激光雷達介紹

工作在紅外和可見光波段的，以激光為工作光束的雷達稱為激光雷達。它由激光發射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。激光雷達的作用是能精確測量目標位置（距離和角度）、運動狀態（速度、振動和姿態）和形狀，探測、識別、分辨和跟蹤目標。激光雷達采用脈沖或連續波2種工作方式，探測方法按照探測的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等激光雷達。

大氣激光雷達介紹

大氣激光雷達顧名思義就是通過使用激光雷達來實現對大氣的探測。國外通過激光雷達對大氣進行檢測開展的比較早，目前已建有多個激光雷達觀測站，其中包括意大利那不勒斯觀測站、美國激光雷達觀測站、印度尼西亞斯馬特拉島觀測站等。其中，美國對空基激光雷達在大氣檢測方面的應用較為成熟，1994 年9 月，美國利用“發現號”航天飛機搭載激光雷達發射成功，完成了世界上第一次激光雷達空間技術實驗（Lidar Inspace Technology Experience，LITE）；又于2000年后發射了五顆搭載激光雷達儀器的衛星，為地球科學提供了大量的相關數據。俄羅斯研制了一種遠距離地面的激光雷達毒氣報警系統，這一系統是通過對氣溶膠的特性研究獲得的，通過對化學毒劑的實時探測，從而確定毒劑氣溶膠云的離地高度、中心厚度以及斜距離等相關參數，從而為人們提供預警。此外，德國也研制出了一種可發出40 個不同頻率激光的連續波CO2 激光雷達，可識別和探測9~11 μm 波段光譜能量的化學戰劑，可為大氣環境的檢測提供有效的數據。與此同時，國內對激光雷達的應用和研究也在迅猛發展，20 世紀六七十年代，中國科學院大氣物理所在周秀驥院士、呂達仁院士、趙燕曾研究員等主持下成功研制出了我國第一臺米散射激光雷達，同時開展了有關云和氣溶膠特性的探測工作。隨著激光雷達在大氣檢測方面應用的不斷發展，目前我國已經建立了 12個沙塵暴長期觀測站。隨著應用的不斷擴大，國內已有許多單位開始運用激光雷達系統進行大氣參數的探測研究，如安徽光學精密機械研究所、中國海洋大學、中國科學技術大學、上海光學精密機械研究所、武漢大學、蘭州大學等。像國內某大氣顆粒物監測激光雷達就采用波長532 nm線偏振激光對大氣顆粒物進行遙感探測。雷達通過對532 nm垂直和水平偏振信號的探測，解析大氣消光系數、退偏振比廓線、邊界層高度、光學厚度等參數，進而可獲取大氣顆粒物時空分布特征、污染層時空變化、顆粒物輸送和沉降等信息。

激光雷達監測環境大氣的工作原理

   激光器發射激光脈沖，與大氣中的氣溶膠及各種成分作用后產生后向散射信號，系統中的探測器接收回波信號，并對其進行處理分析，從而得到所需的大氣物理要素，具體原理如下圖所示。

數據采集卡需求

l  采樣率：20MS/s-60MS/s；

l  精度：16bit；

l  通道數：2-4通道；

l  數據需累加平均；

l  支持多次觸發，連續存儲；

l  需持續運行，產品要求穩定可靠

解決方案

   激光雷達需要長期實時監測，對采集卡性能穩定性、功耗、同步性能、通道數、信噪比要求都比較高。Spectrum的m2i.49系列采集卡剛好符合激光雷達應用要求，該系列卡采樣率最高能到60MS/s，最多支持8通道同步采集，精度為16bit，相比市面上大多數12bit或14bit采集卡，能分辨出更細膩的信號，同時，該采集卡自身信噪比水平控制得非常好。這都是Spectrum數據采集卡非常適合大氣激光雷達應用的一個重要原因。