雷射測雲儀

雷射測雲儀（laser eeilometer）利用雷射技術測量雲底高度的一種主動式大氣遙感設備。一般由雷射發射系統、接收系統、光電轉換系統、數據處理顯示系統和控制系統等組成。

儀器向雲底發射一束雷射，雷射碰到雲底即被反射回來，被地面接收機接受。根據發光到接收的時間差就能知道雲的高度。它比一般測雲用的雲幕燈（很象探照燈）功率大，光不易衰減，因此測雲高度加大，準確可靠。

基本介紹

• 中文名：雷射測雲儀
• 外文名：laser eeilometer
• 作用：測量雲層底部的高度、雲層厚度
• 原理：雷射的反射

組成結構

如圖《整機原理方框圖》所示，主要組成部分有：雷射器，光學系統(包括發射望遠鏡、瞄準望遠鏡、接收望遠鏡和導光器等)，光電轉換系統，計數顯示系統和電源電路。

整機原理方框圖

雷射器是全機主要部分，它產生波長為6943A的大功率單脈衝，作為探測目標的光源。

光學系統中的瞄準望遠鏡是用來瞄準被測目標的。發射望遠鏡是為了緊縮雷射光束的發散角並把雷射射向目標。接收望遠鏡是為了提高靈敏度，並把雷射從目標反射回來的回波接收到。導光器是取發射雷射的一小部分作為測量距離時，打開數字顯示系統中的。“電子表”的起始脈衝。

光電轉換系統是將導光器取到的發射雷射的一小部分光和從接收望遠鏡接收來的目標反射光轉換成電信號並加以放大。

計數顯示系統是全機控制中心，它除了擔負測量雷射脈衝的往返時間並自動換算成單位為米的距離數字予以顯示外，還擔負著全機的協調工作。

電源部分是提供給雷射器、光電轉換系統、數字顯示器等所需要的電流和電壓。

原理

探測方式分為垂直探測和掃描探測兩種。探測原理是:雷射器對準雲底發射脈衝光束，接收來自雲滴對雷射產生的後向散射光;根據從發射雷射脈衝到接收到回波信號的時間和雷射束的仰角，算出雲底高度。如果雷射光束穿透雲層後 能量尚未衰減殆盡，再遇到第二層甚至第三層雲時，仍可測到雲滴的後向散射光信號，從而測得雲的層次和厚度。由於這種回波信號較弱，測得的雲的層次和厚度有時誤差較大。雷射測雲儀也可用來研究雷射束在雲中的衰減情況。

測距過程

測距的整個過程是：用瞄準望遠鏡瞄準被測的目標，啟動電源，當雷射器發出單個脈衝雷射後，其中一小部分雷射從導光器到光電轉換系統，把光脈衝變成電脈衝，並加以放大，此電脈衝到計數顯示系統打開“電子表”，而雷射器發出單個脈衝雷射的大部分能量由發射望遠鏡發射出去，到達目標後，被反射回一小部分，由接收望遠鏡接收到並經光電轉換系統把這反射回來的光脈衝變成電脈衝加以放大，再到計數顯示系統關閉“電子表”，這時“電子表”所指示出來的數字就是所測目標的距離。

特點

精度

由於空氣和雲本身沒有明顯的分界面，過去，用氣球入雲法測雲高是指肉眼看球升入雲中，當看不見氣球了，作為入雲的時間，以此計算雲高；飛機報雲高，也是報飛機剛入雲體時的高度；雖然後來發展了弧光測雲儀，從顯示器上顯示出雲高，用儀器代替了肉眼觀測，但云底對弧光的反射，也不是精確到毫無誤差的程度。所以，談測雲的精度，僅僅是雷射測雲儀相對於所有的幾種測雲手段進行比較而言。從雷射測雲儀本身來說，計數器的解析度為±5米。考慮到計數器電路的延時，振盪器的穩定度，雷射波形的前沿變化，仰角精度等等，經過實測固體目標，誤差不大於±10米。而跟氣球入雲法、雲幕燈測雲法和弧光測雲儀測雲高等此較，雷射測雲儀測出的雲高略為偏低。可以認為，雷射測雲儀是測量精度較高的一種測雲儀器。

測程

雷射測雲儀發射出的脈衝雷射是在大氣中傳播的。由於大氣中包含有多種氣體而且含有塵埃、煙、水滴，還經常發生風、雨、雪等自然現象，所有這些都直接影響了雷射在大氣中的傳播。而且脈衝雷射的反射物是雲，雲是多種多樣的，各種雲的結構也是不同的，從組成雲的微粒來看，有大有小，這一切都影響雷射測雲儀的測程。

對儀器本身而言，要提高測程主要是從三方面著手：一是提高雷射的發射功率，二是利用光學系統減小雷射的發散角和增大接收光學系統的面積，三是採用高靈敏度低噪聲的光電轉換器件。但是，由於接收光能量與欲測距離的四次方成反此，因此無論提高那個單項指標都難以使儀器的測程成倍地增加。