法進(jìn)行測量，該方法收集云粒子在一定空間立體角內(nèi)的散射光能量，根據(jù)定標(biāo)結(jié)果與球形粒子米散射原理計(jì)算云粒子的光學(xué)等效粒徑。該方法基于球形粒子的米散射原理，僅僅探測散射能量信息，不具有液態(tài)水與冰晶的區(qū)分能力，對冰晶測量時(shí)產(chǎn)生很大的誤差?；诔上窦夹g(shù)的二維粒子探頭使用線陣探測器獲取每個(gè)粒子經(jīng)過激光光束時(shí)的投影，考慮到探測器空間分辨率和ad轉(zhuǎn)化帶來的誤差，該儀器探測云粒子的尺度下限為100μm，也無法實(shí)現(xiàn)小尺寸冰晶觀測。baumgardner2001年報(bào)道了改進(jìn)的散射式云粒子探測器，系統(tǒng)在接收云粒子前向散射的同時(shí)接收后向散射，根據(jù)前向散射和后向散射的比值判斷云粒子的相態(tài)，但由于云粒子米散射的振蕩性，導(dǎo)致前后向比值振蕩，影響粒子相態(tài)判斷的準(zhǔn)確性。lawson2001年報(bào)道了一種高分辨率云粒子成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用脈沖為20ns的激光器照射云粒子，使用ccd記錄云粒子成像，該系統(tǒng)測量的下限為25μm，并且ccd曝光速度為40hz，遠(yuǎn)不足以記錄云中小冰晶的分布。fugal2004年建立了用于在線云粒子測量的全息成像系統(tǒng)，由于ccd響應(yīng)速度限制以及干涉過程中光場虛部引起的噪聲以及復(fù)雜的全息成像算法，使該系統(tǒng)在云粒子數(shù)濃度較大時(shí)產(chǎn)生很大的測量誤差。hirst2001年報(bào)道了基于散射條紋的小冰晶探測器(sid：smallicedetector)，冰晶的散射條紋與云滴艾利條紋形狀相差很大，據(jù)此來判斷云粒子的相態(tài)，第一代sid使用6個(gè)探測器組成的線陣列，角分辨能力有限。cotton2010年報(bào)道了第二代冰晶探測器sid-2使用定制的同心圓分布的相函數(shù)探測器(32個(gè)探測器)，探測器的靈敏度也有了很大的提高，但當(dāng)云粒子濃度超過20個(gè)/cm³時(shí)，sid-2不能分辨出單個(gè)粒子。第三代sid-3使用高分辨相機(jī)，對條紋進(jìn)行二維成像得到高的角的分辨率，但由于相機(jī)的處理的速度較慢，當(dāng)冰晶粒子濃度較大時(shí)，出現(xiàn)粒子簡并現(xiàn)象，實(shí)測粒子數(shù)小于實(shí)際粒子書。由于基于形狀檢測的相態(tài)區(qū)分方法會受到粒子簡并現(xiàn)象的限制，近年來科學(xué)家們又轉(zhuǎn)而研究利用偏振技術(shù)來區(qū)分粒子相態(tài)。

綜合國內(nèi)外云粒子探測器發(fā)展情況，目前出現(xiàn)的小冰晶探測技術(shù)主要有散射比測量、全息成像、散射條紋成像三種。散射比測量方法受米散射相函數(shù)振蕩的限制，而成像技術(shù)由于成像探測器響應(yīng)等原因，在冰晶粒子較多時(shí)會產(chǎn)生簡并現(xiàn)象，基于偏振探測的小冰晶探測則鮮有研究。因此，冰云或者混合相態(tài)云中小冰晶(小于50μm)的探測，仍是一個(gè)沒有解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供基于偏振探測的云粒子探測系統(tǒng)及方法，利用云粒子對激光的退偏振區(qū)分粒子相態(tài)，建立基于偏振探測的云粒子探測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)云滴與冰晶的分相態(tài)定量探測。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

基于偏振探測的云粒子探測系統(tǒng)，包括產(chǎn)生偏振光的激光發(fā)射光學(xué)單元、前向散射探測單元、后向散射探測單元、四通道采集卡以及數(shù)據(jù)處理單元；其中，激光發(fā)射光學(xué)單元包括激光器、偏振片、半波片和第一全反鏡；前向散射探測單元包括密封在第一玻璃容器內(nèi)部的第二全反鏡、激光能量監(jiān)視器、前向散射光收集透鏡、窄帶濾光片、第三全反鏡、第一會聚透鏡、分束棱鏡、第一光電探測器、小孔光闌和第二光電探測器，第一玻璃容器包括第一窗口玻璃；后向散射探測單元包括密封在第二玻璃容器內(nèi)部的第一后向散射光收集透鏡、第二會聚透鏡、第二后向散射光收集透鏡、偏振分束棱鏡、第三會聚透鏡、平行偏振探測器、第四會聚透鏡、垂直偏振探測器，第二玻璃容器包括第二窗口玻璃；

所述激光器發(fā)射的激光依次通過偏振片、半波片到達(dá)第一全反鏡，第一全反鏡將激光反射到第一窗口玻璃和第二窗口玻璃的中心位置，并產(chǎn)生前向散射光和后向散射光；

所述前向散射光通過第一窗口玻璃后，一部分經(jīng)第二全反鏡傳輸至激光能量監(jiān)視器進(jìn)行能量監(jiān)視，另一部分由前向散射光收集透鏡收集，并經(jīng)窄帶濾光片后由第三全反鏡引入第一會聚透鏡進(jìn)行會聚，會聚的散射光由分束棱鏡分為3:1，其中，25％進(jìn)入第一光電探測器，75％經(jīng)小孔光闌進(jìn)入第二光電探測器；

所述后向散射光通過第二窗口玻璃后，由第一后向散射光收集透鏡收集，經(jīng)第二會聚透鏡和第二后向散射光收集透鏡構(gòu)成的望遠(yuǎn)鏡后，由偏振分束棱鏡分為平行偏振光和垂直偏振光，平行偏振光經(jīng)第三會聚透鏡后由平行偏振探測器進(jìn)行探測，垂直偏振光經(jīng)第四會聚透鏡后由垂直偏振探測器進(jìn)行探測；

所述第一光電探測器、第二光電探測器、平行偏振探測器、垂直偏振探測器分別與四通道采集卡連接，四通道采集卡與數(shù)據(jù)處理單元連接。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一窗口玻璃、第二窗口玻璃均為石英平板。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述激光器波長為660nm，輸出功率為120mw。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述前向散射光收集透鏡所成的接收立體角為4-14°，第一后向散射光收集透鏡所成的接收立體角為146-176°。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述窄帶濾光片的中心透過波長為660nm，帶寬為10nm，帶寬內(nèi)透過率為90％。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一全反鏡、第二全反鏡和第三全反鏡均為660nm的45°全反。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述小孔光闌的尺寸為200μm*200μm。

基于偏振探測的云粒子探測方法，包括如下步驟：

步驟1，激光器輸出激光，依次經(jīng)過偏振片、半波片到達(dá)第一全反鏡，第一全反鏡將激光反射到測量區(qū)域即第一窗口玻璃和第二窗口玻璃的中心位置，產(chǎn)生前向散射光和后向散射光；

步驟2，前向散射光通過第一窗口玻璃后，一部分由第二全反鏡傳輸至激光能量監(jiān)視器進(jìn)行能量監(jiān)視，另一部分由前向散射光收集透鏡收集，并經(jīng)窄帶濾光片后由第三全反鏡引入第一會聚透鏡進(jìn)行會聚，會聚的散射光由分束棱鏡分為3:1，其中，25％進(jìn)入第一光電探測器，75％經(jīng)小孔光闌進(jìn)入第二光電探測器；

步驟3，后向散射光通過第二窗口玻璃后，由第一后向散射光收集透鏡收集，經(jīng)第二會聚透鏡和第二后向散射光收集透鏡構(gòu)成的望遠(yuǎn)鏡后，由偏振分束棱鏡分為平行偏振光和垂直偏振光，平行偏振光經(jīng)第三會聚透鏡后由平行偏振探測器進(jìn)行探測，垂直偏振光經(jīng)第四會聚透鏡后由垂直偏振探測器進(jìn)行探測；

步驟4，利用四通道采集卡采集各個(gè)探測器探測得到的電信號，并判斷第二光電探測器是否探測到電信號，是則進(jìn)入步驟5，否則，返回步驟1；

步驟5，根據(jù)平行偏振探測器和垂直偏振探測器的探測結(jié)果計(jì)算云粒子的退偏，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行對比，若大于等于預(yù)設(shè)閾值，則判斷為冰晶，并將冰晶個(gè)數(shù)加一，若小于預(yù)設(shè)閾值，則判斷為液態(tài)水，并將云滴個(gè)數(shù)加一。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明利用粒子的退偏確定粒子相態(tài)，和傳統(tǒng)的云粒子探測器相比加入了偏振的因素，建立的云粒子探測系統(tǒng)具有云滴和冰晶的區(qū)分能力，并且現(xiàn)代激光技術(shù)和探測技術(shù)為本發(fā)明提供了可行性，目前偏振激光器的偏振純凈度可以達(dá)到100:1，偏振分束鏡的隔離度可以達(dá)到1000:1，都為偏振探測提供便利。

2、本發(fā)明綜合利用實(shí)測前向散射和退偏結(jié)果，得到云滴和冰晶的粒徑譜分布，從而得到云中固態(tài)水含量和液態(tài)水含量，實(shí)現(xiàn)云滴與冰晶的分相態(tài)定量探測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于偏振探測的云粒子探測系統(tǒng)的光路示意圖。

圖2是本發(fā)明基于偏振探測的云粒子探測方法的流程圖。

圖3是現(xiàn)有的前向散射機(jī)載云粒子探測器對液滴的響應(yīng)曲線。

圖4是粒子等效半徑為0.5微米，橫縱比為2的非球形粒子和球形粒子的退偏與散射角的關(guān)系。

圖5是粒子等效半徑為0.5微米時(shí)，在后向散射方向不同形狀粒子退偏與其橫縱比的關(guān)系。

其中，1-激光器、2-偏振片、3-半波片、4-第一全反鏡、5-第一窗口玻璃、6-第二全反鏡、7-激光能量監(jiān)視器、8-前向散射光收集透鏡、9-窄帶濾光片、10-第三全反鏡、11-第一會聚透鏡、12-分束棱鏡、13-第一光電探測器、14-小孔光闌、15-第二光電探測器、16-第二窗口玻璃、17-第一后向散射光收集透鏡、18-第二會聚透鏡、19-第二后向散射光收集透鏡、20-偏振分束棱鏡、21-第三會聚透鏡、22-平行偏振探測器、23-第四會聚透鏡、24-垂直偏振探測器。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明基于偏振探測的云粒子探測系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)云滴與冰晶的分相態(tài)定量探測，該系統(tǒng)包括產(chǎn)生偏振光的激光發(fā)射光學(xué)單元、前向散射探測單元、后向散射探測單元、四通道采集卡以及數(shù)據(jù)處理單元，如圖1、圖2所示，其中，四通道采集卡和數(shù)據(jù)處理單元圖中未畫出。

激光發(fā)射光學(xué)單元包括：一臺光電二極管高功率激光器1、偏振片2、半波片3和第一全反鏡4。

前向散射探測單元包括：第一窗口玻璃5、第二全反鏡6、激光能量監(jiān)視器7、前向散射光收集透鏡8、窄帶濾光片9、第三全反鏡10、第一會聚透鏡11、分束棱鏡12、第一光電探測器13、小孔光闌14和第二光電探測器15。

后向散射探測單元包括：第二窗口玻璃16、第一后向散射光收集透鏡17、第二會聚透鏡18、第二后向散射光收集透鏡19、偏振分束棱鏡20、第三會聚透鏡21、平行偏振探測器22、第四會聚透鏡23、垂直偏振探測器24。

光電二極管高功率激光器1發(fā)射的激光，通過旋轉(zhuǎn)偏振片2使透振方向平行于激光的偏振方向，可以壓縮激光的垂直分量，得到更為純凈的偏振光，減少背景噪聲；半波片3用于旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，使發(fā)射激光與后續(xù)的偏振分束棱鏡20相匹配，從而發(fā)射激光能順利通過偏振分束棱鏡20發(fā)出，并且后向散射光能經(jīng)過偏振分束棱鏡20進(jìn)入各自的探測器平行偏振探測器22和垂直偏振探測器24，第一全反鏡4將激光反射至測量區(qū)域中間即第一窗口玻璃5、第二窗口玻璃16之間中心位置。

通過第一窗口玻璃5后的前向散射光4-14°由前向散射光收集透鏡8收集，0-4°的前向散射光經(jīng)第二全反鏡6傳輸至激光能量監(jiān)視器7進(jìn)行能量監(jiān)視，收集的前向散射光經(jīng)窄帶濾光片9后由第三全反鏡10引入第一會聚透鏡11，會聚的散射光由能量分束棱鏡12分為3:1，25％的前向散射光進(jìn)入探測通道光電探測器13結(jié)合標(biāo)定時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)曲線得出粒子的尺寸，系統(tǒng)響應(yīng)曲線通過以下方法獲得：選用不同尺寸的標(biāo)準(zhǔn)玻璃球粒子，將相同尺寸的玻璃球粒子送入探測系統(tǒng)，每次送入多個(gè)玻璃球粒子，測量通道光電探測器用于確定該尺寸粒子的響應(yīng)幅度，根據(jù)該響應(yīng)幅度，按照米散射轉(zhuǎn)化到系統(tǒng)對水的響應(yīng)幅度，該部分內(nèi)容通用于現(xiàn)有的前向散射云粒子探測器。

75％的前向散射光經(jīng)小孔光闌14進(jìn)入質(zhì)量控制通道光電探測器15用以區(qū)分云粒子的位置來決定該粒子是否被記錄，當(dāng)粒子從測量區(qū)域的中心位置通過時(shí)，此時(shí)光被聚焦的很小，能夠順利通過小孔，隨著粒子進(jìn)入光路的位置偏離中心位置，成像變大，導(dǎo)致部分光被小孔光闌擋住，偏離中心位置處越多，被擋住的光也就越多，導(dǎo)致質(zhì)量控制通道光電探測器15和探測通道光電探測器13的輸出變?yōu)?:1，此時(shí)粒子經(jīng)過的路徑為測量敏感區(qū)域的最邊緣。

通過第二窗口玻璃16的后向散射光146-176°由第一后向散射光收集透鏡17收集，經(jīng)第二會聚透鏡18和第二后向散射光收集透鏡19構(gòu)成的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后由偏振分束棱鏡20將平行偏振和垂直偏振分開，分別經(jīng)第三會聚透鏡21和第四會聚透鏡23會聚后由平行偏振探測器22和垂直偏振探測器24進(jìn)行探測，分別獲得平行偏振分量i//和垂直偏振分量i⊥，通過公式計(jì)算出退偏，其中，和分別為無粒子條件下平行偏振和垂直偏振的背景值。

通過t-矩陣法、有限差分時(shí)域法和幾何光學(xué)算法等方法研究非球形粒子的散射特性，t-矩陣法通過以下方法計(jì)算：入射光束和散射光束的stokes矢量通過一個(gè)4*4的穆勒矩陣f相聯(lián)系，對于每一個(gè)散射角θ，有如下關(guān)系式：

其中，iin、qin、uin和vin分別為入射光的4個(gè)stokes參數(shù)；isc、qsc、usc和vsc分別為散射光的4個(gè)stokes參數(shù)；λ為波長；d為粒子到探測器的距離。

這里用4個(gè)stokes參數(shù)i、q、u、v來描述一束光的偏振態(tài)，其定義如下：

式中，和表示電場在x和y方向上的振幅，δx(t)和δy(t)表示該方向上的位相。

上述四個(gè)參量作為元素的列矩陣代表一個(gè)四維參量，稱為斯托克斯stokes矢量。[iquv]^t此組參量可以表示包括偏振度在內(nèi)的任意偏振光的狀態(tài)。i、q、u、v都具有光強(qiáng)度的量綱。i-表示總光強(qiáng)度；q-表示x軸方向直線偏振光分量；u-表示45°方向直線偏振光分量；v-表示右旋圓偏振光分量。

與上述偏振光狀態(tài)正交的垂直直線偏振光、-45°直線偏振光及左旋圓偏振光，則用q、u、v的負(fù)值表示。

當(dāng)激光偏振方向平行于散射截面時(shí)，散射光的平行分量和垂直分量可以寫為：

當(dāng)激光偏振方向垂直于散射截面時(shí)，散射光的平行分量和垂直分量可以寫為：

平行偏振入射光的stokes參量：qin＝iin，uin＝vin＝0；

垂直偏振入射光的stokes參量：qin＝-iin，uin＝vin＝0；

則通過穆勒矩陣和入射光的stokes參量相乘可以得到散射光的stokes參量：

平行偏振入射光的散射光的stokes參量表示為：

垂直偏振入射光的散射光的stokes參量表示為：

波數(shù)k和波長λ之間可以通過公式進(jìn)行換算，對于任意粒子方向都有f21＝f12。

平行偏振入射光的散射光的線性退偏比可以寫為：

垂直偏振入射光的散射光的線性退偏比可以寫為：

通過上述方法對不同形狀、不同尺寸的粒子進(jìn)行計(jì)算，得出其退偏，對于不同粒子模型建立偏振特性數(shù)據(jù)庫。

圖4給出了通過t-矩陣方法計(jì)算的粒子等效半徑為0.5微米，橫縱比為2的非球形粒子和球形粒子退偏與散射角的關(guān)系。其中球形粒子的退偏比較橢球形粒子以及圓柱形粒子的退偏比小了10個(gè)數(shù)量級。對這三種粒子后向散射角146°-176°的退偏求平均，得出該種橢球形粒子的退偏為0.227，該種圓柱形粒子的退偏為0.207，等效半徑為0.5微米的球形粒子的退偏為2.51*10^-11，幾乎接近于0，可以得出一個(gè)閾值來區(qū)分球形粒子和非球形粒子，考慮多種尺寸與形狀的退偏不同，并且為了減少判斷本發(fā)明使用退偏比0.01為閾值，小于該閾值為液態(tài)球形粒子，大于等于該閾值為固態(tài)粒子。

圖5給出了通過t-矩陣方法計(jì)算的粒子等效半徑為0.5微米時(shí)，在后向散射方向不同形狀粒子退偏與其橫縱比的關(guān)系，可以看出橢球粒子的形狀在向球形粒子逼近時(shí)，退偏值也在向0逼近，但由于我們接收的立體角范圍較大，也能保證固態(tài)與液態(tài)的區(qū)別。

系統(tǒng)對每個(gè)云粒子的散射信號信息采集，將后向散射模塊得到的退偏與退偏閾值進(jìn)行比較，當(dāng)大于等于退偏閾值時(shí)為非球形粒子，即冰晶粒子；當(dāng)小于閾值時(shí)，可判斷為液態(tài)。

系統(tǒng)在兩個(gè)方向上接收云粒子的散射，分別收集前向散射和后向散射，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過采樣率為60m/s的四通道a/d采集卡根據(jù)采集信號，可以推斷待測粒子的尺寸和相態(tài)。

基于偏振探測的云粒子探測系統(tǒng)光路，包括以下步驟：

1)光電二極管高功率激光器輸出激光，輸出功率為120mw，光斑大小為0.5mm；

2)轉(zhuǎn)動偏振片獲得與偏振分束鏡相同純凈的偏振光；

3)使用45°第一全反鏡將激光反射到測量敏感區(qū)域(第一窗口玻璃與第二窗口玻璃之間中心位置處)；

4)系統(tǒng)的敏感區(qū)域由景深限制小孔確定。將200μm*200μm小孔放在敏感區(qū)域中間位置，并將質(zhì)量控制通道和測量通道兩個(gè)通道的探測器鏈接在示波器上，用來顯示其電壓值。采用三維調(diào)整平臺，將小孔微調(diào)至兩個(gè)通道的電壓都最大的位置，由于分光棱鏡將會聚后的信號分為3:1兩部分，透3反1，所以質(zhì)量控制通道信號的變化大于探測通道信號的變化，此時(shí)兩通道的比值最大為3:1，分別記錄此時(shí)兩通道的電壓值，直到質(zhì)量控制通道和探測通道的比值小于0.5為止。同樣，類似的方法可以用于測量照射激光光束的有效寬度，進(jìn)而確定系統(tǒng)的采樣面積；

5)通過測量敏感區(qū)域后的激光直射光由45°第二全反鏡反射至激光能量監(jiān)視器進(jìn)行監(jiān)視；

6)前向散射接收器件通過窗口玻璃與外界空氣隔離；

7)前向散射透鏡收集14°以內(nèi)的散射光信號；

8)利用窄帶濾光片抑制收集的雜散光，增加信噪比；

9)使用全反鏡將前向散射光全反；

10)前向散射光由會聚透鏡進(jìn)行會聚；

11)分束棱鏡將聚焦后的前向散射光分為3:1兩部分，分光棱鏡透3反1；

12)分束棱鏡反射部分對應(yīng)質(zhì)量控制通道，探測器前面放一小孔用于質(zhì)量控制，透射部分直接由光電探測器探測。

13)后向散射部分光學(xué)元件通過窗口玻璃與外界大氣隔離；

14)會聚透鏡將后向散射光進(jìn)行會聚；

15)一組望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)進(jìn)一步將后向散射光進(jìn)行會聚；

16)偏振分束棱鏡將聚焦后的后向散射光分為平行偏振光和垂直偏振光；

17)平行偏振光和垂直偏振光經(jīng)會聚透鏡會聚后分別由平行偏振探測通道和垂直偏振探測通道進(jìn)行探測；

18)根據(jù)測量通道得到的結(jié)果，結(jié)合已研制的前向散射云粒子探測器對液滴的響應(yīng)曲線(如圖3所示)，查詢出云粒子的尺度；

19)根據(jù)公式結(jié)合平行偏振通道和垂直偏振通道的探測結(jié)果計(jì)算粒子的退偏，與0.01的閾值進(jìn)行對比，若大于等于該閾值，則定為冰晶，并在冰晶個(gè)數(shù)上加一，若小于該閾值，判斷為液態(tài)水，并在云滴個(gè)數(shù)上加一；

20)對每一個(gè)粒子散射信號進(jìn)行上述處理，則可以得到單位時(shí)間內(nèi)的不同相態(tài)粒子個(gè)數(shù)，考慮系統(tǒng)的測量敏感面積和飛機(jī)飛行速度，則可以得到云滴和冰晶的粒徑譜分布，進(jìn)而可以得到云中固態(tài)水含量和液態(tài)水含量。

以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。