CN105334519B - 基于三通道f-p标准具的多大气参数同时高精度探测激光雷达*** - Google Patents

基于三通道f-p标准具的多大气参数同时高精度探测激光雷达*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于三通道F‑P标准具的多大气参数同时高精度探测激光雷达***。其特征是：三通道标准具的通道I、II和III分别设计用于信号分离、风速探测和温度探测。大气后向散射光经第三1×2光纤耦合器的一个支端、第一光环路器的a→b路径进入标准具通道I进行分离。米信号透射并进入标准具通道II，利用第二光环路器实现通道II透反信号同时接收；瑞利信号反射并经第一光环路器的b→c路径进入第五1×2光纤耦合器的合束端，大部分信号经其一个支端进入标准具通道III。本发明所具有的优点和积极效果是：可同时对对流层大气风场、温度和气溶胶光学特性等大气参数进行高精度探测，克服了传统单参数探测技术反演误差较大或探测精度不高的缺点。

Description

基于三通道F-P标准具的多大气参数同时高精度探测激光雷 达***
技术领域
本发明涉及一种多大气参数同时高精度探测激光雷达***，特别涉及一种基于三通道F-P标准具的多大气参数同时高精度探测激光雷达***。
背景技术
目前，对气溶胶的探测主要有米散射激光雷达、偏振激光雷达和高光谱分辨率激光雷达。米散射激光雷达由于激光回波信号中包含散射系数和消光系数两个大气参量的信息，反演过程中就必须对当时的大气状态做一些假设，如假设激光雷达比等。而这些假设的值与真值往往存在较大的偏差，从而造成反演结果出现较大偏差。偏振激光雷达在用雷达方程反演气溶胶消光系数时，仍需要做与处理米散射雷达方程时同样的假设。高光谱分辨率气溶胶激光雷达利用气溶胶散射谱宽不同于其他散射谱，通过使用高分辨率的干涉仪、原子或分子吸收滤光器，从大气散射中将米散射和瑞利散射信号分离。这样，可以不需要假设大气的状态，直接导出消光系数，提高参数反演的准确性。然而，通过深入分析发现，在精确反演时，仍需要知道大气温度来扣除瑞利散射信号。激光雷达探测大气温度的方法主要有：差分吸收法、瑞利散射积分法、瑞利散射光谱分析法和转动喇曼散射法等。差分吸收法对激光波长的单色性要求很高，辐射波长的精度与谱线宽直接影响到温度测量的精度，同时需要稳定的待测气体浓度，实际一般很难达到。因此测量精度不高，并且要求至少两个探测波长，使***变得复杂，成本也高。瑞利散射积分法直接探测大气密度，再通过气体状态方程得到大气温度分布，该方法适合测量30km以上的中层大气。瑞利散射光谱分析法利用瑞利散射线宽与温度的函数关系测量大气温度。该方法需要借助高性能的分光器检测出光谱信息，实现测量。但是，由于低空大气中存在大量的气溶胶会产生很强的信号干扰，因此低空大气温度探测存在测量精度非常不足的缺陷。通过测量大气瑞利-布里渊散射谱的半高线宽实现对低空大气测温的方法虽然可以在频域上减小米氏散射的干扰、提高测量精度，但是由于散射谱的半高线宽与温度在理论上仅为近似关系，所以其测得的精度不高，约为5K。此外，具有高精度测温能力的拉曼激光雷达可以用于探测0～11km低空大气温度，其精度小于2K，但是拉曼散射信号的强度相对于米和瑞利散射要小3～4个量级，因此为实现准确的测量需要较大的激光能量、接收望远镜和高精度高效率的分光器，导致该方法检测成本高，使用范围受到很大限制。对大气风场的探测主要采用多普勒激光雷达。根据探测体制不同，所采用的鉴频技术有相干探测技术和直接探测技术。相干探测***具有很高的探测灵敏度，但它同时要求窄线宽脉冲激光技术和具有衍射极限的光学接收机，并且由于大气湍流对激光相干性的破坏，有效探测距离受到限制。由于探测技术的局限，该类***只适用于具有一定气溶胶密度环境下的风场观测，在远海海面等气溶胶密度很低的区域，它们将无能为力。相比而言，直接探测***对光学***和激光器的频谱要求明显降低，并且有效探测距离基本不受大气湍流的影响。而且，直接探测技术既可利用气溶胶，又可利用分子探测风速，是目前国际上测量中高层大气风场普遍采用的技术。直接探测技术可进一步分为边缘探测技术和条纹成像技术。其中基于F-P标准具边缘技术是目前成熟度较好、国际上最为普遍采用的技术。但是其在反演风速时，若是单边缘技术，需假定大气温度和后向散射比；若是双边缘技术，需假定大气温度。这样由于假定参数的不确定度造成较大的风速反演误差。此外，现有***没有充分利用F-P标准具反射信号的鉴频能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于三通道F-P标准具的多大气参数同时高精度探测激光雷达***，能用基于三通道F-P标准具的激光雷达同时高精度测量对流层大气风场、温度和气溶胶光学特性等大气参数。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的风速测量原理如图1所示，F-P标准具的三个通道分别设计为信号分离通道I、风速探测通道II和温度探测通道III。在测量过程中，望远镜接收到的信号先经信号通道I将米和瑞利后向散射信号分离，分离出的米散射信号再经通道II测量风速，分离出的瑞利散射信号再经通道III测量大气温度。为实现信号的有效、高效分离和气溶胶光学特性探测，通道I采用高光谱分辨率标准具；为提高风速探测灵敏度和信噪比，通过对标准具通道II的透射和反射信号同时接收进行风速测量，如图3所示；为提高温度探测精度，通道III利用标准具相邻两级谱对瑞利散射谱的两翼同时进行测量，如图2所示。采用三通道一体式F-P标准具不仅可以保证各通道频谱间的相对稳定性，而且能有效分离并充分利用米和瑞利后向信号。因此，基于该技术的激光雷达***可同时高精度探测对流层大气风场、温度和气溶胶光学特性。为了***结构紧凑与稳定，采用多模偏振不敏感的光学环行器实现信号分离。通过调研，目前市场上能提供的多模偏振不敏感的光学环行器的工作波长主要有850nm、1310nm和1550nm(DK PhotonicsTechnology Co.Limited；OF-Link Communications Co.，Ltd)。由于米散射强度与波长的1.3次方近似成反比，瑞利散射强度与波长的4次方成反比；单光子计数APD探测模块在850nm的量子效率达45％(美国Perkinelmer)，故采用850nm作为工作波长以获得强的探测信号，激光器则选用稳频窄线宽半导体激光器(美国Spectra Diode Labs；加拿大Teraxion；德国Toptica Photonics)。
本发明的结构由发射***、接收***、发射接收光学***和控制***等四个子***组成。采用外腔式半导体激光器和喇叭形二极管放大器组成MOPA结构的稳频窄线宽可调谐半导体激光***作为发射源，发射852nm的激光用于对流层大气风场、温度和气溶胶光学特性等参数进行探测。发射激光在经过第二光隔离器之后，再由分束镜分成两束。占有很少能量的反射光作为参考光进入第一1×2光纤耦合器的一个支端，在经过一段约100m长裸光纤后，其后向散射光由同侧另一支端口输出并进入第二1×2光纤耦合器的一个输入支端。占有绝大部分能量的透射光经过扩束镜压缩光束发散角后，依次通过45度反射镜、二维扫描仪的两个反射镜，最终以预设的方位角和天顶角垂直透过玻璃平板进入大气被测区域。其大气后向散射光由望远镜接收，依次经过中心波长为852nm的窄带滤光片滤光和一段200m长裸光纤跳线延时后，进入第二1×2光纤耦合器的另一个输入支端。从第二1×2光纤耦合器合束端输出的光信号进入第三1×2光纤耦合器的合束端后，一小部分经第三1×2光纤耦合器的一个输出支端由第一雪崩光电二极管接收；大部分由另一个输出支端输出后，经过第一光环路器的a→b路径，由第一准直镜准直后正入射到三通道FP标准具的通道I(信号分离通道)。其透射光信号利用第五凸透镜汇聚后进入第四1×2光纤耦合器的合束端后，一小部分经第四1×2光纤耦合器的一个输出支端由第二雪崩光电二极管接收；大部分由另一个输出支端输出后，经过第二光环路器的a→b路径，由第二准直镜准直后正入射到三通道FP标准具的通道II(风速探测通道)。其透射光信号利用第六凸透镜汇聚后由第三雪崩光电二极管接收；而反射光信号反向经过第二准直镜会聚后入射到第二光环路器的b端口，经过第二光环路器的b→c路径，直接由第四雪崩光电二极管接收。从三通道FP标准具的通道I反射的光信号反向经过第一准直镜会聚后入射到第一光环路器的b端口，经过第一光环路器的b→c路径进入第五1×2光纤耦合器的合束端。其中一小部分经第五1×2光纤耦合器的一个输出支端由第五雪崩光电二极管接收；大部分经第五1×2光纤耦合器的另一个输出支端输出，再由第三准直镜准直后正入射到三通道FP标准具的通道III(温度探测通道)。其透射光信号利用第七凸透镜汇聚后由第六雪崩光电二极管接收。六个雪崩光电二极管探测器的输出信号先由多通道采集卡采集，再由工控机进行数据处理、存储、数据反演以及结果显示等。整个***的激光器、FP标准具、二维扫描仪、多通道采集卡等均通过RS232接口由计算机控制。本发明由外腔式半导体激光器、第一凸透镜、第一光隔离器、第二凸透镜、第三凸透镜、喇叭形二极管放大器、第二光隔离器、分束镜、扩束镜、45度反射镜、二维扫描仪、玻璃平板、卡塞格林望远镜、第四凸透镜、窄带滤光片、200m长裸光纤跳线、第一1×2光纤耦合器、100m长裸光纤、第二1×2光纤耦合器、第三1×2光纤耦合器、第一雪崩光电二极管、第一光环路器、第一准直镜、三通道FP标准具、第五凸透镜、第四1×2光纤耦合器、第二雪崩光电二极管、第二光环路器、第二准直镜、第六凸透镜、第一光纤跳线、第三雪崩光电二极管、第四雪崩光电二极管、第五1×2光纤耦合器、第五雪崩光电二极管、第三准直镜、第七凸透镜、第二光纤跳线、第六雪崩光电二极管、多通道采集卡、种子激光驱动电源、放大器驱动电源、触发电路、FP标准具控制器、二维扫描仪控制器和工控机组成，其特征是：外腔式半导体激光器分别和种子激光驱动电源、触发电路相连，外腔式半导体激光器发出的种子激光先后经第一凸透镜、第一光隔离器、第二凸透镜、第三凸透镜、喇叭形二极管放大器、第二光隔离器后由分束镜分为两束，透射光束通过扩束镜扩束后，经卡塞格林望远镜内的45度反射镜后，沿卡塞格林望远镜的光轴方向射向二维扫描仪内，经过二维扫描仪导光后，垂直透过玻璃平板进入大气探测区域，二维扫描仪的第一块反射镜与卡塞格林望远镜的光轴呈45度夹角，玻璃平板和二维扫描仪的第二块反射镜呈45度夹角，二维扫描仪通过数据控制线和二维扫描仪控制器相连，大气后向散射信号经由卡塞格林望远镜收集，在经过第四凸透镜、窄带滤光片后，耦合进入200m长裸光纤跳线的一端，200m长裸光纤跳线的另一端和第二1×2光纤耦合器的一个支路端相连，第二1×2光纤耦合器的合束端和第三1×2光纤耦合器的合束端相连，分束镜的反射光束耦合进入第一1×2光纤耦合器的一个支路端，第一1×2光纤耦合器的合束端和另一个支路端分别和100m长裸光纤、第二1×2光纤耦合器另一个支路端相连，第三1×2光纤耦合器的两个支路端分别和第一雪崩光电二极管、第一光环路器的a端相连，第一光环路器的b端和第一准直镜、三通道FP标准具的通道I、第五凸透镜、第四1×2光纤耦合器的合束端呈光路相通，第一光环路器b端出光点在第一准直镜的物方焦点上，第四1×2光纤耦合器的两个支路端分别和第二雪崩光电二极管、第二光环路器的a端相连，第二光环路器的b端和第二准直镜、三通道FP标准具的通道II、第六凸透镜、第一光纤跳线的一端呈光路相通，第一光纤跳线的另一端和第三雪崩光电二极管相连，第二光环路器b端出光点在第二准直镜的物方焦点上，第二光环路器的c端用光纤和第四雪崩光电二极管相连，第一光环路器的c端与第五1×2光纤耦合器的合束端相连，第五1×2光纤耦合器的一个支路端和第五雪崩光电二极管相连，第五1×2光纤耦合器的另一个支路端出光点在第三准直镜的物方焦点上，并和第三准直镜、三通道FP标准具的通道III、第七凸透镜、第二光纤跳线的一端呈光路相通，第二光纤跳线的另一端和第六雪崩光电二极管相连，第一雪崩光电二极管、第二雪崩光电二极管、第三雪崩光电二极管、第四雪崩光电二极管、第五雪崩光电二极管、第六雪崩光电二极管分别和多通道采集卡相连，多通道采集卡和触发电路相连，放大器驱动电源和喇叭形二极管放大器相连，FP标准具控制器和三通道FP标准具相连，二维扫描仪控制器和二维扫描仪相连，种子激光驱动电源、放大器驱动电源、触发电路、FP标准具控制器、二维扫描仪控制器与工控机相连，由工控机统一控制。
由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：与现有的激光雷达***相比：1、实现了单台雷达同时高精度测量对流层大气风场、温度和气溶胶光学特性；2、对风场测量采用了基于两级FP标准具并利用后级FP标准具透射反射谱的双边缘米散射大气风场探测技术。采用前级FP标准具滤除了绝大部分瑞利散射信号和背景信号，提高了入射到后级标准具的米散射信号的信噪比；对后级FP标准具的透射信号和反射信号同时探测，充分利用了反射信号的鉴频能力，在提高了探测信噪比的同时，使风速探测灵敏度提高了一倍；3、对温度测量采用了基于两级FP标准具并利用后级FP标准具相邻两级透射谱的瑞利散射大气温度探测技术。采用前级FP标准具滤除了绝大部分米散射信号和部分背景信号，提高了入射到后级标准具的瑞利散射信号的信噪比，大大降低了米散射信号对温度测量的影响；利用后级FP标准具的相邻两级透射谱对瑞利散射谱两翼同时探测，在提高了探测信噪比的同时，使温度探测灵敏度提高了一倍。此外，通过增加测量从前级FP标准具反射的部分信号，实现了对大气温度的绝对测量。
附图说明
图1是本发明的多参数同时高精度测量原理图。
图2是本发明的基于两级FP标准具并利用后级FP标准具相邻两级透射谱的瑞利散射大气温度测量原理图。
图3是本发明的基于两级FP标准具并利用后级FP标准具透射反射谱的双边缘米散射大气风场测量原理图。
图4是本发明的结构框图。
图中1.外腔式半导体激光器，2.第一凸透镜，3、第一光隔离器，4.第二凸透镜，5.第三凸透镜，6.喇叭形二极管放大器，7.第二光隔离器，8.分束镜，9.扩束镜，10.45度反射镜，11.二维扫描仪，12.玻璃平板，13.卡塞格林望远镜，14.第四凸透镜，15.窄带滤光片，16.200m长裸光纤跳线，17.第一1×2光纤耦合器，18.100m长裸光纤，19.第二1×2光纤耦合器，20.第三1×2光纤耦合器，21.第一雪崩光电二极管，22.第一光环路器，23.第一准直镜，24.三通道FP标准具，25.第五凸透镜，26.第四1×2光纤耦合器，27.第二雪崩光电二极管，28.第二光环路器，29.第二准直镜，30.第六凸透镜，31.第一光纤跳线，32.第三雪崩光电二极管，33.第四雪崩光电二极管，34.第五1×2光纤耦合器，35.第五雪崩光电二极管，36.第三准直镜，37.第七凸透镜，38.第二光纤跳线，39.第六雪崩光电二极管，40.多通道采集卡，41.种子激光驱动电源，42.放大器驱动电源，43.触发电路，44.FP标准具控制器，45.二维扫描仪控制器，46.工控机。
具体实施方式
在图2中，外腔式半导体激光器(1)分别和种子激光驱动电源(41)、触发电路(43)相连，外腔式半导体激光器(1)发出的种子激光先后经第一凸透镜(2)、第一光隔离器(3)、第二凸透镜(4)、第三凸透镜(5)、喇叭形二极管放大器(6)、第二光隔离器(7)后由分束镜(8)分为两束，透射光束通过扩束镜(9)扩束后，经卡塞格林望远镜(13)内的45度反射镜(10)后，沿卡塞格林望远镜(13)的光轴方向射向二维扫描仪(11)内，经过二维扫描仪(11)导光后，垂直透过玻璃平板(12)进入大气探测区域，二维扫描仪(11)的第一块反射镜与卡塞格林望远镜(13)的光轴呈45度夹角，玻璃平板(12)和二维扫描仪(11)的第二块反射镜呈45度夹角，二维扫描仪(11)通过数据控制线和二维扫描仪控制器(45)相连，大气后向散射信号经由卡塞格林望远镜(13)收集，在经过第四凸透镜(14)、窄带滤光片(15)后，耦合进入200m长裸光纤跳线(16)的一端，200m长裸光纤跳线(16)的另一端和第二1×2光纤耦合器(19)的一个支路端相连，第二1×2光纤耦合器(19)的合束端和第三1×2光纤耦合器(20)的合束端相连，分束镜(8)的反射光束耦合进入第一1×2光纤耦合器(17)的一个支路端，第一1×2光纤耦合器(17)的合束端和另一个支路端分别和100m长裸光纤(18)、第二1×2光纤耦合器(19)另一个支路端相连，第三1×2光纤耦合器(20)的两个支路端分别和第一雪崩光电二极管(21)、第一光环路器(22)的a端相连，第一光环路器(22)的b端和第一准直镜(23)、三通道FP标准具(24)的通道I、第五凸透镜(25)、第四1×2光纤耦合器(26)的合束端呈光路相通，第一光环路器(22)b端出光点在第一准直镜(23)的物方焦点上，第四1×2光纤耦合器(26)的两个支路端分别和第二雪崩光电二极管(27)、第二光环路器(28)的a端相连，第二光环路器(28)的b端和第二准直镜(29)、三通道FP标准具(24)的通道II、第六凸透镜(30)、第一光纤跳线(31)的一端呈光路相通，第一光纤跳线(31)的另一端和第三雪崩光电二极管(32)相连，第二光环路器(28)b端出光点在第二准直镜(29)的物方焦点上，第二光环路器(28)的c端用光纤和第四雪崩光电二极管(33)相连，第一光环路器(22)的c端与第五1×2光纤耦合器(34)的合束端相连，第五1×2光纤耦合器(34)的一个支路端和第五雪崩光电二极管(35)相连，第五1×2光纤耦合器(34)的另一个支路端出光点在第三准直镜(36)的物方焦点上，并和第三准直镜(36)、三通道FP标准具(24)的通道III、第七凸透镜(37)、第二光纤跳线(38)的一端呈光路相通，第二光纤跳线(38)的另一端和第六雪崩光电二极管(39)相连，第一雪崩光电二极管(21)、第二雪崩光电二极管(27)、第三雪崩光电二极管(32)、第四雪崩光电二极管(33)、第五雪崩光电二极管(35)、第六雪崩光电二极管(39)分别和多通道采集卡(40)相连，多通道采集卡(40)和触发电路(43)相连，放大器驱动电源(42)和喇叭形二极管放大器(6)相连，FP标准具控制器(44)和三通道FP标准具(24)相连，二维扫描仪控制器(45)和二维扫描仪(11)相连，种子激光驱动电源(41)、放大器驱动电源(42)、触发电路(43)、FP标准具控制器(44)、二维扫描仪控制器(45)与工控机(46)相连，由工控机(46)统一控制。
本发明的工作原理为：发射激光由分束镜(8)反射一小部分，利用100m长裸光纤(18)后向散射展宽成准连续光作为参考光，经过三通道FP标准具(24)的通道I和II，利用第二雪崩光电二极管(27)和第一雪崩光电二极管(21)接收信号的比值、第三雪崩光电二极管(32)和第二雪崩光电二极管(27)接收信号比值测量参考光频率并将其锁定在通道II标准具透过率的左腰半高宽处，即通道I标准具透过率的峰值位置附近，如图1所示。大部分发射激光透射经过分束镜(8)后，由扩束镜(9)扩束进入卡塞格林望远镜(13)，经过二维扫描仪(11)导光后，以指定的方向进入大气探测区域。工作过程中，一个探测周期内二维扫描仪(11)采用三波束扫描的工作方式，一束为垂直发射，另两束发射仰角都为60°，各指向正东和正南。当光束为垂直发射时，由于垂直风速很小，多普勒频移可以忽略，后向散射光经过三通道FP标准具(24)的通道I后，绝大部分米散射信号和极少量的瑞利散射信号透射进入第四1×2光纤耦合器(26)的合束端；绝大部分瑞利散射信号和极少量的米散射信号反射并由第三准直镜(36)准直后进入三通道FP标准具(24)的通道III。通过第二雪崩光电二极管(27)接收信号和第五雪崩光电二极管(35)接收信号的比值，以及第一雪崩光电二极管(21)的接收信号修正，可以测量出气溶胶后向散射比。同时，通过设计三通道FP标准具(24)的自由谱间距，使通道III相邻两级透射谱分布在瑞利散射谱的两翼。由于瑞利散射谱谱宽与大气温度的平方根成正比，温度的变化将引起瑞利散射谱谱宽变化，从而引起瑞利散射信号经过三通道FP标准具(24)的通道III透过率的变化，通过第六雪崩光电二极管(39)接收信号和第五雪崩光电二极管(35)接收信号的比值，以及第一雪崩光电二极管(21)的接收信号标定，可以测量出大气温度，如图2所示。当发射仰角为60°，分别指向正东和正南时，由于风速作用，后向散射光存在多普勒频移。后向散射光经过三通道FP标准具(24)的通道I后，大部分米散射信号和少量的瑞利散射信号透射进入第四1×2光纤耦合器(26)的合束端，再由第二准直镜(29)准直后进入三通道FP标准具(24)的通道II。由于多普勒频移会引起信号进入通道II的米散射信号透过率和反射率变化，利用光束垂直发射时得到的大气温度和气溶胶后向散射比，将第二雪崩光电二极管(27)、第三雪崩光电二极管(32)、第四雪崩光电二极管(33)接收到的信号中包含的少量瑞利散射信号扣除，再通过扣除后的第三雪崩光电二极管(32)接收信号和第二雪崩光电二极管(27)接收信号的比值、第四雪崩光电二极管(33)接收信号和第二雪崩光电二极管(27)接收信号的比值，可以测量出风速，如图3所示。

Claims (1)

1.一种基于三通道F-P标准具的多大气参数同时高精度探测激光雷达***，由外腔式半导体激光器、第一凸透镜、第一光隔离器、第二凸透镜、第三凸透镜、喇叭形二极管放大器、第二光隔离器、分束镜、扩束镜、45度反射镜、二维扫描仪、玻璃平板、卡塞格林望远镜、第四凸透镜、窄带滤光片、200m长裸光纤跳线、第一1×2光纤耦合器、100m长裸光纤、第二1×2光纤耦合器、第三1×2光纤耦合器、第一雪崩光电二极管、第一光环路器、第一准直镜、三通道FP标准具、第五凸透镜、第四1×2光纤耦合器、第二雪崩光电二极管、第二光环路器、第二准直镜、第六凸透镜、第一光纤跳线、第三雪崩光电二极管、第四雪崩光电二极管、第五1×2光纤耦合器、第五雪崩光电二极管、第三准直镜、第七凸透镜、第二光纤跳线、第六雪崩光电二极管、多通道采集卡、种子激光驱动电源、放大器驱动电源、触发电路、FP标准具控制器、二维扫描仪控制器和工控机组成，其特征是：外腔式半导体激光器(1)分别和种子激光驱动电源(41)、触发电路(43)相连，外腔式半导体激光器(1)发出的种子激光先后经第一凸透镜(2)、第一光隔离器(3)、第二凸透镜(4)、第三凸透镜(5)、喇叭形二极管放大器(6)、第二光隔离器(7)后由分束镜(8)分为两束，透射光束通过扩束镜(9)扩束后，经卡塞格林望远镜(13)内的45度反射镜(10)后，沿卡塞格林望远镜(13)的光轴方向射向二维扫描仪(11)内，经过二维扫描仪(11)导光后，垂直透过玻璃平板(12)进入大气探测区域，二维扫描仪(11)的第一块反射镜与卡塞格林望远镜(13)的光轴呈45度夹角，玻璃平板(12)和二维扫描仪(11)的第二块反射镜呈45度夹角，二维扫描仪(11)通过数据控制线和二维扫描仪控制器(45)相连，大气后向散射信号经由卡塞格林望远镜(13)收集，在经过第四凸透镜(14)、窄带滤光片(15)后，耦合进入200m长裸光纤跳线(16)的一端，200m长裸光纤跳线(16)的另一端和第二1×2光纤耦合器(19)的一个支路端相连，第二1×2光纤耦合器(19)的合束端和第三1×2光纤耦合器(20)的合束端相连，分束镜(8)的反射光束耦合进入第一1×2光纤耦合器(17)的一个支路端，第一1×2光纤耦合器(17)的合束端和另一个支路端分别和100m长裸光纤(18)、第二1×2光纤耦合器(19)另一个支路端相连，第三1×2光纤耦合器(20)的两个支路端分别和第一雪崩光电二极管(21)、第一光环路器(22)的a端相连，第一光环路器(22)的b端和第一准直镜(23)、三通道FP标准具(24)的通道I、第五凸透镜(25)、第四1×2光纤耦合器(26)的合束端呈光路相通，第一光环路器(22)b端出光点在第一准直镜(23)的物方焦点上，第四1×2光纤耦合器(26)的两个支路端分别和第二雪崩光电二极管(27)、第二光环路器(28)的a端相连，第二光环路器(28)的b端和第二准直镜(29)、三通道FP标准具(24)的通道II、第六凸透镜(30)、第一光纤跳线(31)的一端呈光路相通，第一光纤跳线(31)的另一端和第三雪崩光电二极管(32)相连，第二光环路器(28)b端出光点在第二准直镜(29)的物方焦点上，第二光环路器(28)的c端用光纤和第四雪崩光电二极管(33)相连，第一光环路器(22)的c端与第五1×2光纤耦合器(34)的合束端相连，第五1×2光纤耦合器(34)的一个支路端和第五雪崩光电二极管(35)相连，第五1×2光纤耦合器(34)的另一个支路端出光点在第三准直镜(36)的物方焦点上，并和第三准直镜(36)、三通道FP标准具(24)的通道III、第七凸透镜(37)、第二光纤跳线(38)的一端呈光路相通，第二光纤跳线(38)的另一端和第六雪崩光电二极管(39)相连，第一雪崩光电二极管(21)、第二雪崩光电二极管(27)、第三雪崩光电二极管(32)、第四雪崩光电二极管(33)、第五雪崩光电二极管(35)、第六雪崩光电二极管(39)分别和多通道采集卡(40)相连，多通道采集卡(40)和触发电路(43)相连，放大器驱动电源(42)和喇叭形二极管放大器(6)相连，FP标准具控制器(44)和三通道FP标准具(24)相连，二维扫描仪控制器(45)和二维扫描仪(11)相连，种子激光驱动电源(41)、放大器驱动电源(42)、触发电路(43)、FP标准具控制器(44)、二维扫描仪控制器(45)与工控机(46)相连，由工控机(46)统一控制。
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