LED光源氣溶膠探測雷達光學準直結構優化設計

楊學成，趙 恒，王 希

(西安理工大學機械與精密儀器工程學院，陜西西安710048)

氣溶膠是大氣環境中成分復雜、對氣候影響較大的顆粒物之一。不同組成成分和形狀大小的氣溶膠對環境帶來的影響也不同。在近地大氣層中含有大量的氣溶膠顆粒物，氣溶膠的變化給人們生產和活動帶來的影響表現的尤為明顯。因此，對近地氣溶膠光學特性的研究是當前研究的熱點之一[1-3]。

激光雷達是一種用于探測氣溶膠時空分布的有效手段，但可選用的發射波長有限,且存在較長距離的探測盲區，使其在探測精細程度和近地探測距離上受到限制[3]。

LED光源氣溶膠探測雷達提供了豐富的波長選擇范圍和具備較小的探測盲區，彌補了激光雷達在近地探測的缺陷。日本學者Shiina[4-6]研制出不同波長的緊湊型LED雷達用于0～300 m范圍內大氣粉層、氫氣和海浪周期的探測。國內學者鐘文婷等[2-3,7]也設計出探測距離可達210 m的迷你雷達。然而，國內LED雷達相較于國外雷達探測距離而言稍顯偏短。

為提升雷達探測距離，本文針對現有迷你雷達光學準直結構光能利用率偏低的問題，提出一種改進設計并進行仿真。仿真結果表明能量利用率提升12%，結構更為緊湊。

1 LED雷達系統

1.1 系統構成及其工作原理

LED光源氣溶膠探測雷達組成見圖1，由LED光學系統及其附屬電路，望遠鏡接收部分，分光與檢測系統，數據采集及計算機處理部分構成。雷達在共軸模式下工作時，特定波長的LED光源經驅動電路驅動產生光脈沖，經準直光學系統，光線以極小發散角垂直射向大氣。……