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专利号: 2018106031497
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用于检测粒子形态的全偏振激光雷达系统的检测方法,其特征在于,用于检测粒子形态的全偏振激光雷达系统,包括偏振光发生系统、接收系统、偏振分析系统和数据采集处理器(20)四个部分;

其中,偏振光发生系统包括激光器(1),沿激光器(1)的光路依次设置有 玻片(2)和玻片(3);

所述接收系统包括望远镜(4),所述望远镜(4)的光轴与激光器(1)的光轴平行;

所述偏振分析系统包括依次在望远镜(4)射出光束设置的准直镜(5),滤光镜(6)和第一偏振分光镜(7);

所述第一偏振分光镜(7)的透射光光路上依次设置有第一相位补偿器(8)和第二偏振分光镜(9);所述第一偏振分光镜(7)的反射光光路上依次设置有第二相位补偿器(14)和第三偏振分光镜(15);

所述第二偏振分光镜(9)的透射光光路上依次设置有第一汇聚透镜(10)和第一光电探测器(11);所述第二偏振分光镜(9)的反射光光路上依次设置有第二汇聚透镜(12)和第二光电探测器(13);

所述第三偏振分光镜(15)透射光光路上依次设置有第三汇聚透镜(16)和第三光电探测器(17);所述第三偏振分光镜(15)的折射光光路上依次设置有第四汇聚透镜(18)和第四光电探测器(19);

所述第一光电探测器(11)、第二光电探测器(13)、第三光电探测器(17)和第四光电探测器(19)均与数据采集处理器(20)信号连接;

具体按照下述步骤进行:

步骤1,利用全偏振激光雷达系统探测得到大气后向散射米勒矩阵;具体按照下述方法进行:步骤1.1,激光器(1)发出线偏振激光直接进入大气中,在大气中散射后进入望远镜(4)中,通过望远镜(4)汇聚后进入到偏振分析系统中,在经过偏振分析系统后,根据第一光电探测器(11)获取的探测能量I11、第二光电探测器(13)获取的探测能量I12、第三光电探测器(17)获取的探测能量I13和第四光电探测器(19)获取的探测能量I14,得到第一能量矩阵:T

I1=[I11,I12,I13,I14]               (1);

T

其中所述线偏振激光的斯托克斯矢量为S1=[S11,S12,S13,S14];

步骤1.2,调节 玻片(2)和 玻片(3)的角度和方位,使得经过λ/2玻片(2)和 玻片(3)后从 玻片(3)射出的偏振激光振动方向变化90°,调节激光器(1)发出线偏振激光,依次经过 玻片(2)和 玻片(3)后进入大气中,在大气中散射后进入望远镜(4)中,通过望远镜(4)汇聚后进入到偏振分析系统中,在经过偏振分析系统后,得到第一光电探测器(11)获取的探测能量I21、第二光电探测器(13)获取的探测能量I22、第三光电探测器(17)获取的探测能量I23和第四光电探测器(19)获取的探测能量I24,得到第二能量矩阵:T

I2=[I21,I22,I23,I24]               (2),T

其中,进入振动方向变化90°的偏振激光的斯托克斯矢量记为S2=[S21,S22,S23,S24];

步骤1.3,调节 玻片(2)和 玻片(3)的角度和方位,使得经过 玻片(2)和 玻片(3)后从 玻片(3)射出激光为45°振动偏振光,调节激光器(1)发出线偏振激光,依次经过玻片(2)和 玻片(3)后变成45°振动偏振光进入大气中,45°振动偏振光在大气中散射后进入望远镜(4)中,通过望远镜(4)汇聚后进入到偏振分析系统中,在经过偏振分析系统后,得到第一光电探测器(11)的探测能量I31、第二光电探测器(13)的探测能量I32、第三光电探测器(17)的探测能量I33和第四光电探测器(19)探测能量I34,得到第三能量矩阵:T

I3=[I31,I32,I33,I34]                     (3),T

所述45°振动偏振光的斯托克斯矢量记为S3=[S31,S32,S33,S34];

步骤1.4,调节 玻片(2)和 玻片(3)的角度和方位,使得经过 玻片(2)和 玻片(3)后从 玻片(3)射出激光为左旋圆偏振光,调节激光器(1)发出线偏振激光,依次经过玻片(2)和 玻片(3)后变成左旋圆偏振光进入大气中,左旋圆偏振光在大气中散射后进入望远镜(4)中,通过望远镜(4)汇聚后进入到偏振分析系统中,在经过偏振分析系统后,根据第一光电探测器(11)的探测能量I41、第二光电探测器(13)的探测能量I42、第三光电探测器(17)的探测能量I43和第四光电探测器(19)的探测能量I44,得到第四能量矩阵:T

I4=[I41,I42,I43,I44]                       (4),T

所述S3=[S31,S32,S33,S34];

步骤1.5,将所述第一能量矩阵I1、线偏振激光的斯托克斯矢量S1、第二能量矩阵I2、振动方向变化90°的偏振激光的斯托克斯矢量S2、第三能量矩阵、45°振动偏振光的斯托克斯矢量S3、第四能量矩阵I4和45°振动偏振光的斯托克斯矢量S3组合成矩阵得到大气后向散射米勒矩阵A:步骤2,根据大气后向散射相矩阵进行大气粒子形态的检测;

粒子形态的检测具体按照下述方法进行:

步骤2.1,采用四点放精确标定偏振分析系统的仪器矩阵AR;

步骤2.2,根据大气后向散射米勒矩阵和仪器矩阵AR得到大气后向散射相矩阵F:步骤2.3,利用大气后向散射相矩阵F对粒子形态进行检测。

2.根据权利要求1所述的用于检测粒子形态的全偏振激光雷达系统的检测方法,其特征在于所述步骤2.3中按照下述方法对粒子形态进行检测:步骤2.3.1,根据大气后向散射相矩阵F计算得到后向散射比β,线退偏比δ和二向衰减系数μ:β=F11                               (7)步骤2.3.2,根据所述后向散射比、线退偏比和二向衰减系数判断得到粒子形态。