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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(fā)射機、光學接收機、轉(zhuǎn)臺和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)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(tài)（速度、振動和姿態(tài)）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(xù)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)號”航天飛機搭載激光雷達發(fā)射成功，完成了世界上第一次激光雷達空間技術(shù)實驗（Lidar Inspace Technology Experience，LITE）；又于2000年后發(fā)射了五顆搭載激光雷達儀器的衛(wèi)星，為地球科學提供了大量的相關(guān)數(shù)據(jù)。俄羅斯研制了一種遠距離地面的激光雷達毒氣報警系統(tǒng)，這一系統(tǒng)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(guān)參數(shù)，從而為人們提供預警。此外，德國也研制出了一種可發(fā)出40 個不同頻率激光的連續(xù)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(zhàn)劑，可為大氣環(huán)境的檢測提供有效的數(shù)據(jù)。與此同時，國內(nèi)對激光雷達的應用和研究也在迅猛發(fā)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(guān)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(fā)展，目前我國已經(jīng)建立了 12個沙塵暴長期觀測站。隨著應用的不斷擴大，國內(nèi)已有許多單位開始運用激光雷達系統(tǒng)進行大氣參數(shù)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(shù)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(nèi)某大氣顆粒物監(jiān)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(shù)、退偏振比廓線、邊界層高度、光學厚度等參數(shù)，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(jiān)測環(huán)境大氣的工作原理
激光器發(fā)射激光脈沖，與大氣中的氣溶膠及各種成分作用后產(chǎn)生后向散射信號，系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集卡需求
l 采樣率：20MS/s-60MS/s；
l 精度：16bit；
l 通道數(shù)：2-4通道；
l 數(shù)據(jù)需累加平均；
l 支持多次觸發(fā)，連續(xù)存儲；
l 需持續(xù)運行，產(chǎn)品要求穩(wěn)定可靠
解決方案
激光雷達需要長期實時監(jiān)測，對采集卡性能穩(wěn)定性、功耗、同步性能、通道數(shù)、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(shù)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(shù)據(jù)采集卡非常適合大氣激光雷達應用的一個重要原因。
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