Лидарная система

Разработка лидарных систем зарубежными фирмами началась с середины 70-х годов. В основном разрабатывались передвижные комплексы, использующие принцип комбинационного рассеяния и дифференциального поглощения. Лидарные системы производились в виде единичных экспериментальных приборов. Выходная энергия лазерного излучения в таких системах составляла до нескольких десятков джоулей, что ограничивало дальность действия таких систем по аэрозольным образованиям, NО₂ и SО₂ до 1,5-5 км. Дальность действия лидаров комбинационного рассеяния составляла 100-200 м.

Лидары - лазерные локаторы, используемые для зондирования атмосферы, толщи моря, морской и земной поверхности. Все они имеют много общего в своих структурных схемах. Основные блоки лидара следующие:

· лазер-передатчик;

· передающая оптическая система;

· приемная оптическая система;

· спектроанализатор и фотоприемное устройство;

· блок обработки сигнала;

· блок управления;

· поворотное устройство;

· система отображения полученной информации.

 

Рис. 10. Структурная схема лидара

На рис. 10 показана структурная схема лидара (кроме поворотного устройства, на котором обычно при наземном варианте устанавливают передатчик и приемник, и блока управления, синхронизирующего работу остальных блоков и управляющего их параметрами). В зависи­мости от конкретных задач изменяют конструкцию лидара, отдельные узлы и блоки - осо­бенно лазерный источник и приемник.

Например, при дистанционном зондировании атмосферы молекулы газов и аэрозоли вызыва­ют ослабление проходящего через нее лазерного излучения. Часть зондирующего лазерного излучения рассеивается в обратном направлении (в сторону приемника лидара) на аэрозоль­ных частицах, либо отражается от топографических объектов (деревья, дома, холмы и т.п.) или от специально установленных экранов и отражателей. Это излучение с помощью приемной оптики (пропускающей или отражательной) собирается и направляется на фотодетектор, который преобразует его в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности приня­того оптического излучения. Значение принятого сигнала определяется свойством атмосфе­ры рассеивать излучение в обратном направлении, отражающими характеристиками топогра­фических объектов или отражателей, ослаблением излучения на трассе зондирования "лидар - объект зондирования - лидар". Поэтому электрический сигнал, снимаемый с фотодетектора, содержит информацию о присутствии в атмосфере газов и аэрозолей, их концентрации и рас­стоянии до объектов зондирования. Однако чтобы извлечь эту информацию, необходимы специальные методы измерения и алгоритмы обработки, так как величина регистрируемого лидаром сигнала зависит от длины волны лазерного излучения, числа, размера, формы и оп­тических свойств аэрозольных частиц и молекул газов, находящихся на трассе зондирования.