项目简介： 本项目报道了一种具有抗大气湍流能力的新型激光雷达， 主要利用相位锁定方法对雷达系统发射单元进行相位锁定，通过大气湍流对发射激光束相千性的影响及光束在大气湍流中的传输特性：光束扩展与漂移、传输因子、平均光强、偏振与相丁等来研究大气湍流的 影响。并结合湍流理论研究大气湍流参数如折射率结构常数、湍流

已有样品/n中科院武汉物数所采用多机制有效集成、系统资源综合有效利用、原子分子稳频、原子分子鉴频、拉曼检测等技术手段，使一台激光雷达系统同时获取了大气密度（10-110km）、温度(5-110km)和风场(10-60km)的全参数探测。空间天气探测预报：1-110km；大气温度、密度、风场、钠原子数密度的夜间连通性探测以及80-110km钠层全天时时间演化。

使用脉冲激光器向目标发射激光，然后采用天文望远镜接收被污 染物反射回来的激光信号，经过对信号进行精细分光与探测，然后传输至电脑进行数据处理和保存。该系统具有 360 度水平扫描和 180 度 垂直剖面扫描的功能，可实现对大气污染物三维结构进行立体、实时扫描，获得大气 PM10 与 PM2.5 质量浓度的时空分布及其演变。

本系列激光雷达具有更高精度、更小盲区、更大视野、更加小巧等特点，且实现了更复杂情况的检测与适用性，如GD-B型支持地毯、电线、台阶、悬崖等的检测，GD-C型实现的固态无需旋转的360°避障，且支持多机不互扰等优点，具有行业先进水平，且在一定范围内降低了成本，具有量好的市场经济前景。

本发明涉及一种激光雷达双通道共视场的调节方法，包括：沿光路前后移动长焦镜头，使相机对无 穷远处目标清晰成像；沿光路前后移动小孔光阑，使相机成像中的小孔边沿清晰；调节二维旋转台，使 相机成像中的暗黑圆斑与亮白圆环均处于暗黑背景的中心；沿光路前后移动结构件，使相机成像中的暗 黑圆斑与亮白圆环的边缘清晰；缩小小孔光阑，并平移调节二维旋转平移平台，使相机成像中的亮白圆 环的亮度保持不变；调节固定偏振分光棱镜的二维旋转台，使在透射通道、反射通道处相机成像中的暗 黑圆斑与亮白圆环均处于暗黑背景的中心。本发明引入相机进行可视化调节，以保证激光雷达系统的两 个接收通道共视场；具有调节精度高，操作直观、简单方便的优点。 

Pandar128 图像级超高分辨率高性能激光雷达

大气气溶胶，即大气中的悬浮颗粒物。通常所说的PM10（粒径小于10微米，可吸入颗粒物）或者PM2.5（粒径小于2.5微米，可入肺细粒子）是大气气溶胶的重要组成部分。从生成来源上看，大气气溶胶分为一次气溶胶（Primary Aerosols）和二次气溶胶（Secondary Aerosols）。一次气溶胶指自然界或人类活动直接排放的气溶胶粒子；二次气溶胶指通过大气中的物理、化学过程新生成的气溶胶粒子。在大气污染过程中，汽车尾气以及人类其他燃烧过程中产生的氮氧化物、煤炭等含硫燃料燃烧产生的二氧化硫等气体通过参与这些复杂的过程产生二次气溶胶，即“气-粒”转化过程。二次气溶胶是重度霾过程的气溶胶污染物的重要来源。 大气气溶胶以固态、半固态或者液态几种形式的相态而存在，其相态与上述大气中的化学过程有着紧密的联系。气溶胶粒子可以作为大气化学反应的“容器”，在气溶胶表面或内部进行与二次气溶胶生成有关的化学反应。气相分子在不同相态的颗粒物中的传输速率差别很大，固态气溶胶几乎只有表面能发生气相化学反应，而液态气溶胶在颗粒内部也能发生化学反应。因此化学反应加速与液态气溶胶表面积和体积的增大会形成正反馈过程，在液态气溶胶上发生的异相化学反应生成二次气溶胶，对雾霾过程中颗粒物爆发性增长有重要的贡献。因此，对城市气溶胶在边界层内以什么相态存在的空间分布的探测，是研究二次气溶胶生成、演化和扩散所迫切需要的一项技术，对于理解雾霾形成的机理有着重要的意义。 气溶胶的相态与颗粒物的化学组分和环境的相对湿度有关。目前对于颗粒物相态的测量，通常仅限于地面采样观测，缺少垂直空间方向上颗粒物相态的探测手段。在颗粒物浓度相对较高的大气边界层内，垂直方向上相对湿度往往有很大的变化，气溶胶的相态也一定存在很大差异。 北京大学物理学院大气与海洋科学系李成才副教授研究组与北京大学环境科学与工程学院朱彤教授研究组、吴志军研究员研究组共同合作，提出了一种新的利用偏振激光雷达获得气溶胶粒子相态垂直廓线的方法。气溶胶粒子对入射电磁波的散射过程，会造成散射光偏振特性的改变，如果利用线偏振光照射，散射光的偏振度相对于入射光会减小，这种改变称为气溶胶的退偏振能力。利用激光雷达观测的大气退偏振比可以对气溶胶粒子进行分类，例如非球形的冰晶和沙尘具有较大的退偏振比，而近于球形的城市气溶胶细粒子具有较小的退偏振比，区分沙尘与城市细粒子气溶胶的观测技术在国内外已经比较成熟，通常也是激光雷达业务观测的一项主要内容。但是把类似的观测进一步应用于区分城市气溶胶细粒子的特性，国际上尚没有相应的研究结果。通常来说，固态颗粒物形状不规则，而液态颗粒物更趋近于球型，不同相态的粒子退偏振能力存在差异。结合激光雷达垂直观测以及地面颗粒物相态仪的测量，研究组发现，激光雷达观测的城市气溶胶细粒子后向散射退偏振比与气溶胶粒子的弹跳率（与相态相关）具有很好的关系，从而建立了利用气溶胶粒子后向散射退偏振比反演气溶胶相态的参数化方案，并在国际上首次实现了长时间实时连续的气溶胶相态垂直廓线的探测。偏振激光雷达反演气溶胶粒子相态概念图 该研究成果已在线发表在美国化学学会（ACS）主办的环境与生态领域国际顶级期刊Environmental Science & Technology Letters（2018 IF=6.934）上。大气与海洋科学系博士研究生檀望舒为论文第一作者，通讯作者为李成才副教授。北京大学为唯一通讯作者单位。论文评审人之一对论文成果基于高度评价：“......to my knowledge, it is the first time in field studies. Particle phase states have been a hot topic because they can potentially influence the rates of gas-particle partitioning and multiphase reactions. I think this is a timely paper on this topic. The use of lidar depolarization to detect the particle phase states is novel”。

本项目利用一种新型结构独特的兼具准直和选频功能的混合菲涅尔透镜衍射光栅光学元件来实现一种小型集成化、窄线宽的半导体激光器。结合混合菲涅尔透镜衍射光栅光学元件外腔技术，使激光线宽小于50 kHz水平，实现微型化的厘米长度的窄线宽相干激光光源的批量制备。

本发明公开了一种测量大气水 Raman 谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统。该系统由发射单元、光 学接收与信号检测单元和控制单元组成。发射单元采用种子注入的固体激光器输出极窄线宽的 354.8nm 紫外激光并导向天顶;光学接收与信号检测单元收集来自大气物质的后向散射光，对 354.8nm 附近光产 生优于 15 个数量级的抑制，并以 0.8nm 的谱精度分辨与记录 393.0-424.0nm 谱带范围信号光;控制单元 保障整个雷达系统有序工作。在波长 354.8nm 紫外激光辐射下，气态、液态和固态水的振转 Raman 谱 区依次对应 395-409nm、396-410nm 和 401-418nm 范围。本发明可同时记录由三相态水产生的 Raman 谱 和由气溶胶粒子产生的荧光谱，实现对大气水和气溶胶等物质的同时探测。