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來源：互聯網

氣溶膠激光雷達，又名氣象激光雷達，是一種用于地球科學領域的大氣探測儀器。氣溶膠激光雷達的主要探測原理是通過發射激光并接收其被氣溶膠和空氣分子散射的回波信號，經過分光、轉換、采集和處理，最終獲取氣溶膠特征信息。其常用于輔助常規地面監測技術探測氣溶膠垂直分布及其快速變化。

1966年，中國科學院大氣物理研究所與上海光學精密機械研究所共同研制中國第一臺大氣探測激光雷達。1994年，搭載發現號航天飛機升空的LITE激光雷達是世界上第一臺星載激光雷達。2006年4月，CALIPSO衛星搭載全球首個星載云與氣溶膠激光雷達（CALIOP）成功投入使用。

氣溶膠激光雷達的主要類型有米散射激光雷達、偏振激光雷達、拉曼激光雷達、高光譜分辨率激光雷達、熒光激光雷達等。其是由發射系統、接收系統和信號檢測系統三部分組成，發射波長為532nm，接收通道包括532nmP、532nmS和607nm。氣溶膠激光雷達主要運用的是偏振式的激光雷達檢測技術，應用這種檢測技術的激光雷達統稱偏振式微波探測發射激光雷達。氣溶膠激光雷達將朝著小型化、智能化、易維護、高穩定性等方面發展。隨著探測參量越來越多，且人工智能算法的加入，將獲得更為準確、更豐富的氣溶膠參數，例如粒子譜、復折射指數、吸收系數、單次散射反照率SSA等。

歷史沿革

1966年，中國科學院大氣物理研究所與上海光學精密機械研究所共同研制中國第一臺大氣探測激光雷達。隨著探測業務需求與光電技術的快速發展，中國多家科研院所也開展了大量的大氣探測激光雷達的儀器研發與應用研究，例如，中國科學院安徽光學精密機械研究所、上海光學精密機械研究所、武漢物理與數學研究所，西安理工大學、武漢大學、中國海洋大學、浙江大學、蘭州大學等。激光雷達已被廣泛應用于地基觀測網與衛星觀測，獲得連續、可靠的區域或全球氣溶膠光學物理特性觀測數據資料。例如，美國航空航天局（NASA）建設以全自動運行的微脈沖米散射激光雷達為主的MPLNET（Welton等，2018），歐洲航空局（歐洲航天局）主導建設的以拉曼激光雷達系統為主的歐洲激光雷達觀測網EARLINET（Pappalardo等，2014），日本科研機構建設的以偏振激光雷達為主的東亞沙塵觀測激光雷達網安東尼·戴維斯net（Murayama等，2001；Sugimoto等，2018），以及全球大氣成分變化探測網NDACC（DeMazière等，2018）、美國東部激光雷達觀測網REALM（Hoff等，2005）、獨立國家聯合體激光雷達網CIS-LINET（Chaikovsky等，2006）等。1994年，搭載發現號航天飛機升空的LITE激光雷達是世界上第一臺星載激光雷達（McCormick和Hostetler，1995）。2006年4月，CALIPSO衛星搭載全球首個星載云與氣溶膠激光雷達（CALIOP）成功投入使用。CALIOP采用532nm和1064nm兩個波長，擁有偏振探測能力可更準確地區分云和氣溶膠類型，為氣溶膠—云—氣候效應評估提供了全球氣溶膠的三維時空分布。

工作原理

氣溶膠激光雷達的主要探測原理是激光器向大氣中發射的激光被氣溶膠、空氣分子散射與吸收后，其中散射回波信號被天文望遠鏡接收，然后通過精細分光、提取再使用光電探測器轉換成電信號，采用高速數據采集卡獲得數據并保存，最后進行數據處理與反演就可以得到氣溶膠特征信息。

結構組成

氣溶膠激光雷達系統主要是由發射系統、接收系統和信號檢測系統三部分組成。發射系統包含脈沖激光器和光束準直器。首先脈沖激光器輸出光源，光束準直器將輸出的激光擴束后再通過反射鏡反射至大氣中，與大氣中的物質相互作用，產生散射信號。接收系統主要由望遠鏡和接收光路（窄帶濾光片、光闌等）組成。望遠鏡通過一定的視場角來接收大氣中物質的后向散射光，然后通過濾波片濾除背景光和雜散光，最終獲得所需要波長的信號光。信號檢測系統主要是由光電探測器和采集器組成，首先由光電轉換器將光信號轉換為電信號，然后由光子計數卡進行采集，最后通過計算機的處理并存儲回波信號。

常見分類

氣溶膠激光雷達的主要類型有米散射激光雷達、偏振激光雷達、拉曼激光雷達、高光譜分辨率激光雷達、熒光激光雷達等。

參考資料

技術指標

參考資料

關鍵技術

氣溶膠激光雷達主要運用的是偏振式的激光雷達檢測技術，應用這種檢測技術的激光雷達統稱偏振式微波探測發射激光雷達。

性能特點

氣溶膠激光雷達具有較短的波形、很強的方向性、良好的單色性、較高的抗干擾能力、較小的體積等特點。

應用領域

氣溶膠激光雷達常用于輔助常規地面監測技術探測氣溶膠垂直分布及其快速變化。平臺提供了收集氣溶膠激光雷達數據的接口，可利用激光雷達數據繪制氣溶膠激光雷達反演結果時間序列圖，包括消光系數和退偏振比等參數。

發展趨勢

氣溶膠激光雷達的主要發展趨勢有以下幾方面：（1）硬件技術方面：將朝著小型化、智能化、易維護、高穩定性等方面發展，甚至在不久的將來實現可搭載在無人機平臺上的氣溶膠激光雷達；（2）反演算法方面：隨著探測參量越來越多，且人工智能算法的加入，將獲得更為準確、更豐富的氣溶膠參數，例如粒子譜、復折射指數、吸收系數、單次散射反照率SSA等。（3）地基雷達觀測網：全球已經有多個地基激光雷達網，今后將會有更多覆蓋更大范圍的氣溶膠觀測網絡陸續建立或完善，如蘭州大學正在建設的“一帶一路”激光雷達網。這些觀測網有望發展成為各具特色的、高度融合的全球性數據共享激光雷達網絡；（4）星載激光雷達觀測：CALIPSO衛星已提供連續15a的全球氣溶膠和云三維時空分布觀測資料，2022年4月中國成功發射了大氣環境監測衛星，這是全球首顆激光雷達二氧化碳探測衛星，也是中國第一顆可探測全球氣溶膠和云三維分布的星載激光雷達衛星。今后還會發射更多的可探測氣溶膠的星載激光雷達，例如歐洲航天局和日本宇航局合作的EarthCARE衛星，以及中國即將發射的另一顆星載激光雷達。這些豐富的星載激光雷達觀測數據，將極大地推動氣溶膠環境與氣候效應相關研究。

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