激光雷达探测及技术研究室
 
车载式Raman-Mie散射激光雷达
 
一、简介
     中科院安徽光学精密机械研究所大气光学中心,于2004年研制成功了国内第一台集大气水平能见度、对流层大气气溶胶消光系数和水汽混合比垂直分布测量于一体的车载式Raman-Mie米散射激光雷达(简称RML激光雷达).该激光雷达在技术上国内领先,其配置和总体性能达到了国际上同类激光雷达的先进水平。
     对流层水汽的分布特点:
     虽然大气中的水汽含量很少,占整个空气的体积比约为0.1~3%,但它却是大气中时空变化最活跃的成分,随温度、气压的不同有着显著变化:
     首先,水汽主要分布在对流层底部,并随着高度的增加而减小,特别是在近地面层减小的速率非常剧烈;
     第二,水汽的垂直分布往往随时间的变化较快,天与天的分布也不一样;
     第三,由于水汽的含量很少,加上它的Raman散射截面较之Mie散射截面小得多,所以水汽分子的后向散射回波信号很弱。
     RML激光雷达系统的研制,成功地解决了一系列的关键技术,主要包括大气气溶胶探测和水汽探测的双重功能,大气气溶胶水平探测与垂直探测的双重功能、水汽和氮气分子Raman后向散射微弱信号的探测、大气后向散射回波信号变化的大动态范围和白天探测时天空背景光的抑制等;
激光雷达探测大气气溶胶消光系数的高度范围在夜晚是地面至15km,在白天是地面至10km ;水汽混合比的探测高度范围在夜晚是地面至8km,在白天的傍晚或清晨时刻是地面至3km;RML激光雷达与其它仪器进行了大气水平能见度、大气气溶胶消光系数和水汽混合比垂直分布的对比探测。二者的一致性表明该激光雷达测量资料的可比性和可靠性。同时对该激光雷达的测量误差进行了分析,其结果表明大气水平能见度的测量误差小于20%;大气气溶胶消光系数在10km以下的探测误差为20%,10km以上为30%;水汽混合比在3km高度以下的探测误差小于20%,3km-7km小于30%,7km以上在50%左右。
 
 
一、主要性能技术指标
发射激光波长 532nm(探测水平能见度和气溶胶消光系数垂直廓线)
355nm(探测水汽混合比垂直廓线)
有效探测距离 气溶胶消光系数(夜晚,近地面至15km高度;白天,近地面至10km高度)
水汽混合比(夜晚,近地面至8km高度;白天,近地面至3km高度)
距离分辨率
30m
 二、主要技术参数
激光波长/nm
532
355
能量/mJ
150
300
脉冲重复频率/Hz
20
20
发散角/mrad
<0.45
接收望远镜/mm
406.4
接收视场/mrad
0.3~3
滤光片带宽/nm
0.32(532nm)
4(407.8)
4(386.6)
数据采集器
A/D采集卡
光子计数卡
四、典型探测结果
车载式Raman-Mie散射激光雷达照片
 
与偏振-米散射激光雷达对比
 
RML激光雷达白天测量对流层气溶胶结果
 
RML激光雷达与美国Belfort能见度仪测量的能见度结果比较
RML激光雷达测量的白天水汽混合比垂直廓线
 
四季水汽混合比廓线
 
合肥地区RML探测水汽混合比廓线与L625和无线电探空仪对比