用于激光雷达的气体探测方法及激光雷达与流程

本发明涉及激光雷达领域，特别是涉及一种用于激光雷达的气体探测方法及激光雷达。

背景技术：

1、在大气成份探测中，使用差分吸收的原理进行探测，即向大气发射出两个波长相近但对待测气体的吸收率有很大差异的激光脉冲，利用波长相近下普通气溶胶等成份造成的光波衰减基本相同，回波的差异为待测气体的吸收特性导致，基于此探测待测气体的含量。

2、使用两个波长相近的激光进行大气成份测量，虽然两者波长差异较小，但即使不考虑待测气体的吸收差异，仍然存在因波长不同引入回波强度差异。并且，由于所要探测的待测气体一般含量很低，因吸收特性所导致的回波强度差异较小，即使因波长不同导致的回波强度差异较小，依然会引入明显的干扰。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于激光雷达的气体探测方法及激光雷达，能够提高对大气中待测气体探测的准确性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于激光雷达的气体探测方法，包括：

4、向大气发射出中心波长为第一波长的第一光束、中心波长为第二波长的第二光束以及中心波长为第三波长的第三光束，所述第一波长对应于待测气体的吸收谱线波峰处，所述第二波长和所述第三波长分别位于所述待测气体的吸收谱线波峰两侧；

5、获取所述第一光束、所述第二光束以及所述第三光束传输至大气后产生的回波，从所述回波中分离出中心波长为所述第一波长的第一窄带光、中心波长为所述第二波长的第二窄带光以及中心波长为所述第三波长的第三窄带光，并分别检测所述第一窄带光的强度、所述第二窄带光的强度以及所述第三窄带光的强度；

6、对所述第二窄带光的强度和所述第三窄带光的强度进行预设统计获得统计强度，并结合所述第一窄带光的强度获得所述待测气体的含量。

7、在一些实施方式中，所述第二波长与所述第一波长的波长差，与所述第三波长与所述第一波长的波长差相同。

8、在一些实施方式中，所述第二光束的强度与所述第三光束的强度相同。

9、在一些实施方式中，所述第一波长为λ0，所述第二波长为λ0-mδλ，所述第三波长为λ0+nδλ；

10、对所述第二窄带光的强度和所述第三窄带光的强度进行预设统计获得统计强度，并结合所述第一窄带光的强度获得所述待测气体的含量包括：

11、对应距离la，所述第一窄带光的强度、所述第二窄带光的强度和所述第三窄带光的强度依次为pa1、pa2和pa3，对应距离lb，所述第一窄带光的强度、所述第二窄带光的强度和所述第三窄带光的强度依次为pb1、pb2和pb3；

12、存在以下关系式：

13、；

14、；

15、其中，，γ＜1，α表示在距离la至距离lb的路径上所述待测气体的浓度，ε表示所述待测气体对第一波长光的吸收特性参数，a为常数；

16、根据以上关系式得到：。

17、一种用于气体探测的激光雷达，包括：

18、第一光源，用于向大气发射出中心波长为第一波长的第一光束，所述第一波长对应于待测气体的吸收谱线波峰处；

19、第二光源，用于向所述大气发射出中心波长为第二波长的第二光束；

20、第三光源，用于向所述大气发射出中心波长为第三波长的第三光束，所述第二波长和所述第三波长分别位于所述待测气体的吸收谱线波峰两侧；

21、望远光学系统，用于获取所述第一光束、所述第二光束以及所述第三光束传输至所述大气后产生的回波；

22、光接收及探测组件，用于从所述回波中分离出中心波长为所述第一波长的第一窄带光、中心波长为所述第二波长的第二窄带光以及中心波长为所述第三波长的第三窄带光，并分别检测所述第一窄带光的强度、所述第二窄带光的强度以及所述第三窄带光的强度；

23、控制组件，用于对所述第二窄带光的强度和所述第三窄带光的强度进行预设统计获得统计强度，并结合所述第一窄带光的强度获得所述待测气体的含量。

24、在一些实施方式中，所述第一光源的光轴与所述望远光学系统的光轴的距离、所述第二光源的光轴与所述望远光学系统的光轴的距离以及所述第三光源的光轴与所述望远光学系统的光轴的距离均一致。

25、在一些实施方式中，所述第二波长小于所述第一波长，所述第三波长大于所述第一波长，所述光接收及探测组件包括：

26、第一分光元件，用于反射小于等于第一边界波长的光，透射大于所述第一边界波长的光，所述第一边界波长处于所述第二波长和所述第一波长之间，所述望远光学系统获取的回波入射至所述第一分光元件；

27、第二分光元件，设置于所述第一分光元件的透射光路上，用于反射小于等于第二边界波长的光，透射大于所述第二边界波长的光，所述第二边界波长处于所述第一波长和所述第三波长之间；

28、第二窄带滤波元件，设置于所述第一分光元件的反射光路上，用于使得所述第一分光元件的反射光透过所述第二窄带滤波元件后入射至第二光电探测器，所述第二窄带滤波元件的中心波长为所述第二波长；

29、第一窄带滤波元件，设置于所述第二分光元件的反射光路上，用于使得所述第二分光元件的反射光透过所述第一窄带滤波元件后入射至第一光电探测器，所述第一窄带滤波元件的中心波长为所述第一波长；

30、第三窄带滤波元件，设置于所述第二分光元件的透射光路上，用于使得所述第二分光元件的透射光透过所述第三窄带滤波元件后入射至第三光电探测器，所述第三窄带滤波元件的中心波长为所述第三波长。

31、在一些实施方式中，在所述第一窄带滤波元件和所述第一光电探测器之间设置有第一会聚元件，所述第一会聚元件用于使得所述第一窄带滤波元件的出射光会聚至所述第一光电探测器；

32、在所述第二窄带滤波元件和所述第二光电探测器之间设置有第二会聚元件，所述第二会聚元件用于使得所述第二窄带滤波元件的出射光会聚至所述第二光电探测器；

33、在所述第三窄带滤波元件和所述第三光电探测器之间设置有第三会聚元件，所述第三会聚元件用于使得所述第三窄带滤波元件的出射光会聚至所述第三光电探测器。

34、在一些实施方式中，在所述望远光学系统和所述光接收及探测组件之间设置有小孔光阑。

35、在一些实施方式中，在所述望远光学系统和所述光接收及探测组件之间设置有准直组件，所述准直组件用于将来自所述望远光学系统的回波光束准直，使准直后的回波光束入射至所述光接收及探测组件。

36、由上述技术方案可知，本发明所提供的一种用于激光雷达的气体探测方法及激光雷达，向大气发射出中心波长为第一波长的第一光束、中心波长为第二波长的第二光束以及中心波长为第三波长的第三光束，第一波长对应于待测气体的吸收谱线波峰处，第二波长和第三波长分别位于待测气体的吸收谱线波峰两侧；获取第一光束、第二光束以及第三光束传输至大气后产生的回波，从回波中分离出中心波长为第一波长的第一窄带光、中心波长为第二波长的第二窄带光以及中心波长为第三波长的第三窄带光，并分别检测第一窄带光的强度、第二窄带光的强度以及第三窄带光的强度，对第二窄带光的强度和第三窄带光的强度进行预设统计获得统计强度，结合第一窄带光的强度获得待测气体的含量。本发明的有益效果在于，通过对第二窄带光的强度和第三窄带光的强度进行预设统计获得统计强度，能够削弱因波长不同引入的回波强度影响，降低对由待测气体的吸收特性产生的回波强度差异的干扰，从而提高对大气中待测气体探测的准确性。