基于标准吸收池的吸收式激光雷达校准方法研究

发布时间：2021-04-14 14:49

　　吸收式激光雷达在大气环境探测领域中发挥着重要作用,其数据的准确性、复现性以及不同系统测量结果的可比性都直接影响到系统测量数据对环境治理工作的价值。基于气体分子对光波的差分吸收原理,设计了一体化吸收式激光雷达校准系统,采用与多种不同标准浓度气体对比的方法实现对雷达系统的精确校准。通过对雷达校准系统的核心部件——多程反射腔进行了仿真模拟,确定了系统中反射腔镜片的相关参数。最后利用甲烷气体对这一标定系统进行了测试。实验表明,该校准系统可以在一个大气压内实现对激光雷达的快速校准。 

【文章来源】：光学技术. 2020,46(04)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

谱线强度

图1所示为吸收式激光雷达校准系统示意图,探测光子从光纤输出端S1输出,经透镜F1、F2准直,通过气体池、反射镜组M1～M10多次反射后到达最后一面反射镜M11。对于IPDA激光雷达,其探测激光光源的功率相对较小。为获得足够的回波功率,通常选择反射率较高的硬物(甚至镜面)作为反射点。因此,在校准系统中,采用反射率较高的镜片M11作为校准系统的最后一面反射镜,用以模拟此类激光雷达的工作过程。同样,部分IPDA激光雷达具有更广阔的应用场景,可借助岩石、土壤等反射率较低的硬物进行回波反射,获取探测信号。对于此类激光雷达,通常具有相比于前者更高的探测激光功率输出。若同样采用高反射率镜面作为反射点,将损伤雷达系统内部探测系统。因此,在系统中采用漫反射面模拟回波反射点。整个过程在体积约0.3m3的封闭空间内完成,不仅大幅度缩小了校准系统体积,使系统的移动性成为可能,更可以把被测气体控制在封闭空间内,避免在校准过程中待测气体对环境的二次污染。2 校准系统的仿真与实验

基于以上所述两种应用场景和雷达类型,本文对激光雷达校准系统的核心部分——多程反射光路进行了理论设计、仿真模拟zemax结构仿真见图2,传输方式见图3和实验验证。2.1 多程反射光路的模拟仿真

【参考文献】：
期刊论文
[1]中红外差分吸收激光雷达NO2测量波长选择及探测能力模拟[J]. 徐玲,卜令兵,蔡镐泽,萨日娜,杨彬,周军.  红外与激光工程. 2018(10)
[2]Wavelet modulus maxima method for on-line wavelength location of pulsed lidar in CO2 differential absorption lidar detection[J]. Wei Gong,Chengzhi Xiang,Feiyue Mao,Xin Ma,Ailin Liang.  Photonics Research. 2016(02)
[3]差分吸收激光雷达探测二氧化硫实验研究[J]. 林金明,曹开法,胡顺星,黄见,苑克娥,时东锋,邵石生,徐之海.  红外与激光工程. 2015(03)



本文编号：3137511