CN111089824B

CN111089824B - 一种大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置

Info

Publication number: CN111089824B
Application number: CN201911358993.9A
Authority: CN
Inventors: 董云升; 张天舒; 刘文清; 刘建国; 苏林; 胡斯勒图; 史宇辰; 付毅宾; 吕立慧; 项衍; 范广强; 刘吉瑞
Original assignee: Anhui University; Hefei Institutes of Physical Science of CAS; Institute of Remote Sensing and Digital Earth of CAS
Current assignee: Anhui University; Hefei Institutes of Physical Science of CAS; Institute of Remote Sensing and Digital Earth of CAS
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2039-12-25
Also published as: CN111089824A

Abstract

本发明公开了一种大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，包括多波长探测光源、激光雷达发射光学系统、激光雷达接收光学系统等；多波长探测光波长分别位于红外、可见和紫外波段，经过激光雷达发射光学系统发射到大气中，不同波长探测光与大气颗粒物和氮气相互作用后，产生不同波长弹性散射信号和拉曼散射信号，被激光雷电接收光学系统鉴别和接收，由瞬态记录仪采集、转换和保存为数字信号，反演计算获得的光路上不同高度的高分率高精度的颗粒物粒径谱时空分布数据。本发明可以实现对大气颗粒物粒径谱时空分布进行昼夜全天候观测，获取大气颗粒物粒径谱随高度变化的立体数据，具有较高的时间分辨率、空间分辨率和高探测精度。

Description

一种大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置

技术领域

本发明涉及光学遥测接收装置的技术领域，具体涉及一种大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，属于多波长激光源、激光雷达探测技术和高精密光谱仪光谱分辨技术，建立八通道多波长大气颗粒粒径谱时空分布激光雷达装置，实现对大气颗粒物粒径谱分布自动连续监测。

背景技术

大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，是根据大气颗粒物在不同波长的光谱散射差异的特征进行主动遥感探测的工具，能够快速获取大气颗粒粒径谱垂直或水平分布状态，具有高时间、空间和光谱分辨率、大尺度遥感探测、昼夜连续监测等优点。早在上世纪六七十年就被广泛应用于大气、海洋、环境、空间遥感探测等领域。近年来，随着激光技术、信号探测采集技术、光学机械精密加工技术的不断提高，激光雷达技术获得了长足的进步，其稳定性、可靠性、探测精度已经完全能够满足环境监测研究的需求，尤其大尺度遥感探测等特点有效弥补了传统的大气环境监测仪器的不足，因而，受到国内外大气污染研究人员和工程技术人员的青睐。

灰霾颗粒物污染是悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒的集合体，使空气浑浊，水平能见度降低到10公里以下的一种天气现象，是多污染物相互作用复杂污染天气过程。大气中的污染气体、臭氧、挥发性有机物等相互耦合进行二次化学反应，形成高浓度细粒子污染，造成空气能见度降低、地面臭氧浓度升高、大气氧化性增强，是产生灰霾颗粒物污染的主要原因。颗粒物污染天气出现时，颗粒物的消光作用大大降低地面大气能见度，给城市景观、交通安全和市民生活造成直接负面影响，灰霾颗粒物中细粒子会引起人体肺功能的改变，导致心血管和哮喘疾病的增加，灰霾颗粒物污染携带的细菌和病毒，成为传染病的传染途径之一，有研究报道灰霾污染天数的增长与肺癌发病率成正比。此外，灰霾颗粒物还会降低太阳光到达地面的总辐射，严重影响区域气候。灰霾颗粒物污染已成为我国很多城市的共同忧患，上海、广州、天津、深圳等城市的污染天数已占全年总天数的30％～50％，细粒子PM2.5质量浓度超过美国标准2～6倍。我国灰霾颗粒物污染是多污染物相互作用、多种污染过程相互耦合、多区域污染相互关联的复杂污染体系，是我国经济发展过程中新出现的复杂环境问题，这是比发达国家还严重得多的污染现象，成为制约区域经济发展的重大瓶颈因素。近年来，灰霾污染发生的频率不断提高，污染程度正不断升级，污染范围持续扩大，有效控制城市和区域灰霾污染和改善空气质量是当前重大的国家需求。针对灰霾颗粒物污染开展粒径谱连续在线立体观测，有助于开展灰霾的成因研究，科学地制定灰霾污染控制的方法与手段，满足当前我国灰霾颗粒物污染控制和空气质量改善的迫切需求。

对国内外已公开发表文献调研发现，目前利用激光雷达技术对大气颗粒物粒径谱开展监测研究报道可分为两类：一类为激光雷达联合其他地基探测仪器(如气象探空仪、气溶胶粒子谱分析仪、太阳光度计、PM10和PM2.5探测仪等)对大气灰霾进行的实验研究，这种研究报道一般多为大型综合观测实验，要求多种仪器同步观测。早在上世纪八十年代，欧美国家就开始利用地基或机载雷达联合其他各种仪器对灰霾开展过一系列的观测研究，Lawrence F.Radke等人用机载雷达及其他仪器，对美国东海岸至加拿大巴芬岛的大气特性进行了观测研究，报道新鲜污染、灰霾污染以及中纬度干净大气特性和垂直分布规律；P.Wendling对北极的大气灰霾及垂直分布进行观测，与地面其他监测结果进行了对比，并计算分析了灰霾辐射效应；M.Stock等人在2008年利用地基雷达和太阳光度计等设备对北极的灰霾与烟羽进行观测研究，对灰霾和烟羽的光学特性进行对比分析；Y.K Tiwari等人使用氩离子激光雷达对重污染城市普纳进行了观测，结果表明灰霾污染主要分布在近地面层，灰霾的最大浓度常出现在清晨日出前，较低浓度值一般在晚上日落后的数小时，在冬季和前雨季期间，反之亦然。国内的中科院大气物理所、东华大学、中国气象局广州热带海洋气象研究所、武汉大学、中国海洋大学等单位的研究小组也利用激光雷达技术对大气灰霾污染开展了很多卓有成效的研究。这些研究中所使用激光雷达探测波长主要为可见光波段，主要为米散射激光雷达，探测功能相对比较单一，主要对气溶胶的消光系数和空间垂直分布进行观测，无法实现对颗粒物粒径谱的探测。颗粒物粒径谱等参数一般使用地面层粒径谱仪获取，无法是空间上颗粒物粒径谱的探测，显然地面观测的粒径谱数据并不能真正的反应高空颗粒物的实际情况，会引入较大误差，但是不可否认，此种研究方法已经极大推动我们对颗粒物粒径谱分布的认识和了解，很多科研团队也正是使用这种方法科学地解释了很多问题，取得巨大成就。

现有进行粒径谱探测的设备主要为TSI公司3321型空气动力学粒径谱仪，提供0.5微米至20微米粒径范围粒子的高分辨率、实时空气动力学检测。TSI3321 APS是利用双束激光粒径测量原理测量气溶胶粒子的粒径。采用上下两束间距为d的激光沿垂直于粒子飞行路径的轴线照射到飞行的气溶胶粒子上，当粒子通过焦点时与激光束碰撞产生的散射光分别被收集至两个光电倍增管(PMT)，PMT产生的电脉冲信号经过放大和整形，再输入到时标电路，由该时标电路即可测出气溶胶粒子在这两束激光间飞行时所用的时间，由此计算出粒子的飞行速度。由于粒子惯性不同，将获得一个速度分布(一般在几百m/s的数量级)，较小的粒子获得较大的速度，而较大的粒子则获得较小的速度。利用这个性质，先用粒径已知的标准粒子得到粒子飞行速度与粒径大小的关系曲线，利用定标曲线，以后只要测出待测气溶胶粒子的飞行速度即可得到该粒子粒径大小。基于空气动力学粒径谱仪与本专利申请保护的装置采用不同的原理。

现有多波长激光雷达中，西安理工大学、北方民族大学、武汉大学等单位开展大量的、卓有成效的研究，设备性能十分优异。但是，已申请专利或发表文献中使用激光滤光片进行分光处理，并未使用光谱仪分光的方法进行多波长激光雷达设计；在激光雷达光源方面，本发明申请保护的装置采用重复频率为5KHz的高重复频率的探测光，单脉冲能量比较低，与已申请专利保护或发表文献中光源具有本质的差别。本发明申请保护的装置可以昼夜连续观测，具有时间分辨率和空间分辨率高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种多波长大气颗粒粒径谱时空分布激光雷达装置，装置具有八个探测通道，实现对大气颗粒物粒径谱分布自动连续监测。

本发明技术解决方案：一种大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，包括：光学平台、探测激光光源、激光扩束镜一、发射反射棱镜一、发射镜片、发射反射棱镜二、激光雷达接收望远镜系统、主镜、次镜、调焦结构单元、光纤调整结构、信号光纤、信号探测系统、信号光准直器、二向色镜一、检偏棱镜一、信号反射镜片一、二向色镜二、二向色镜三、二向色镜四、检偏棱镜二、信号反射镜片二、扩束镜二、光栅、信号反射镜片三；信号工控机机、瞬态记录仪和信号同步器；所述探测激光光源、激光扩束镜一和激光雷达接收望远镜系统安装在光学平台上，相对位置固定，探测激光光源和激光扩束镜一具有相同的中心；所述探测激光光源发射红外波段、可见波段和紫外波段的三个波长的探测光，经过激光扩束镜一进行扩束准直，扩束后探测光发散角均小于0.1mrad，经过发射反射棱镜一、发射镜片和发射反射棱镜二被发射到大气中；所述发射反射棱镜一和发射反射棱镜二固定不可调节，发射镜片可以高精度调整，光束指向性调整精度为0.01mrad；所述激光雷达接收望远镜系统由主镜和次镜组成，探测光与大气中颗粒物相互作用后产生的后向散射信号被激光雷达接收望远镜系统接收，经过主镜和次镜汇聚到光纤中；所述调焦结构单元由固定法兰和移动法兰和光纤调整结构组成，固定法兰和移动法兰的相对位置可以自由调整，调整过程中移动法兰中心高恒定不变，光纤调整结构安装在移动法兰上，光纤安装在光纤调整结构上，首先调整移动法兰，使得光纤的端面位于望远镜的焦平面上，固定法兰固定旋钮锁定移动法兰，再调整光纤调整结构的精密调整旋钮，调整光纤倾斜角度，使得激光雷达接收望远镜系统收集的信号光完全进入光纤中；所述信号探测系统主要由信号光准直器、二向色镜一、检偏棱镜一、信号反射镜片一、二向色镜二、二向色镜三、二向色镜四、检偏棱镜二、信号反射镜片二、扩束镜二、光栅、信号反射镜片三、光学滤光片一、雪崩光电二极管、光学滤光片二、光电倍增管二、光学滤光片三、光电倍增管三、光学滤光片四、光电倍增管四、光学滤光片五、光电倍增管五、光学滤光片六、光电倍增管五、光电倍增管七和光电倍增管八组成，信号光经光纤传输后，进入信号光准直器将信号光准直成近平行信号光，二向色镜一将紫外探测光的回波信号光检出，紫外探测光的回波信号光经过检偏棱镜一，被分解为垂直偏振态和平行偏振态的紫外信号光，垂直偏振态紫外信号光经过光学滤光片五，进入光电倍增管五转换为UVS通道电信号，平行偏振态紫外信号光经过反射镜片一和光学滤光片六，进入光电倍增管六转换为UVP通道电信号；二向色镜二将紫外探测光产生的水汽和氮气拉曼信号检出，经过扩束镜二准直和光栅检波，分别进入光电倍增管七和光电倍增管八转换为对应的UVNR电信号和UVWR电信号；二向色镜三将红外波长信号检出，经过光学滤光片一，由雪崩光电二极管转换为IR通道电信号；二向色镜四检出可见光探测波段的信号光与其产生的氮气拉曼信号光检出，可见光波段探测光的信号光经过检偏棱镜二，分解为垂直偏振态和平行偏振态的信号光，垂直偏振态可见光探测波段的信号光经过光学滤光片三，进入探测器光电倍增管五转换为VLS通道电信号，偏振态可见光探测波段的信号光经过光学滤光片四，进入光电倍增管四转换为VLP通道电信号，可见光波段探测光产生的氮气拉曼信号光经过光学滤光片二，进入光电倍增管二转换为VLNR通道信号光；所述工控机自动控制系统各部件工作，工控机分别给探测激光光源和瞬态记录仪发送工作信号，探测激光光源进入工作状态，向工控机返回信号；所述同步器监测到激光光源发出激光脉冲时，向瞬态记录仪发送同步采集信号，并反馈信号给信号工控机，信号工控机同步接收瞬态记录仪采集的UVS、UVP、UVNR、UVWR、IR、VLS、VLP和VLNR电信号，并将实际采集脉冲数实时传送信号工控机，信号工控机根据瞬态记录仪反馈的实际采集脉冲数进行计时，同时监控不同部件的工作状态；计时脉冲数结束后，信号工控机向激光光源和瞬态记录仪发送停止工作命令，同时信号工控机将采集到的信号数据、采集参数和仪器工作状态数据保存为激光雷达数据，利用大气颗粒物粒径谱时空分布反演方法进行数据处理，得到所测光路上的距离分辨的大气颗粒物粒径谱时空廓线。

进一步地，所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，所述光纤特点为双光纤芯接收激光雷达接收望远镜系统收集的信号光，其中一个光纤芯垂直光纤端面，另一个光纤芯进行倾斜设计，两个光纤芯夹角可在10°至30°之间。

进一步地，所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，所述装置具有较大接收口径，激光雷达接收望远镜系统接收口径大于400mm，但同时保证所述装置具有较小盲区，盲区小于80m。

进一步地，所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，所述同步器具体高速同步特点，由于时间同步导致探测误差小于0.3m。

进一步地，所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，所述探测激光光源为高重复频率高单脉冲能量的激光器，工作频率5KHz，单脉冲能量为1mj；

进一步地，所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，所述装置可以三个探测波长八个接收通道，进行昼夜连续探测。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明中一种新型大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，具有八探测通道，探测范围能够覆盖大气颗粒红外波段、可见波段和紫外波段，能够实现不同波长拉曼信号、米散射信号和偏振信号的探测，具有较高探测精度。

(2)本发明中一种新型大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置使用光谱仪进行多波长激光雷达信号检波设计，可以大大增加信号带外抑制强度，解决了拉曼信号在白天无法探测的问题，使得装置可以昼夜连续工作。

(3)本发明中一种新型大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，采用双光纤芯分段接收激光雷达接收望远镜系统信号，其中一个光纤芯垂直光纤端面，另一个光纤芯进行倾斜设计，两个光纤芯夹角可在10°至30°之间。解决了探测盲区的问题，可是实现“无盲区”探测，这是激光雷达遥测技术在城市环境污染研究应用需要解决的问题。

(4)本发明中使用了探测光源均为商业化激光光源，与其他水汽激光雷达的相比，各个部件成本大大降级，手工手动操作的步骤大大减少，更有利于自动化运行，有利于产业化和业务化长时间自动运行。

附图说明

图1为本发明一种大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置的组成框图。

其中：光学平台1、探测激光光源2、激光扩束镜一3、发射反射棱镜一4、发射镜片5、发射反射棱镜二6、激光雷达接收望远镜系统7、主镜8、次镜9、调焦结构单元10、固定法兰11、移动法兰12、固定旋钮13、光纤调整结构14、精密调整旋钮15、信号光纤16、信号探测系统17、信号光准直器18、二向色镜一20、检偏棱镜一21、信号反射镜片一22、二向色镜二23、二向色镜三24、二向色镜四25、检偏棱镜二26、信号反射镜片二27、扩束镜二28、光栅29、信号反射镜片三30、光学滤光片一31、雪崩光电二极管32、光学滤光片二33、光电倍增管二34、光学滤光片三35、光电倍增管三36、光学滤光片四37、光电倍增管四38、光学滤光片五39、光电倍增管五40、光学滤光片六41、光电倍增管六42、光电倍增管七43、光电倍增管八44、信号工控机45、瞬态记录仪46、信号同步器47。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，一种大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，包括：光学平台1、探测激光光源2、激光扩束镜一3、发射反射棱镜一4、发射镜片5、发射反射棱镜二6、激光雷达接收望远镜系统7、主镜8、次镜9、调焦结构单元10、光纤调整结构14、信号光纤16、信号探测系统17、信号光准直器18、二向色镜一20、检偏棱镜一21、信号反射镜片一22、二向色镜二23、二向色镜三24、二向色镜四25、检偏棱镜二26、信号反射镜片二27、扩束镜二28、光栅29、信号反射镜片三30；信号工控机45、瞬态记录仪46和信号同步器47；所述探测激光光源2、激光扩束镜一3和激光雷达接收望远镜系统7安装在光学平台1上，相对位置固定，探测激光光源2和激光扩束镜一3具有相同的中心；所述探测激光光源2发射红外波段、可见波段和紫外波段的三个波长的探测光，经过激光扩束镜一3进行扩束准直，扩束后探测光发散角均小于0.1mrad，经过发射反射棱镜一4、发射镜片5和发射反射棱镜二6被发射到大气中；所述发射反射棱镜一4和发射反射棱镜二6固定不可调节，发射镜片5可以高精度调整，光束指向性调整精度为0.01mrad；所述激光雷达接收望远镜系统7由主镜8和次镜9组成，探测光与大气中颗粒物相互作用后产生的后向散射信号被激光雷达接收望远镜系统7接收，经过主镜8和次镜9汇聚到信号光纤16中；所述调焦结构单元10由固定法兰11和移动法兰12和光纤调整结构14组成，固定法兰11和移动法兰12的相对位置可以自由调整，调整过程中移动法兰中心高恒定不变，光纤调整结构14安装在移动法兰12上，信号光纤16安装在光纤调整结构14上，首先调整移动法兰12，使得信号光纤16的端面位于激光雷达接收望远镜系统7的焦平面上，固定法兰11固定旋钮13锁定移动法兰12，再调整光纤调整结构14的精密调整旋钮15，调整信号光纤16倾斜角度，使得激光雷达接收望远镜系统7收集的信号光完全进入信号光纤16中；所述信号探测系统17主要由信号光准直器18、二向色镜一20、检偏棱镜一21、信号反射镜片一22、二向色镜二23、二向色镜三24、二向色镜四25、检偏棱镜二26、信号反射镜片二27、扩束镜二28、光栅29、信号反射镜片三30、光学滤光片一31、雪崩光电二极管32、光学滤光片二33、光电倍增管二34、光学滤光片三35、光电倍增管三36、光学滤光片四37、光电倍增管四38、光学滤光片五39、光电倍增管五40、光学滤光片六41、光电倍增管六42、光电倍增管七43和光电倍增管八44组成。信号光经信号光纤16传输后，进入信号光准直器18将信号光准直成近平行信号光，二向色镜一20将紫外探测光的回波信号光检出，紫外探测光的回波信号光经过检偏棱镜一21，被分解为垂直偏振态和平行偏振态的紫外信号光，垂直偏振态紫外信号光经过光学滤光片五39，进入光电倍增管五40转换为UVS通道电信号，平行偏振态紫外信号光经过反射镜片一22和光学滤光片六41，进入光电倍增管六42转换为UVP通道电信号；二向色镜二23将紫外探测光产生的水汽和氮气拉曼信号检出，经过扩束镜二28准直和光栅29检波，分别进入光电倍增管七43和光电倍增管八44转换为对应的UVNR电信号和UVWR电信号；二向色镜三24将红外波长信号检出，经过光学滤光片一31，由雪崩光电二极管32转换为IR通道电信号；二向色镜四25检出可见光探测波段的信号光与其产生的氮气拉曼信号光检出，可见光波段探测光的信号光经过检偏棱镜二26，分解为垂直偏振态和平行偏振态的信号光，垂直偏振态可见光探测波段的信号光经过光学滤光片三35，进入探测器光电倍增管三36转换为VLS通道电信号，偏振态可见光探测波段的信号光经过光学滤光片四37，进入光电倍增管四38转换为VLP通道电信号，可见光波段探测光产生的氮气拉曼信号光经过光学滤光片二33，进入光电倍增管二34转换为VLNR通道信号光。

本发明工作过程：所述信号工控机45自动控制系统各部件工作，信号工控机45分别给探测激光光源2和瞬态记录仪46发送工作信号，探测激光光源2进入工作状态，向信号工控机45返回信号；所述信号同步器47监测到探测激光光源2发出激光脉冲时，向瞬态记录仪46发送同步采集信号，并反馈信号给信号工控机45，信号工控机45同步接收瞬态记录仪46采集的UVS、UVP、UVNR、UVWR、IR、VLS、VLP和VLNR电信号，并将实际采集脉冲数实时传送信号工控机45，信号工控机45根据瞬态记录仪46反馈的实际采集脉冲数进行计时，同时监控不同部件的工作状态；计时脉冲数结束后，信号工控机45向探测激光光源2和瞬态记录仪46发送停止工作命令，同时信号工控机45将采集到的信号数据、采集参数和仪器工作状态数据保存为激光雷达数据，利用大气颗粒物粒径谱时空分布反演方法进行数据处理，得到所测光路上的距离分辨的大气颗粒物粒径谱时空廓线。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知常识。

Claims

1.一种大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，其特征在于，包括：光学平台（1）、探测激光光源（2）、激光扩束镜一（3）、发射反射棱镜一（4）、发射镜片（5）、发射反射棱镜二（6）、激光雷达接收望远镜系统（7）、主镜（8）、次镜（9）、调焦结构单元（10）、光纤调整结构（14）、信号光纤（16）、信号探测系统（17）、信号光准直器（18）、二向色镜一（20）、检偏棱镜一（21）、信号反射镜片一（22）、二向色镜二（23）、二向色镜三（24）、二向色镜四（25）、检偏棱镜二（26）、信号反射镜片二（27）、扩束镜二（28）、光栅（29）和信号反射镜片三（30）；信号工控机（45）、瞬态记录仪（46）和信号同步器（47）；所述探测激光光源（2）、激光扩束镜一（3）和激光雷达接收望远镜系统（7）安装在光学平台（1）上，相对位置固定，探测激光光源（2）和激光扩束镜一（3）具有相同的中心；所述探测激光光源（2）发射红外波段、可见波段和紫外波段的三个波长的探测光，经过激光扩束镜一（3）进行扩束准直，扩束后探测光发散角均小于0.1mrad，经过发射反射棱镜一（4）、发射镜片（5）和发射反射棱镜二（6）被发射到大气中；所述发射反射棱镜一（4）和发射反射棱镜二（6）固定不可调节，发射镜片（5）可以高精度调整，光束指向性调整精度为0.01mrad；所述激光雷达接收望远镜系统（7）由主镜（8）和次镜（9）组成，探测光与大气中颗粒物相互作用后产生的后向散射信号被激光雷达接收望远镜系统（7）接收，经过主镜（8）和次镜（9）汇聚到信号光纤（16）中；所述调焦结构单元（10）由固定法兰（11）和移动法兰（12）和光纤调整结构（14）组成，固定法兰（11）和移动法兰（12）的相对位置可以自由调整，调整过程中移动法兰中心高恒定不变，光纤调整结构（14）安装在移动法兰（12）上，信号光纤（16）安装在光纤调整结构（14）上，首先调整移动法兰（12），使得信号光纤（16）的端面位于激光雷达接收望远镜系统（7）的焦平面上，固定法兰（11）固定旋钮（13）锁定移动法兰（12），再调整光纤调整结构（14）的精密调整旋钮（15），调整信号光纤（16）倾斜角度，使得激光雷达接收望远镜系统（7）收集的信号光完全进入信号光纤（16）中；所述信号探测系统（17）主要由信号光准直器（18）、二向色镜一（20）、检偏棱镜一（21）、信号反射镜片一（22）、二向色镜二（23）、二向色镜三（24）、二向色镜四（25）、检偏棱镜二（26）、信号反射镜片二（27）、扩束镜二（28）、光栅（29）、信号反射镜片三（30）、光学滤光片一（31）、雪崩光电二极管（32）、光学滤光片二（33）、光电倍增管二（34）、光学滤光片三（35）、光电倍增管三（36）、光学滤光片四（37）、光电倍增管四（38）、光学滤光片五（39）、光电倍增管五（40）、光学滤光片六（41）、光电倍增管六（42）、光电倍增管七（43）和光电倍增管八（44）组成，信号光经信号光纤（16）传输后，进入信号光准直器（18）将信号光准直成近平行信号光，二向色镜一（20）将紫外探测光的回波信号光检出，紫外探测光的回波信号光经过检偏棱镜一（21），被分解为垂直偏振态和平行偏振态的紫外信号光，垂直偏振态紫外信号光经过光学滤光片五（39），进入光电倍增管五（40）转换为UVS通道电信号，平行偏振态紫外信号光经过反射镜片一（22）和光学滤光片六（41），进入光电倍增管六（42）转换为UVP通道电信号；二向色镜二（23）将紫外探测光产生的水汽和氮气拉曼信号检出，经过扩束镜二（28）准直和光栅（29）检波，分别进入光电倍增管七（43）和光电倍增管八（44）转换为对应的UVNR电信号和UVWR电信号；二向色镜三（24）将红外波长信号检出，经过光学滤光片一（31），由雪崩光电二极管（32）转换为IR通道电信号；二向色镜四（25）检出可见光探测波段的信号光与其产生的氮气拉曼信号光检出，可见光波段探测光的信号光经过检偏棱镜二（26），分解为垂直偏振态和平行偏振态的信号光，垂直偏振态可见光探测波段的信号光经过光学滤光片三（35），进入探测器光电倍增管三（36）转换为VLS通道电信号，偏振态可见光探测波段的信号光经过光学滤光片四（37），进入光电倍增管四（38）转换为VLP通道电信号，可见光波段探测光产生的氮气拉曼信号光经过光学滤光片二（33），进入光电倍增管二（34）转换为VLNR通道信号光；所述信号工控机（45）自动控制系统各部件工作，信号工控机（45）分别给探测激光光源（2）和瞬态记录仪（46）发送工作信号，探测激光光源（2）进入工作状态，向信号工控机（45）返回信号；所述信号同步器（47）监测到激光光源（2）发出激光脉冲时，向瞬态记录仪（46）发送同步采集信号，并反馈信号给信号工控机（45），信号工控机（45）同步接收瞬态记录仪（46）采集的UVS、UVP、UVNR、UVWR、IR、VLS、VLP和VLNR电信号，并将实际采集脉冲数实时传送信号工控机（45），信号工控机（45）根据瞬态记录仪（46）反馈的实际采集脉冲数进行计时，同时监控不同部件的工作状态；计时脉冲数结束后，信号工控机（45）向激光光源（2）和瞬态记录仪（46）发送停止工作命令，同时信号工控机（45）将采集到的信号数据、采集参数和仪器工作状态数据保存为激光雷达数据，利用大气颗粒物粒径谱时空分布反演方法进行数据处理，得到所测光路上的距离分辨的大气颗粒物粒径谱时空廓线。

2.根据权利要求1所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，其特征在于：所述信号光纤（16）特点为双光纤芯接收激光雷达接收望远镜系统（7）收集的信号光，其中一个光纤芯垂直光纤端面，另一个光纤芯进行倾斜设计，两个光纤芯夹角在10°至30°之间。

3.根据权利要求1所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，其特征在于：所述装置具有较大接收口径，激光雷达接收望远镜系统（7）接收口径大于400mm，但同时保证所述装置具有较小盲区，盲区小于80m。

4.根据权利要求1所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，其特征在于：所述信号同步器（47）具体高速同步特点，由于时间同步导致探测误差小于0.3m。

5.根据权利要求1 所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，其特征在于：所述探测激光光源（2）为高重复频率高单脉冲能量的激光器，工作频率5KHz，单脉冲能量为1mj。

6.根据权利要求1 所述的大气颗粒物粒径谱时空分布多波长激光雷达测量装置，其特征在于：所述装置可以三个探测波长七个接收通道，进行昼夜连续探测。