本發(fā)明涉及一種用于激光雷達的自標(biāo)定幾何因子的裝置及方法，屬于激光大氣遙感技術(shù)領(lǐng)域，將該裝置應(yīng)用到地基或機載激光雷達上，可以提高對近距離云、氣溶膠、溫度、濕度等大氣參數(shù)的遙感能力。

背景技術(shù)：

激光雷達是實現(xiàn)多種大氣參數(shù)(云、氣溶膠、溫度、濕度等)的高空間分辨、高時間分辨、全天時探測的有效手段，廣泛應(yīng)用于氣候、氣象、環(huán)境等多個領(lǐng)域具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。

典型的激光雷達裝置原理如圖1所示。激光雷達裝置中激光器1發(fā)射激光脈沖，同時由主波生成器2采集激光脈沖并完成光電轉(zhuǎn)換并生成觸發(fā)主波脈沖，由接收望遠鏡3接收大氣回波信號，經(jīng)準(zhǔn)直后由窄帶濾光片4過濾背景噪聲，透過的有效回波光信號進入光電探測器5完成光電信號轉(zhuǎn)換，再進入集成信號采集系統(tǒng)6完成模數(shù)轉(zhuǎn)換或光子計數(shù)信號采集，采集后的大氣探測數(shù)據(jù)送入計算機7進行數(shù)據(jù)反演。

典型的激光雷達裝置其固有特點是存在固定的幾何因子(又叫重合系數(shù))。圖2為幾何因子原理圖。由于接收視場與激光發(fā)散角的匹配關(guān)系，在一定的距離內(nèi)，激光回波信號難以進入接收光路，這段距離稱為盲區(qū)；隨著探測距離增加，一部分回波光開始進入接收光路，且在總回波光中的占比(回波飽合比)隨距離增加但小于1，這段區(qū)域稱為過渡區(qū)；探測距離繼續(xù)增加，回波飽合比達到1，之后的區(qū)域稱為飽合區(qū)。

顯然，在盲區(qū)和過渡區(qū)內(nèi)，激光雷達信號隨距離發(fā)生畸變，要實現(xiàn)全空域探測必須想辦法去掉盲區(qū)同時壓縮過渡區(qū)，并對過渡區(qū)的回波飽合比進行高精度校正。

目前常用的解決方案有兩種：一種是定期創(chuàng)造外場條件對幾何因子進行校正；第二種是共用發(fā)射系統(tǒng)采用兩套接收光電系統(tǒng)。

其中第一種幾何因子校正方式，有幾種方法。包括假設(shè)水平均一條件下的水平測量校正、假設(shè)無氣溶影響的背景大氣校正、加入拉曼或轉(zhuǎn)動拉曼通道的拉曼校正、近年來發(fā)展的CCD相機散射校正等。

第二種解決方案較為簡單，直接采用兩套接收光電系統(tǒng)，一套小接收鏡大視場系統(tǒng)用于測量近場回波，另一套大鏡頭小視場系統(tǒng)用于測量遠場回波，再進行數(shù)據(jù)融合。

上述的第一種方法存在的問題是：對于多數(shù)激光雷達裝置，在無轉(zhuǎn)臺的條件下往往難以進行水平校正，而無氣溶膠影響的大氣條件(如在一定海拔高度)也較難實現(xiàn)，拉曼或CCD散射等方法需要加入獨立的探測通道或探測裝置增加可觀的硬件配置的同時也需要復(fù)雜的反演方法才能實現(xiàn)。第二種方法存在的問題是：對成本和系統(tǒng)規(guī)模的要求高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于激光雷達的自標(biāo)定幾何因子的裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種用于激光雷達的自標(biāo)定幾何因子的裝置，該裝置包括激光器、主波脈沖發(fā)生器、次接收鏡罩、次接收鏡、導(dǎo)光光纖、主接收鏡罩、主接收鏡、折轉(zhuǎn)鏡、紅綠二色向分光鏡、1064nm窄帶濾光片、APD探測器、藍綠二色向分光鏡、偏振分束棱鏡、第一532nm窄帶濾光片、第一PMT探測器、355nm窄帶濾光片、第二532nm窄帶濾光片、第二PMT探測器、第三PMT探測器和綜合采集系統(tǒng)；

激光器發(fā)射1064nm、532nm和355nm三個波長的激光脈沖直接進入大氣，激光器的玻璃表面反射一部分激光脈沖通過光纖導(dǎo)入到主波脈沖發(fā)生器中；主波脈沖發(fā)生器中的光電轉(zhuǎn)換單元將主波脈沖發(fā)生器接收到的激光脈沖轉(zhuǎn)換并整形為矩形電脈沖，矩形電脈沖作為采集觸發(fā)信號通過電纜輸出到綜合采集系統(tǒng)；

由大氣散射的包含1064nm、532nm和355nm三個波長的后向散射光由主接收鏡接收，主接收鏡對接收到的后向散射光進行聚焦并準(zhǔn)直后生成平行光傳輸?shù)郊t綠二色向分光鏡上；

由大氣散射的包含1064nm、532nm和355nm三個波長的后向散射光由次接收鏡接收，次接收鏡對接收到的后向散射光進行聚焦并通過光纖傳輸并準(zhǔn)直成平行光到達折轉(zhuǎn)鏡上，折轉(zhuǎn)鏡將接收到平行光反射到紅綠二色向分光鏡上；

1064nm波長的光在紅綠二色向分光鏡上進行反射，532nm波長的光和355nm波長的光在紅綠二色向分光鏡上進行透射；

紅綠二色向分光鏡將接收到的平行光中的1064nm波長的光反射到1064nm窄帶濾光片上，1064nm波長的光透過1064nm窄帶濾光片后到達APD探測器上，APD探測器對接收到的1064nm波長的光信號進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)，綜合采集系統(tǒng)在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

532nm波長的光和355nm波長的光透過紅綠二色向分光鏡后到達藍綠二色向分光鏡，532nm波長的光在藍綠二色向分光鏡上進行反射，355nm波長的光在藍綠二色向分光鏡上進行透射；

藍綠二色向分光鏡將接收到的532nm波長的光反射到偏振分束棱鏡上，其中532nm波長的光中的P光透過偏振分束棱鏡到達第一532nm窄帶濾光片上，532nm波長的光中的P光再透過第一532nm窄帶濾光片到達第一PMT探測器上，第一PMT探測器對接收到532nm波長的光中的P光進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)，綜合采集系統(tǒng)在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

532nm波長的光中的S光通過偏振分束棱鏡反射后到達第二532nm窄帶濾光片上，532nm波長的光中的S光再透過第二532nm窄帶濾光片后到達第三PMT探測器，第三PMT探測器對接收到的532nm波長的光中的S光進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)，綜合采集系統(tǒng)在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

355nm波長的光透過藍綠二色向分光鏡后到達355nm窄帶濾光片上，355nm波長的光再透過355nm窄帶濾光片后達到第二PMT探測器，第二PMT探測器對接收到的355nm波長的光進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)，綜合采集系統(tǒng)在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集。

綜合采集系統(tǒng)經(jīng)接收到的所有電信號通過數(shù)據(jù)線傳輸給計算機，計算機對接收到的電信號進行數(shù)據(jù)處理后得到幾何因子。

所述激光器為355nm、532nm、1064nm波長的全固態(tài)激光器；

所述主波脈沖發(fā)生器為監(jiān)測激光發(fā)射脈沖的光電二極管及脈沖生成電路；

所述次接收鏡罩用于對次接收鏡進行光線的遮擋；

所述次接收鏡為任意用于光譜信息接收的接收望遠鏡；

所述導(dǎo)光光纖為多模光纖，在光纖出射端耦合一個準(zhǔn)直鏡頭；

所述主接收鏡罩用于對主接收鏡7進行光線的遮擋；

所述主接收鏡為任意用于光譜信息接收的接收望遠鏡；

所述折轉(zhuǎn)鏡為高反射率平面鏡。

所述紅綠二色向分光鏡為針對1064nm高反射，對532nm和355nm波長高透過的分光鏡；

所述藍綠二色向分光鏡為對532nm波長高反對355nm波長高透的二色向分光片；

所述偏振分束棱鏡為針對532nm波長的高消光比偏振分束棱鏡。

所述APD探測器為對1064nm波長高靈敏的探測器；

所述第一PMT探測器和第三PMT探測器為對532nm波長高靈敏探測的光電倍增管探測器；

所述第二PMT探測器為對355nm波長高靈敏探測的光電倍增管探測器。

所述1064nm窄帶濾光片為對1064nm波長高帶外抑制的干涉濾光片；

所述355nm窄帶濾光片為對355nm波長高帶外抑制的干涉濾光片；

所述第一532nm窄帶濾光片和第二532nm窄帶濾光片為對532nm波長高帶外抑制的干涉濾光片。

所述綜合采集系統(tǒng)為對上述1064nm、532nm、355nm三個波長的回波信號進行高速采集的嵌入式電子學(xué)系統(tǒng)；

所述計算機為安裝激光雷達系統(tǒng)控制軟件的工控機系統(tǒng)。

一種所述的裝置進行激光雷達的自標(biāo)定幾何因子的方法，步驟為：

(1)將位于主接收鏡上的主接收鏡罩打開，將位于次接收鏡上的次接收鏡罩蓋上，通過綜合采集系統(tǒng)采集所有的表征大氣回波的電信號，此時任一通道的大氣回波數(shù)據(jù)表示為f₁(R)；

(2)將位于主接收鏡上的主接收鏡罩蓋上，將位于次接收鏡上的次接收鏡罩打開，通過綜合采集系統(tǒng)采集所有的表征大氣回波的電信號，此時任一通道的大氣回波數(shù)據(jù)表示為f₂(R)；

(3)對于1064nm通道、532nm的P通道和355nm通道，其幾何因子通過以下公式獲得：

其中C為兩種電信號的歸一化常數(shù)，通過飽和區(qū)數(shù)據(jù)標(biāo)定求得。

532nm的S通道的幾何因子采用532nm的P通道的幾何因子。

所述的方法能夠用于375nm、387nm、407nm、580nm、607nm、660nm拉曼散射回波通道幾何因子的標(biāo)定。

有益效果

(1)本發(fā)明的裝置不需要額外的獨立裝置或復(fù)雜的算法即可實現(xiàn)激光雷達系統(tǒng)幾何因子的自標(biāo)；

(2)本發(fā)明采用三個波長實現(xiàn)云、氣溶膠大氣探測，有利于適應(yīng)復(fù)雜的能見度環(huán)境；

本發(fā)明采用三個波長實現(xiàn)云、氣溶膠大氣探測，有利于實現(xiàn)粒子尺度的評估；

本發(fā)明采用532nm通道實現(xiàn)大氣退偏振探測，可以實現(xiàn)云相態(tài)識別和粒子形狀區(qū)分；

本發(fā)明僅在原接收光路中加入了一組低成本大視場小型接收光學(xué)元件即可實現(xiàn)之前采用復(fù)雜方案的幾何因子標(biāo)定，在系統(tǒng)規(guī)模、成本、易用性、可靠性等方面具有極大優(yōu)勢。

本發(fā)明采用的自標(biāo)定幾何因子的方法，還可以推廣至振動拉曼、轉(zhuǎn)動拉曼等其它需要進行幾何因子標(biāo)定的激光雷達系統(tǒng)，提高該類系統(tǒng)的效費比。

本發(fā)明屬于航空航天光學(xué)遙感器技術(shù)領(lǐng)域。為了解決傳統(tǒng)的共平臺分置方法測量基準(zhǔn)不統(tǒng)一，光軸的一致性和穩(wěn)定性難以保證，目標(biāo)遠場一致性匹配精度較差，系統(tǒng)體積大、重量大的問題。采用一種高光譜與激光雷達共光路一體化分光方法，為高光譜與激光雷達系統(tǒng)提供共用接收口徑的有效分光方案。

在接收主鏡的焦面處設(shè)置光闌(或狹縫)，通過光柵光譜儀分光譜，在光譜儀成像焦面處分別設(shè)置用于接收測距激光回波的光電探測裝置和高光譜探測的成像探測器，實現(xiàn)測距與光譜共光路一體化高精度地匹配接收。

本裝置幾何因子自標(biāo)定過程較為簡單。正常大氣探測工作過程中使用小接收鏡罩3遮擋住小接收鏡頭4。選擇靜穩(wěn)氣象條件開展幾何因子校正，主要分三步。(1)在正常工作條件下，采集一定時間的大氣回波數(shù)據(jù)；(2)打開大視場小接收鏡罩3，蓋上大接收鏡罩6，再采集一定時間的大氣回波數(shù)據(jù)；(3)除532nm垂直通道外，其它三個通道兩種工作條件下的數(shù)據(jù)直接相除即可實現(xiàn)幾何因子標(biāo)定。

附圖說明

圖1為典型收發(fā)非共軸激光雷達裝置示意圖；

圖2為幾何因子原理圖；

圖3為本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

由激光器1發(fā)射1064nm、532nm和355nm三個波長的激光脈沖，絕大部分激光脈沖能量直接進入大氣，極小部分激光脈沖能量通過光纖采集導(dǎo)入主波脈沖發(fā)生器2；激光脈沖發(fā)射的同時，主波脈沖發(fā)生器2接收到光纖導(dǎo)入的激光光子脈沖，光子脈沖通過光電轉(zhuǎn)換及脈沖整形生成主波脈沖并通過電纜傳輸至綜合采集系統(tǒng)20觸發(fā)信號采集卡開始采集工作；激光脈沖進入大氣后產(chǎn)生的大氣后向散射回波通過次接收鏡頭4或主接收鏡7進行收集；其中進入主接收鏡頭7的回波光直接準(zhǔn)直成平行光進入紅綠二色向分光鏡9；進入次接收鏡頭4的回波光通過導(dǎo)光光纖5后被準(zhǔn)直成細平行光束，再通過轉(zhuǎn)折鏡8進入紅綠二色向分光鏡9；1064nm回波光經(jīng)紅綠二色向分光鏡9反射后通過窄帶濾光片10實現(xiàn)背景光抑制，進入APD探測器11實現(xiàn)回波信號的光電轉(zhuǎn)換，回波電信號通過電纜導(dǎo)入綜合采集系統(tǒng)20實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和信號采集；透過分光鏡9的回波光進入藍綠二色向分光鏡12；532nm回波光經(jīng)反射后進入偏振分束棱鏡13，其中平行偏振回波透過分束棱鏡13后通過窄帶濾光片14實現(xiàn)背景光抑制，進入PMT探測器15實現(xiàn)回波信號的光電轉(zhuǎn)換，回波電信號通過電纜導(dǎo)入綜合采集系統(tǒng)20實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換(近場)和光子計數(shù)(遠場)及數(shù)據(jù)采集；經(jīng)偏振分束棱鏡13反射的垂直偏振光，也通過自己的窄帶濾光片17實現(xiàn)背景光抑制，進入PMT探測器19實現(xiàn)回波信號的光電轉(zhuǎn)換，回波電信號通過電纜導(dǎo)入綜合采集系統(tǒng)20實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換(近場)和光子計數(shù)(遠場)及數(shù)據(jù)采集；透過藍綠二色向分光鏡12的355nm回波信號光，經(jīng)過窄帶濾光片16實現(xiàn)背景光抑制，進入PMT探測器18實現(xiàn)回波信號的光電轉(zhuǎn)換，回波電信號通過電纜導(dǎo)入綜合采集系統(tǒng)20實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換(近場)和光子計數(shù)(遠場)及數(shù)據(jù)采集。在綜合采集系統(tǒng)20采集的大氣回波數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)送入計算機21進行處理、反演和顯示。

本裝置幾何因子自標(biāo)定過程較為簡單。

正常大氣探測工作過程中使用小接收鏡罩3遮擋住小接收鏡頭4。選擇靜穩(wěn)氣象條件開展幾何因子校正，主要分三步。

一種用于激光雷達的自標(biāo)定幾何因子的裝置，該裝置包括激光器1、主波脈沖發(fā)生器2、次接收鏡罩3、次接收鏡4、導(dǎo)光光纖5、主接收鏡罩6、主接收鏡7、折轉(zhuǎn)鏡8、紅綠二色向分光鏡9、1064nm窄帶濾光片10、APD探測器11、藍綠二色向分光鏡12、偏振分束棱鏡13、第一532nm窄帶濾光片14、第一PMT探測器15、355nm窄帶濾光片16、第二532nm窄帶濾光片17、第二PMT探測器18、第三PMT探測器19、綜合采集系統(tǒng)20和計算機21；

所述激光器1優(yōu)選355nm、532nm、1064nm波長的全固態(tài)激光器；

所述主波脈沖發(fā)生器2為監(jiān)測激光發(fā)射脈沖的光電二極管及脈沖生成電路；

所述次接收鏡罩3，用于對次接收鏡4進行光線的遮擋；

所述次接收鏡4，為任意用于光譜信息接收的接收望遠鏡；

所述導(dǎo)光光纖5，優(yōu)選芯徑較粗的多模光纖，在光纖出射端耦合一個準(zhǔn)直鏡頭；

所述主接收鏡罩6，用于對主接收鏡7進行光線的遮擋；

所述主接收鏡7，為任意用于光譜信息接收的接收望遠鏡；

所述折轉(zhuǎn)鏡8，為高反射率平面鏡；

所述紅綠二色向分光鏡9，為針對1064nm高反射，對532nm和355nm波長高透過的分光鏡；

所述1064nm窄帶濾光片10，為對1064nm波長高帶外抑制的干涉濾光片；

所述APD探測器11，為對1064nm波長高靈敏的探測器；

所述藍綠二色向分光鏡12，為對532nm波長高反對355nm波長高透的二色向分光片；

所述偏振分束棱鏡13，為針對532nm波長的高消光比偏振分束棱鏡；

所述第一532nm窄帶濾光片14和第二532nm窄帶濾光片17，為對532nm波長高帶外抑制的干涉濾光片；

所述第一PMT探測器15和第三PMT探測器19，為對532nm波長高靈敏探測的光電倍增管探測器；

所述355nm窄帶濾光片16，為對355nm波長高帶外抑制的干涉濾光片；

所述第二PMT探測器18為對355nm波長高靈敏探測的光電倍增管探測器；

所述綜合采集系統(tǒng)20為對上述1064nm、532nm、355nm三個波長的回波信號進行高速采集的嵌入式電子學(xué)系統(tǒng)；

所述計算機21為安裝激光雷達系統(tǒng)控制軟件的工控機系統(tǒng)。

連接關(guān)系：

激光器1發(fā)射1064nm、532nm和355nm三個波長的激光脈沖直接進入大氣，激光器1的玻璃表面反射一部分激光脈沖通過光纖導(dǎo)入到主波脈沖發(fā)生器2中；主波脈沖發(fā)生器2中的光電轉(zhuǎn)換單元將主波脈沖發(fā)生器2接收到的激光脈沖轉(zhuǎn)換并整形為矩形電脈沖，矩形電脈沖作為采集觸發(fā)信號通過電纜輸出到綜合采集系統(tǒng)20；

由大氣散射的包含1064nm、532nm和355nm三個波長的后向散射光由主接收鏡7接收，主接收鏡7對接收到的后向散射光進行聚焦并準(zhǔn)直后生成平行光傳輸?shù)郊t綠二色向分光鏡9上；

由大氣散射的包含1064nm、532nm和355nm三個波長的后向散射光由次接收鏡4接收，次接收鏡4對接收到的后向散射光進行聚焦并通過光纖5傳輸并準(zhǔn)直成平行光到達折轉(zhuǎn)鏡8上，折轉(zhuǎn)鏡8將接收到平行光反射到紅綠二色向分光鏡9上；

1064nm波長的光在紅綠二色向分光鏡9上進行反射，532nm波長的光和355nm波長的光在紅綠二色向分光鏡9上進行透射；

紅綠二色向分光鏡9將接收到的平行光中的1064nm波長的光反射到1064nm窄帶濾光片10上，1064nm波長的光透過1064nm窄帶濾光片10后到達APD探測器11上，APD探測器11對接收到的1064nm波長的光信號進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)20，綜合采集系統(tǒng)20在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

532nm波長的光和355nm波長的光透過紅綠二色向分光鏡9后到達藍綠二色向分光鏡12，532nm波長的光在藍綠二色向分光鏡12上進行反射，355nm波長的光在藍綠二色向分光鏡12上進行透射；

藍綠二色向分光鏡12將接收到的532nm波長的光反射到偏振分束棱鏡13上，其中532nm波長的光中的P光透過偏振分束棱鏡13到達第一532nm窄帶濾光片14上，532nm波長的光中的P光再透過第一532nm窄帶濾光片14到達第一PMT探測器15上，第一PMT探測器15對接收到532nm波長的光中的P光進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)20，綜合采集系統(tǒng)20在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

532nm波長的光中的S光通過偏振分束棱鏡13反射后到達第二532nm窄帶濾光片17上，532nm波長的光中的S光再透過第二532nm窄帶濾光片17后到達第三PMT探測器19，第三PMT探測器19對接收到的532nm波長的光中的S光進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)20，綜合采集系統(tǒng)20在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

355nm波長的光透過藍綠二色向分光鏡12后到達355nm窄帶濾光片16上，355nm波長的光再透過355nm窄帶濾光片16后達到第二PMT探測器18，第二PMT探測器18對接收到的355nm波長的光進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)20，綜合采集系統(tǒng)20在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

綜合采集系統(tǒng)20經(jīng)接收到的所有電信號通過數(shù)據(jù)線傳輸給計算機21，計算機21對接收到的電信號進行數(shù)據(jù)處理后得到幾何因子。

一種用于激光雷達的自標(biāo)定幾何因子的方法，步驟為：

(1)將位于主接收鏡7上的主接收鏡罩6打開，將位于次接收鏡4上的次接收鏡罩3蓋上，通過綜合采集系統(tǒng)20采集所有的表征大氣回波的電信號，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給計算機21，此時任一通道的大氣回波數(shù)據(jù)表示為f₁(R)；

(2)將位于主接收鏡7上的主接收鏡罩6蓋上，將位于次接收鏡4上的次接收鏡罩3打開，通過綜合采集系統(tǒng)20采集所有的表征大氣回波的電信號，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給計算機21，此時任一通道的大氣回波數(shù)據(jù)表示為f₂(R)；

(3)對于1064nm通道、532nm的P通道和355nm通道，其幾何因子可以通過以下公式獲得：

其中C為兩種電信號的歸一化常數(shù)，可以同過飽和區(qū)數(shù)據(jù)標(biāo)定求得；

532nm的S通道的幾何因子采用532nm的P通道的幾何因子。

所述的裝置和方法也可以用于375nm、387nm、407nm、580nm、607nm、660nm等拉曼散射回波通道幾何因子的標(biāo)定；

所述的探測器，也可以替換為GM-APD、MPPC等光子計數(shù)探測器。

實施例

如圖3所示，一種用于激光雷達的自標(biāo)定幾何因子的裝置，該裝置包括激光器1、主波脈沖發(fā)生器2、次接收鏡罩3、次接收鏡4、導(dǎo)光光纖5、主接收鏡罩6、主接收鏡7、折轉(zhuǎn)鏡8、紅綠二色向分光鏡9、1064nm窄帶濾光片10、APD探測器11、藍綠二色向分光鏡12、偏振分束棱鏡13、第一532nm窄帶濾光片14、第一PMT探測器15、355nm窄帶濾光片16、第二532nm窄帶濾光片17、第二PMT探測器18、第三PMT探測器19、綜合采集系統(tǒng)20和計算機21；

所述激光器1為含有355nm、532nm、1064nm波長的全固態(tài)激光器；

所述主波脈沖發(fā)生器2為監(jiān)測激光發(fā)射脈沖的光電二極管及脈沖生成電路；

所述次接收鏡罩3用于對次接收鏡4進行光線的遮擋；

所述次接收鏡4為卡塞格林式接收望遠鏡；

所述導(dǎo)光光纖5為芯徑1mm的多模光纖，在光纖出射端耦合一個準(zhǔn)直鏡頭；

所述主接收鏡罩6用于對主接收鏡7進行光線的遮擋；

所述主接收鏡7為卡塞格林式接收望遠鏡；

所述折轉(zhuǎn)鏡8為反射率為99.5％的平面鏡；

所述紅綠二色向分光鏡9為針對1064nm高反射，對532nm和355nm波長高透過的分光鏡；

所述1064nm窄帶濾光片10為對1064nm波長高帶外抑制的干涉濾光片；

所述APD探測器11為1064nm波長的探測器；

所述藍綠二色向分光鏡12為對532nm波長高反射，對355nm波長高透射的二色向分光片；

所述偏振分束棱鏡13為針對532nm波長的高消光比偏振分束棱鏡；

所述第一532nm窄帶濾光片14和第二532nm窄帶濾光片17，為對532nm波長高帶外抑制的干涉濾光片；

所述第一PMT探測器15和第三PMT探測器19，為532nm波長的光電倍增管探測器；

所述355nm窄帶濾光片16為對355nm波長高帶外抑制的干涉濾光片；

所述第二PMT探測器18為355nm波長的光電倍增管探測器；

所述綜合采集系統(tǒng)20為對上述1064nm、532nm、355nm三個波長的回波信號進行采集的嵌入式電子學(xué)系統(tǒng)；

所述計算機21為安裝激光雷達系統(tǒng)控制軟件的工控機系統(tǒng)。

上述的高反射是指反射率不低于90％，高透射是指透射率不低于90％；高消光比：是指消光比不低于500:1；高帶外抑制是指：抑制比不低于10⁴；

激光器1發(fā)射1064nm、532nm和355nm三個波長的激光脈沖直接進入大氣，激光器1的玻璃表面反射一部分激光脈沖通過光纖導(dǎo)入到主波脈沖發(fā)生器2中；主波脈沖發(fā)生器2中的光電轉(zhuǎn)換單元將主波脈沖發(fā)生器2接收到的激光脈沖轉(zhuǎn)換并整形為矩形電脈沖，矩形電脈沖作為采集觸發(fā)信號通過電纜輸出到綜合采集系統(tǒng)20；

由大氣散射的包含1064nm、532nm和355nm三個波長的后向散射光由主接收鏡7接收，主接收鏡7對接收到的后向散射光進行聚焦并準(zhǔn)直后生成平行光傳輸?shù)郊t綠二色向分光鏡9上；

由大氣散射的包含1064nm、532nm和355nm三個波長的后向散射光由次接收鏡4接收，次接收鏡4對接收到的后向散射光進行聚焦并通過光纖5傳輸并準(zhǔn)直成平行光到達折轉(zhuǎn)鏡8上，折轉(zhuǎn)鏡8將接收到平行光反射到紅綠二色向分光鏡9上；

1064nm波長的光在紅綠二色向分光鏡9上進行反射，532nm波長的光和355nm波長的光在紅綠二色向分光鏡9上進行透射；

紅綠二色向分光鏡9將接收到的平行光中的1064nm波長的光反射到1064nm窄帶濾光片10上，1064nm波長的光透過1064nm窄帶濾光片10后到達APD探測器11上，APD探測器11對接收到的1064nm波長的光信號進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)20，綜合采集系統(tǒng)20在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

532nm波長的光和355nm波長的光透過紅綠二色向分光鏡9后到達藍綠二色向分光鏡12，532nm波長的光在藍綠二色向分光鏡12上進行反射，355nm波長的光在藍綠二色向分光鏡12上進行透射；

藍綠二色向分光鏡12將接收到的532nm波長的光反射到偏振分束棱鏡13上，其中532nm波長的光中的P光透過偏振分束棱鏡13到達第一532nm窄帶濾光片14上，532nm波長的光中的P光再透過第一532nm窄帶濾光片14到達第一PMT探測器15上，第一PMT探測器15對接收到532nm波長的光中的P光進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)20，綜合采集系統(tǒng)20在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

532nm波長的光中的S光通過偏振分束棱鏡13反射后到達第二532nm窄帶濾光片17上，532nm波長的光中的S光再透過第二532nm窄帶濾光片17后到達第三PMT探測器19，第三PMT探測器19對接收到的532nm波長的光中的S光進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)20，綜合采集系統(tǒng)20在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

355nm波長的光透過藍綠二色向分光鏡12后到達355nm窄帶濾光片16上，355nm波長的光再透過355nm窄帶濾光片16后達到第二PMT探測器18，第二PMT探測器18對接收到的355nm波長的光進行光電轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過電纜傳輸給綜合采集系統(tǒng)20，綜合采集系統(tǒng)20在矩形電脈沖的觸發(fā)下對接收到的電信號進行采集；

綜合采集系統(tǒng)20經(jīng)接收到的所有電信號通過數(shù)據(jù)線傳輸給計算機21，計算機21對接收到的電信號進行數(shù)據(jù)處理后得到幾何因子。

一種用于激光雷達的自標(biāo)定幾何因子的方法，步驟為：

(1)將位于主接收鏡7上的主接收鏡罩6打開，將位于次接收鏡4上的次接收鏡罩3蓋上，通過綜合采集系統(tǒng)20采集所有的表征大氣回波的電信號，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給計算機21，此時各通道的大氣回波數(shù)據(jù)分別表示為f_a1064(R)、f_a532P(R)、f_a532S(R)、f_a355(R)。

(2)將位于主接收鏡7上的主接收鏡罩6蓋上，將位于次接收鏡4上的次接收鏡罩3打開，通過綜合采集系統(tǒng)20采集所有的表征大氣回波的電信號，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給計算機21，此時各通道的大氣回波數(shù)據(jù)分別表示為f_b1064(R)、f_b532P(R)、f_b532S(R)、f_b355(R)。

(3)對于1064nm通道，設(shè)其幾何因子表示為O₁₀₆₄(R)，則有，

在信號飽合區(qū)，幾何因子O₁₀₆₄(R)＝1，因此，可由此標(biāo)定常數(shù)C₁₀₆₄，從而得到幾何因子：

同理，對于532nmP通道，其幾何因子為：

同理，對于355nm通道，其幾何因子為：

532nm的S通道的幾何因子采用532nm的P通道的幾何因子。