匿匿垂雯霾堕亟垂因
文章编号：１００８－０５７０（２００８）ｏ仁１－００４９－０２
…
控制系统
偏振激光雷达系统研制及实验测量
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＬｉｄａｒＳｙｓｔｅｍ
（中国海洋大学海洋遥感教育部重点实验室）朱爱春刘智深李志刚
ＺＨＵＡｌＣＨＵＮ
ＬｌＵＺＨＩＳＨＥＮ
闫召爱
ＬＩＺＨＩＧＡＮＧＹＡＮＺＨＡＯ－ＡＩ
摘要：本文主要讨论一种偏振激光雷达系统的总体设计方案，应用于白天和夜晚卷云后向散射光退偏振比的探测研究。介绍了偏振激光雷达的探测原理，及此偏振激光雷达系统的结构、技术参数、探测方法、数据处理及结果分析。初步的实验结果表明，青岛上空高度在１．５ｋｍ左右的卷云的退偏振比在Ｏ．１一Ｏ．２之阀。
关键词：偏振激光雷达；卷云；退偏振比中图分类号：Ｐ
文献标识码：Ａ
ｉｓｍａｉｎｌｙａｂｏｕｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆ
ｓｙｓｔｅｍｏｆＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＬｉｄａｒ，ｗｈｉｃｈ
ｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｏｆｉｌｅｓｏｆｄｅ－
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｔｅｘｔａ
ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｃｉｒｒｕｓｃｌｏｕｄｓｉｎｄａｙａｎｄｎｉｇｈｔ．Ｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｌｉｄａｒｉｓｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｏｖｅｒａｌｌ
ａｎｄ
ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
ｌｉｄａｒ，８８
ｏｖｅｒ
ｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｍａｒｙ
ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌｒｅｓｕｌｔｓ
ｗｅｌｌ硝ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓ，ａｒｃｄｅ—ＱｉｎｇｄａｏｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｆｏｒｃｉｒｒｕｓｃｌｏｕｄｓｖａｒｉｅｓｆｒｏｍＯ．１ｔｏ０．２．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｉｄａｒ，ｃｉｒｒｕｓ
ｃｌｏｕｄ。ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏ
’ＰＭＴｏ表１列出了该偏振激光雷达系统的主要技术参数。
１
引言
自Ｓｃｈｏｌａｎｄ和Ｓａｓｓｅｎ在１９７１年发表了利用偏振激光雷达对云进行探测研究的文章之后，偏振激光雷达用于大气探测已近有３０年了。偏振激光雷达是通过探测非球形粒子后向散射光的退偏振比来研究它们的形态的，是一种研究卷云和沙尘气溶胶等大气非球形粒子形态的有效工具。大气中的沙尘暴粒
子和卷云粒子都是典型的非球形粒子。当一束线偏振激光照射
到这些非球形粒子时，其后向散射光将不再是线偏振光，利用检偏棱镜可以将其后向散射光中的垂直分量和平行分量分开来，使用两个光电倍增管同时对他们进行测量。垂直分量和平行分量的比值定义为退偏振比。它在０—１之间。在云和沙尘气溶胶的探测研究方面，偏振激光雷达发挥了重要的作用。
本文首先简要地介绍偏振激光雷达的探测原理，然后叙述我们的偏振激光雷达系统的结构和技术参数、测量方法、数据
图１偏振激光雷达结构示意图
表ｌ偏振激光雷达系统主要技术参数（中心波长：５３２ｎｍ）激光发射系统一Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ激光器脉冲能量／ｍＪ：１００脉冲重复频率／Ｈｚ：１０光束发散角／ｍｒａｄ：１脉冲宽度／ｎｍ：ｌＯ
４光学接收系统
望远镜
处理方法，最后给出实验结果，并对结果进行分析和讨论。
直＠ｍｍ：２８０
２偏振激光雷达系统
图１是偏振激光雷达系统的结构示意图，从图中可以看出，该偏振激光雷达主要有激光发射系统、光学接收系统、控制和处理系统。激光发射器发射５３２ｎｍ波长的线偏振激光。扩柬后向
Ｃａｓｓｅｇｒａｉｎ）视场／ｍｒａｄ：２
焦距／咖：２８００＼
滤光片
带宽／ｎｍ：０．１ｌ
出射激炮矧树髓黝，％光电倍噌管型号：ＨａｍａｍａｔｓｕＣＲｌ３１
谱响应／ｎｍ：１８５－９００
Ａ／Ｄ采集卡采集精度／ｂｉｔ：３２ＰＭＳ４００）采集速率，ＭＨｚ：８００
・
透过率，％：６０％
天空发射。和接收望远镜光轴相互平行且呈垂直指向时，激光被
传输路径上的云或气溶胶所散射。球型粒子的后向散射光将不改变激光的偏振方向．而非球形粒子的后向散射光将改变激光的偏振方向而形成与原激光偏振方向垂直的分量（退偏）。来自球型和非球型粒子的后向散射回波信号由接收光学望远镜接收并
３偏振激光雷达实验原理
偏振激光雷达探测大气时，在距离ｒ处描述其接收到的大气后向散射回波功率的平行分量和垂直分量的激光雷达方程
通过分光棱镜将两个不同偏振方向的光分开。分别传递到两个
朱爱春：硕士
基金项目：国家自然科学基金：小型非相干多蕾勒测风激光■达
系统（４０４２７００１）
分别用下式表示：
，
ＰＰ（ｒ）：等卢∥Ｊｅｘｐｌ．２：ａｐ（州ｒ
（１）
３６０元，年一４９—
｛卒铜Ｉ系统
！！曼曼！！ＩＩ！曼笪皇！曼曼！！曼曼曼曼曼曼曼！！！！！詈皇！！！曼曼！曼！！曼曼！鼍！！！曼！！！！！曼曼曼兰！！！！皇曼！曼！曼！！！！曼！！！！！！！曼！曼皇！曼曼！鼍
ｋ。
中文核心期刊＜微计算机信息’（测控自动化）２００８年第２４卷第４・１期
（２）
ｒ
ｏ１内退偏振比在０．１￣０．２之间变化。从图．３ａ还可以看出，在卷云以外区域的对流层气溶胶的退偏振比都很小，一般都小于Ｏ．１，说明这些气溶胶粒子的非球形特征不是很明显的。在
１．２５
Ｅ（７）２二尹见（７）。ｘＰｌ—Ｊ＠，（７）＋ａｓ（７））办Ｉ
此处０（，）和只（ｒ）分别表示激光雷达接收到的后向散射光在高度ｒ处回波功率的平行分量和垂直分量（单位：ｗ），下标Ｐ
和。分别表示与发射激光偏振方向平行和垂直的两个方向；Ｐｔ
ｋｍ处，退偏振比呈现一极小值，为０．０２５左右。因此，１．２５
ｋｍ处的大气相对很干洁，气溶胶浓度低，激光雷达探测的近似为空气分子的退偏振比，一般小于ｏ．０５。
是激光器发射功率（单位：聊；以（ｒ）和尾（，．）分别表示高度ｒ处
的大气后向散射系数的平行分量和垂直分量（单位：ｋｍ。ｓｒ－１）；盯，（ｒ）和吒（ｒ）分别表示高度ｒ处大气消光系数的平行分量和垂
直分量（单位：ｋｍ，１）；ｔ和ｋ，分别表示平行分量探测通道和垂直分量探测通道的系统常数，依赖于每个探测通道的光学效率
和量子效率。
定义退偏振比６（，Ｚ勾
’
舯）二糌＝器唧盼∽飞∽渺Ｉ
令Ｋ＝吒／ｋｓ，则（３）式
艿（ｒ）＝Ｋ！，上
ｐＰ
（３）
‘对于随机取向的卷云和大气气溶胶粒子，一般取仃，（，．）＝吼（ｒ）’
ｆ４、”
Ｋ通常取去掉分光棱镜后，分别单独测量大气后向散射信号的功率，然后求比值，实验测得Ｋ一１。这样通过偏振激光雷达接收到的各个高度ｒ处的大气后向散射回波功率的平行分量和垂直分量减去背景噪声后，利用（４）式，就可以计算出大气退偏振比的垂直廓线６（，）。背景信号取关闭出射激光后回波信号的平均值。
４探测结果
４．１无云和气溶胶含量较少情况下的回波能量退偏振比图．２是２００６年１２月２５日晚上。在无云和气溶胶含量较
少的天气情况下，大气的退偏比比较稳定，主要由大气分子造
成，平均在０．０３左右。
４．２卷云的退偏振比
图３所示的是偏振激光雷达在２００６年１２月２７日下午探测到的有卷云飘过的退偏振比垂直廓线。图．３左所示的是激光雷达探测到的大气后向散射回波信号的平行分量和垂直分量廓线．可以看出，只有在卷云和沙尘气溶胶层所在的高度区域回波信号的垂直分量明显呈现一峰值，而在其他高度区域的大气气溶胶粒子的后向散射回波信号的垂直分量几乎为零；回波
本文简单介绍了我们在海洋大学现有实验基础之上．自行研制的一套偏振激光雷达系统，并利用它对青岛上空的卷云的退偏振比进行了实验测量。初步的探测结果表明，青岛上空位于１．５ｋｍ左右卷云的退偏振比在０．１－０．２之间。目前的实验测量的距离比较近。我们计划将Ａ／Ｄ采集卡换为光子技术卡以提高探测距离，并且我们将和相关的相对湿度等数据进行对比。来说明我们系统的有效性。
本文作者创新点：自主搭建整套偏振激光雷达系统．自主用Ｍａｔｈｂ编程处理数据，并首次测量了青岛上空卷云的退偏振比。参考文献【１］Ｚｈｉ－Ｓｈｅｎ
ＢｉａｏＣｈｅＩＬ
Ｌｉｕ，Ｄｏｎｇ
图３２００６．１２．２７有卷云飘过的退偏振比垂直廓线图
５总结及展望
信号的平行分量则不同。它的廓线基本上随高度的增加呈指数
衰减，只是在卷云和沙尘气溶胶层区域的回波信号相应变大。图．３右给出了相应的退偏振比廓线。从图３中可以看出此卷云的峰值高度在１．５ｋｍ左右。约０．２５ｋｍ厚，最大退偏振比为０．２，在其飘过的这段时间
Ｗｕ，Ｊｉｎ－ＴａｏＬｉｕ，Ｋａｉ－ＬｉｎＺｈａｎｇ，Ｗｅｉ—
Ｃｈｉａｏ－Ｙａｏ
Ｘｉａｏ－ＱｕａｎＳｏｎｇ，，ＪｏｈｎａｔｈａｎＷ．Ｈａｉｒ，ａｎｄ
Ｓｈｅ，Ｌｏｗ－ａｈｉｔｕｄｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｗｉｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｃｏｒｎ－
ｂｉｎｅｄＭｉｅａｎｄＲａｙｌｅｉｇｈｂａｅｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｂｙＤｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒｗｉｔｌｌ蚰
ｉｏｄｉｎｅｆｉｌｔｅｒ，Ａｐｐｈｅｄ
Ｏｐｔｉｃｓ，ｖ０１．４１，Ｎｏ．３３，７０７８－－７０８６
ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＬｉｄａｒＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒ
【２］Ｓａｓｓｅｎ，Ｋ・，Ｔｈｅ
Ｃ１０ｎｄ
Ｒｅ—
ｓｅａｒｃｈ：ＡＲｅｖｉｅｗａｎｄＣｕｒｒｅｎｔＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，Ａｐｐｌ・Ｏｐｔ・，１９９１，７２，１８４８－１８６６１・
【３】涂望明，魏友国，施少敏．ＭＡＴＬＡＢ在数字图像处理中的应用
信号强度（茯ｌ
退儡比
叨微计算机信息，２００７，２－３：Ｐ２９９—３００
图２无云时大气的退偏振比
一５０—３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６
丌转第１２６页）
罐鍪磊蕊船鬣嚣嚣渊髫募勰：：｛黧爨盟皇燃等慧瑚度。竺鉴苎差警ｅ焉妻之竺苎兰台譬过角案壁．：。。冒季芏显笛簇薯≥孟＿“”““１”。甲““旧硼仕戈峨“Ｍ“【；安在草黼三≥丰．单目视觉测量技术研究．计量学报，
箩三跫情况：当红色和蓝色质』ｕｉ’．点ａＶ、Ｖ－坐标都不重合时也
１）蓝色在红色左上方，此时平台转过角度范围为０至９０度。
［６】卢韶芳，刘大维．自主式移动机器人导航研究现状及其相关技
４检测结果
当目标点沿一定斜率直线运动时．运动曲线如图８所示。Ｘ方向运动范围是３５ｍｍ一７５ｒａｍ。Ｙ方向运动范围是２３０ｒａｍ一２７０ｍｍ，斜率为１。
当目标点左右转动时，运动曲线如图９所示，转过的角度为３００至一３００。
【８］ＡｂｕｔａｌｅｂＡＳ．Ａｕｔｏｍａｔｉｃｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇｏｆｇｒａｙ—ｌｅｖｅｌｐｉｃｔｕｒｅｓＵＳ—ｉｎｇｔｗｏ＿——ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｎｔｒｏｐｙ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＶｉｓｉｏｎ，Ｇｒａｐｈｉｃｓ，ａｎｄ
Ｉｍａｇｅ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９８９，４７（１）：２２－３２
作者简介：刘伟，１９８２年生，男（汉族），河北省保定市人，北京理工大学机械与车辆工程学院硕士研究生．主要从事视觉导航研究；徐斌，１９８２年生，男（汉族），浙江省杭州市人，北京理工大学机械与车辆工程学院硕士研究生，主要从事机器人协调控制研究。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｌｉｕ
Ｗｅｉ，
ｂｏｍｉｎ
Ｈｅｂｅｉ。ｉｎ
１９８２．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄ
ＶｅｈｉｃｕｌａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｓｃｈｏｏｌｏｆＭａｓｔｅｒ
ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｄｅｇｒｅｅ，ｍａｊｏｒ
ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ＶｉｓｉｏｎＮａｖｉｇａｔｉｏｎ．
（１０００８１北京北京理工大学）刘伟徐斌
通讯地址：（１０００８１北京北京市海淀区北京理工大学机械与车辆工程学院机电一体化中心求是楼４１８室）刘伟
（收稿日期：２００８．１．５）（修稿日期：２００８．３．５）
Ｃ上接第５０页）
［４１２ｉＪ智深，宋小全，刘金涛，张凯临，非相干脉冲激光多谱勒雷达测速系统，科学通报，２００１年１２月，第４６卷，第２４期
图８直线运动曲线
【５】中国科学院安徽光学精密机械研究所．米散射偏振微脉冲激光雷达控制方法及装置．中国，申请号：２００４１００６５５３８．７，公开日：２００５年７月２０日．
【６】中国科学院合肥物质科学研究院．无入值守昼夜兼用便携式
中国。申请号：
偏振一米激光雷达及其探测方法．
２００５１００３８４１０．６．公开日：２００５年９月２８日．
【７】刘东，戚福弟，金传佳，岳古明，周军，合肥上空卷云和沙尘气溶胶退偏振比的激光雷达探测，大气科学，２００３年１１月，第２７卷，第６期
作者简介：朱爱春，女，１９８０．７．１８，山东青岛即墨市，中国海洋大
图９转动运动曲线
由上面运动曲线可以看出目标点在运动过程中可以被快
学硕士，研究方向：信号与信息处理・９刘智深，男。１９３８．１２，汉，复旦大学学士，中国海洋大学教授。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｚｈｕ
速检测到，其位置误差小于ｌｍｍ，角度误差小于２度，在
１０２４ｒａｍ＊１０２４
Ａｉ－ｃｈｕｎ（Ｊｕｌｙ．１８ｔｈ，１９８０），ｆｅｍａｌｅ，
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ
Ｓｈａｎｄｏｎｇ
ｌｌｕｎ的大范围内达到了较高的测量精度。
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ＯｃｅａｎＣｈｉｎａ，Ｍａｓｔｅｒ，Ｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａ：ｓｉｇｎａｌ
５结束语
本文通过对卫星气浮平台视觉测量系统的研究，提出了一种新的测量算法，从实验结果上看得到了预期的效果，表明了该方法的可行性和快速性与高精度。
本文作者创新点：通过采用自适应阈值、快速预测搜索算一１２６—３６０元，年邮局订阅号：８２．９４６
ａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．
（２６６００３山东青岛中国海洋大学海洋遥感教育部重点实验室）朱爱春刘智深李志刚闰召爱大学逸夫科技馆４０９室）朱爱春
（收稿日期：２００８．１．５）（修稿日期：２００８．３．５）
）
通讯地址：（２６６００３山东山东省青岛市鱼山路５号中国海洋
匿匿垂雯霾堕亟垂因
文章编号：１００８－０５７０（２００８）ｏ仁１－００４９－０２
…
控制系统
偏振激光雷达系统研制及实验测量
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＬｉｄａｒＳｙｓｔｅｍ
（中国海洋大学海洋遥感教育部重点实验室）朱爱春刘智深李志刚
ＺＨＵＡｌＣＨＵＮ
ＬｌＵＺＨＩＳＨＥＮ
闫召爱
ＬＩＺＨＩＧＡＮＧＹＡＮＺＨＡＯ－ＡＩ
摘要：本文主要讨论一种偏振激光雷达系统的总体设计方案，应用于白天和夜晚卷云后向散射光退偏振比的探测研究。介绍了偏振激光雷达的探测原理，及此偏振激光雷达系统的结构、技术参数、探测方法、数据处理及结果分析。初步的实验结果表明，青岛上空高度在１．５ｋｍ左右的卷云的退偏振比在Ｏ．１一Ｏ．２之阀。
关键词：偏振激光雷达；卷云；退偏振比中图分类号：Ｐ
文献标识码：Ａ
ｉｓｍａｉｎｌｙａｂｏｕｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆ
ｓｙｓｔｅｍｏｆＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＬｉｄａｒ，ｗｈｉｃｈ
ｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｏｆｉｌｅｓｏｆｄｅ－
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｔｅｘｔａ
ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｃｉｒｒｕｓｃｌｏｕｄｓｉｎｄａｙａｎｄｎｉｇｈｔ．Ｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｌｉｄａｒｉｓｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｏｖｅｒａｌｌ
ａｎｄ
ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
ｌｉｄａｒ，８８
ｏｖｅｒ
ｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｍａｒｙ
ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌｒｅｓｕｌｔｓ
ｗｅｌｌ硝ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓ，ａｒｃｄｅ—ＱｉｎｇｄａｏｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏｆｏｒｃｉｒｒｕｓｃｌｏｕｄｓｖａｒｉｅｓｆｒｏｍＯ．１ｔｏ０．２．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｉｄａｒ，ｃｉｒｒｕｓ
ｃｌｏｕｄ。ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｒａｔｉｏ
’ＰＭＴｏ表１列出了该偏振激光雷达系统的主要技术参数。
１
引言
自Ｓｃｈｏｌａｎｄ和Ｓａｓｓｅｎ在１９７１年发表了利用偏振激光雷达对云进行探测研究的文章之后，偏振激光雷达用于大气探测已近有３０年了。偏振激光雷达是通过探测非球形粒子后向散射光的退偏振比来研究它们的形态的，是一种研究卷云和沙尘气溶胶等大气非球形粒子形态的有效工具。大气中的沙尘暴粒
子和卷云粒子都是典型的非球形粒子。当一束线偏振激光照射
到这些非球形粒子时，其后向散射光将不再是线偏振光，利用检偏棱镜可以将其后向散射光中的垂直分量和平行分量分开来，使用两个光电倍增管同时对他们进行测量。垂直分量和平行分量的比值定义为退偏振比。它在０—１之间。在云和沙尘气溶胶的探测研究方面，偏振激光雷达发挥了重要的作用。
本文首先简要地介绍偏振激光雷达的探测原理，然后叙述我们的偏振激光雷达系统的结构和技术参数、测量方法、数据
图１偏振激光雷达结构示意图
表ｌ偏振激光雷达系统主要技术参数（中心波长：５３２ｎｍ）激光发射系统一Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ激光器脉冲能量／ｍＪ：１００脉冲重复频率／Ｈｚ：１０光束发散角／ｍｒａｄ：１脉冲宽度／ｎｍ：ｌＯ
４光学接收系统
望远镜
处理方法，最后给出实验结果，并对结果进行分析和讨论。
直＠ｍｍ：２８０
２偏振激光雷达系统
图１是偏振激光雷达系统的结构示意图，从图中可以看出，该偏振激光雷达主要有激光发射系统、光学接收系统、控制和处理系统。激光发射器发射５３２ｎｍ波长的线偏振激光。扩柬后向
Ｃａｓｓｅｇｒａｉｎ）视场／ｍｒａｄ：２
焦距／咖：２８００＼
滤光片
带宽／ｎｍ：０．１ｌ
出射激炮矧树髓黝，％光电倍噌管型号：ＨａｍａｍａｔｓｕＣＲｌ３１
谱响应／ｎｍ：１８５－９００
Ａ／Ｄ采集卡采集精度／ｂｉｔ：３２ＰＭＳ４００）采集速率，ＭＨｚ：８００
・
透过率，％：６０％
天空发射。和接收望远镜光轴相互平行且呈垂直指向时，激光被
传输路径上的云或气溶胶所散射。球型粒子的后向散射光将不改变激光的偏振方向．而非球形粒子的后向散射光将改变激光的偏振方向而形成与原激光偏振方向垂直的分量（退偏）。来自球型和非球型粒子的后向散射回波信号由接收光学望远镜接收并
３偏振激光雷达实验原理
偏振激光雷达探测大气时，在距离ｒ处描述其接收到的大气后向散射回波功率的平行分量和垂直分量的激光雷达方程
通过分光棱镜将两个不同偏振方向的光分开。分别传递到两个
朱爱春：硕士
基金项目：国家自然科学基金：小型非相干多蕾勒测风激光■达
系统（４０４２７００１）
分别用下式表示：
，
ＰＰ（ｒ）：等卢∥Ｊｅｘｐｌ．２：ａｐ（州ｒ
（１）
３６０元，年一４９—
｛卒铜Ｉ系统
！！曼曼！！ＩＩ！曼笪皇！曼曼！！曼曼曼曼曼曼曼！！！！！詈皇！！！曼曼！曼！！曼曼！鼍！！！曼！！！！！曼曼曼兰！！！！皇曼！曼！曼！！！！曼！！！！！！！曼！曼皇！曼曼！鼍
ｋ。
中文核心期刊＜微计算机信息’（测控自动化）２００８年第２４卷第４・１期
（２）
ｒ
ｏ１内退偏振比在０．１￣０．２之间变化。从图．３ａ还可以看出，在卷云以外区域的对流层气溶胶的退偏振比都很小，一般都小于Ｏ．１，说明这些气溶胶粒子的非球形特征不是很明显的。在
１．２５
Ｅ（７）２二尹见（７）。ｘＰｌ—Ｊ＠，（７）＋ａｓ（７））办Ｉ
此处０（，）和只（ｒ）分别表示激光雷达接收到的后向散射光在高度ｒ处回波功率的平行分量和垂直分量（单位：ｗ），下标Ｐ
和。分别表示与发射激光偏振方向平行和垂直的两个方向；Ｐｔ
ｋｍ处，退偏振比呈现一极小值，为０．０２５左右。因此，１．２５
ｋｍ处的大气相对很干洁，气溶胶浓度低，激光雷达探测的近似为空气分子的退偏振比，一般小于ｏ．０５。
是激光器发射功率（单位：聊；以（ｒ）和尾（，．）分别表示高度ｒ处
的大气后向散射系数的平行分量和垂直分量（单位：ｋｍ。ｓｒ－１）；盯，（ｒ）和吒（ｒ）分别表示高度ｒ处大气消光系数的平行分量和垂
直分量（单位：ｋｍ，１）；ｔ和ｋ，分别表示平行分量探测通道和垂直分量探测通道的系统常数，依赖于每个探测通道的光学效率
和量子效率。
定义退偏振比６（，Ｚ勾
’
舯）二糌＝器唧盼∽飞∽渺Ｉ
令Ｋ＝吒／ｋｓ，则（３）式
艿（ｒ）＝Ｋ！，上
ｐＰ
（３）
‘对于随机取向的卷云和大气气溶胶粒子，一般取仃，（，．）＝吼（ｒ）’
ｆ４、”
Ｋ通常取去掉分光棱镜后，分别单独测量大气后向散射信号的功率，然后求比值，实验测得Ｋ一１。这样通过偏振激光雷达接收到的各个高度ｒ处的大气后向散射回波功率的平行分量和垂直分量减去背景噪声后，利用（４）式，就可以计算出大气退偏振比的垂直廓线６（，）。背景信号取关闭出射激光后回波信号的平均值。
４探测结果
４．１无云和气溶胶含量较少情况下的回波能量退偏振比图．２是２００６年１２月２５日晚上。在无云和气溶胶含量较
少的天气情况下，大气的退偏比比较稳定，主要由大气分子造
成，平均在０．０３左右。
４．２卷云的退偏振比
图３所示的是偏振激光雷达在２００６年１２月２７日下午探测到的有卷云飘过的退偏振比垂直廓线。图．３左所示的是激光雷达探测到的大气后向散射回波信号的平行分量和垂直分量廓线．可以看出，只有在卷云和沙尘气溶胶层所在的高度区域回波信号的垂直分量明显呈现一峰值，而在其他高度区域的大气气溶胶粒子的后向散射回波信号的垂直分量几乎为零；回波
本文简单介绍了我们在海洋大学现有实验基础之上．自行研制的一套偏振激光雷达系统，并利用它对青岛上空的卷云的退偏振比进行了实验测量。初步的探测结果表明，青岛上空位于１．５ｋｍ左右卷云的退偏振比在０．１－０．２之间。目前的实验测量的距离比较近。我们计划将Ａ／Ｄ采集卡换为光子技术卡以提高探测距离，并且我们将和相关的相对湿度等数据进行对比。来说明我们系统的有效性。
本文作者创新点：自主搭建整套偏振激光雷达系统．自主用Ｍａｔｈｂ编程处理数据，并首次测量了青岛上空卷云的退偏振比。参考文献【１］Ｚｈｉ－Ｓｈｅｎ
ＢｉａｏＣｈｅＩＬ
Ｌｉｕ，Ｄｏｎｇ
图３２００６．１２．２７有卷云飘过的退偏振比垂直廓线图
５总结及展望
信号的平行分量则不同。它的廓线基本上随高度的增加呈指数
衰减，只是在卷云和沙尘气溶胶层区域的回波信号相应变大。图．３右给出了相应的退偏振比廓线。从图３中可以看出此卷云的峰值高度在１．５ｋｍ左右。约０．２５ｋｍ厚，最大退偏振比为０．２，在其飘过的这段时间
Ｗｕ，Ｊｉｎ－ＴａｏＬｉｕ，Ｋａｉ－ＬｉｎＺｈａｎｇ，Ｗｅｉ—
Ｃｈｉａｏ－Ｙａｏ
Ｘｉａｏ－ＱｕａｎＳｏｎｇ，，ＪｏｈｎａｔｈａｎＷ．Ｈａｉｒ，ａｎｄ
Ｓｈｅ，Ｌｏｗ－ａｈｉｔｕｄｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｗｉｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｃｏｒｎ－
ｂｉｎｅｄＭｉｅａｎｄＲａｙｌｅｉｇｈｂａｅｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｂｙＤｏｐｐｌｅｒｌｉｄａｒｗｉｔｌｌ蚰
ｉｏｄｉｎｅｆｉｌｔｅｒ，Ａｐｐｈｅｄ
Ｏｐｔｉｃｓ，ｖ０１．４１，Ｎｏ．３３，７０７８－－７０８６
ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＬｉｄａｒＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒ
【２］Ｓａｓｓｅｎ，Ｋ・，Ｔｈｅ
Ｃ１０ｎｄ
Ｒｅ—
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【３】涂望明，魏友国，施少敏．ＭＡＴＬＡＢ在数字图像处理中的应用
信号强度（茯ｌ
退儡比
叨微计算机信息，２００７，２－３：Ｐ２９９—３００
图２无云时大气的退偏振比
一５０—３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６
丌转第１２６页）
罐鍪磊蕊船鬣嚣嚣渊髫募勰：：｛黧爨盟皇燃等慧瑚度。竺鉴苎差警ｅ焉妻之竺苎兰台譬过角案壁．：。。冒季芏显笛簇薯≥孟＿“”““１”。甲““旧硼仕戈峨“Ｍ“【；安在草黼三≥丰．单目视觉测量技术研究．计量学报，
箩三跫情况：当红色和蓝色质』ｕｉ’．点ａＶ、Ｖ－坐标都不重合时也
１）蓝色在红色左上方，此时平台转过角度范围为０至９０度。
［６】卢韶芳，刘大维．自主式移动机器人导航研究现状及其相关技
４检测结果
当目标点沿一定斜率直线运动时．运动曲线如图８所示。Ｘ方向运动范围是３５ｍｍ一７５ｒａｍ。Ｙ方向运动范围是２３０ｒａｍ一２７０ｍｍ，斜率为１。
当目标点左右转动时，运动曲线如图９所示，转过的角度为３００至一３００。
【８］ＡｂｕｔａｌｅｂＡＳ．Ａｕｔｏｍａｔｉｃｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇｏｆｇｒａｙ—ｌｅｖｅｌｐｉｃｔｕｒｅｓＵＳ—ｉｎｇｔｗｏ＿——ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｎｔｒｏｐｙ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＶｉｓｉｏｎ，Ｇｒａｐｈｉｃｓ，ａｎｄ
Ｉｍａｇｅ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９８９，４７（１）：２２－３２
作者简介：刘伟，１９８２年生，男（汉族），河北省保定市人，北京理工大学机械与车辆工程学院硕士研究生．主要从事视觉导航研究；徐斌，１９８２年生，男（汉族），浙江省杭州市人，北京理工大学机械与车辆工程学院硕士研究生，主要从事机器人协调控制研究。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｌｉｕ
Ｗｅｉ，
ｂｏｍｉｎ
Ｈｅｂｅｉ。ｉｎ
１９８２．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄ
ＶｅｈｉｃｕｌａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｓｃｈｏｏｌｏｆＭａｓｔｅｒ
ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｄｅｇｒｅｅ，ｍａｊｏｒ
ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ＶｉｓｉｏｎＮａｖｉｇａｔｉｏｎ．
（１０００８１北京北京理工大学）刘伟徐斌
通讯地址：（１０００８１北京北京市海淀区北京理工大学机械与车辆工程学院机电一体化中心求是楼４１８室）刘伟
（收稿日期：２００８．１．５）（修稿日期：２００８．３．５）
Ｃ上接第５０页）
［４１２ｉＪ智深，宋小全，刘金涛，张凯临，非相干脉冲激光多谱勒雷达测速系统，科学通报，２００１年１２月，第４６卷，第２４期
图８直线运动曲线
【５】中国科学院安徽光学精密机械研究所．米散射偏振微脉冲激光雷达控制方法及装置．中国，申请号：２００４１００６５５３８．７，公开日：２００５年７月２０日．
【６】中国科学院合肥物质科学研究院．无入值守昼夜兼用便携式
中国。申请号：
偏振一米激光雷达及其探测方法．
２００５１００３８４１０．６．公开日：２００５年９月２８日．
【７】刘东，戚福弟，金传佳，岳古明，周军，合肥上空卷云和沙尘气溶胶退偏振比的激光雷达探测，大气科学，２００３年１１月，第２７卷，第６期
作者简介：朱爱春，女，１９８０．７．１８，山东青岛即墨市，中国海洋大
图９转动运动曲线
由上面运动曲线可以看出目标点在运动过程中可以被快
学硕士，研究方向：信号与信息处理・９刘智深，男。１９３８．１２，汉，复旦大学学士，中国海洋大学教授。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｚｈｕ
速检测到，其位置误差小于ｌｍｍ，角度误差小于２度，在
１０２４ｒａｍ＊１０２４
Ａｉ－ｃｈｕｎ（Ｊｕｌｙ．１８ｔｈ，１９８０），ｆｅｍａｌｅ，
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ
Ｓｈａｎｄｏｎｇ
ｌｌｕｎ的大范围内达到了较高的测量精度。
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ＯｃｅａｎＣｈｉｎａ，Ｍａｓｔｅｒ，Ｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａ：ｓｉｇｎａｌ
５结束语
本文通过对卫星气浮平台视觉测量系统的研究，提出了一种新的测量算法，从实验结果上看得到了预期的效果，表明了该方法的可行性和快速性与高精度。
本文作者创新点：通过采用自适应阈值、快速预测搜索算一１２６—３６０元，年邮局订阅号：８２．９４６
ａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．
（２６６００３山东青岛中国海洋大学海洋遥感教育部重点实验室）朱爱春刘智深李志刚闰召爱大学逸夫科技馆４０９室）朱爱春
（收稿日期：２００８．１．５）（修稿日期：２００８．３．５）
）
通讯地址：（２６６００３山东山东省青岛市鱼山路５号中国海洋