激光测云仪
更新时间：2019-04-18 16:46:00
来源： 深圳市气象局
激光测云仪利用激光技术测量云底高度的一种主动式大气遥感设备。一般由激光发射系统、接收系统、光电转换系统、数据处理显示系统和控制系统等组成。
仪器向云底发射一束激光，激光碰到云底即被反射回来，被地面接收机接受。根据发光到接收的时间差就能知道云的高度。它比一般测云用的云幕灯功率大，光不易衰减，因此测云高度加大，准确可靠。
组成结构
主要组成部分有：激光器，光学系统(包括发射望远镜、瞄准望远镜、接收望远镜和导光器等)，光电转换系统，计数显示系统和电源电路。
激光器是全机主要部分，它产生波长为6943A的大功率单脉冲，作为探测目标的光源。
光学系统中的瞄准望远镜是用来瞄准被测目标的。发射望远镜是为了紧缩激光光束的发散角并把激光射向目标。接收望远镜是为了提高灵敏度，并把激光从目标反射回来的回波接收到。导光器是取发射激光的一小部分作为测量距离时，打开数字显示系统中的。
光电转换系统是将导光器取到的发射激光的一小部分光和从接收望远镜接收来的目标反射光转换成电信号并加以放大。
计数显示系统是全机控制中心，它除了担负测量激光脉冲的往返时间并自动换算成单位为米的距离数字予以显示外，还担负着全机的协调工作。
电源部分是提供给激光器、光电转换系统、数字显示器等所需要的电流和电压。
原理
探测方式分为垂直探测和扫描探测两种。探测原理是:激光器对准云底发射脉冲光束，接收来自云滴对激光产生的后向散射光;根据从发射激光脉冲到接收到回波信号的时间和激光束的仰角，算出云底高度。如果激光光束穿透云层后 能量尚未衰减殆尽，再遇到第二层甚至第三层云时，仍可测到云滴的后向散射光信号，从而测得云的层次和厚度。由于这种回波信号较弱，测得的云的层次和厚度有时误差较大。激光测云仪也可用来研究激光束在云中的衰减情况。
测距过程
测距的整个过程是：用瞄准望远镜瞄准被测的目标，启动电源，当激光器发出单个脉冲激光后，其中一小部分激光从导光器到光电转换系统，把光脉冲变成电脉冲，并加以放大，此电脉冲到计数显示系统打开“电子表”，而激光器发出单个脉冲激光的大部分能量由发射望远镜发射出去，到达目标后，被反射回一小部分，由接收望远镜接收到并经光电转换系统把这反射回来的光脉冲变成电脉冲加以放大，再到计数显示系统关闭“电子表”，这时“电子表”所指示出来的数字就是所测目标的距离。
特点
精度
由于空气和云本身没有明显的分界面，过去，用气球入云法测云高是指肉眼看球升入云中，当看不见气球了，作为入云的时间，以此计算云高；飞机报云高，也是报飞机刚入云体时的高度；虽然后来发展了弧光测云仪，从显示器上显示出云高，用仪器代替了肉眼观测，但云底对弧光的反射，也不是精确到毫无误差的程度。所以，谈测云的精度，仅仅是激光测云仪相对于目前所有的几种测云手段进行比较而言。从激光测云仪本身来说，计数器的分辨率为±5米。考虑到计数器电路的延时，振荡器的稳定度，激光波形的前沿变化，仰角精度等等，经过实测固体目标，误差不大于±10米。而跟气球入云法、云幕灯测云法和弧光测云仪测云高等此较，激光测云仪测出的云高略为偏低。可以认为，激光测云仪是目前测量精度较高的一种测云仪器。
测程
激光测云仪发射出的脉冲激光是在大气中传播的。由于大气中包含有多种气体而且含有尘埃、烟、水滴，还经常发生风、雨、雪等自然现象，所有这些都直接影响了激光在大气中的传播。而且脉冲激光的反射物是云，云是多种多样的，各种云的结构也是不同的，从组成云的微粒来看，有大有小，这一切都影响激光测云仪的测程。
对仪器本身而言，要提高测程主要是从三方面着手：一是提高激光的发射功率，二是利用光学系统减小激光的发散角和增大接收光学系统的面积，三是采用高灵敏度低噪声的光电转换器件。但是，由于接收光能量与欲测距离的四次方成反此，因此无论提高那个单项指标都难以使仪器的测程成倍地增加。
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