激光雷达能见度仪是指利用激光雷达技术来测量空气能见度的一种仪器，具有体积小、精度高、结构紧凑、使用方便，性价比高的特点。1

工作原理激光雷达能见度仪发射一定波长的激光束，通过单光子探测器将回波转换为电信号进行数据采集，从而得到回波功率随距离变化的曲线，进而进行大气消光系数的反演以及能见度计算。2

主要特征国内开发成功的首台激光雷达能见度仪，是为交通行业安全生产和人民群众的安全出行，提供了有效技术支撑的重大突破。该仪器的能见度监控范围可达50米到5000米，可实现每1～10分钟输出一组能见度值；可与高速公路现有的通讯系统实现无线和有线方式互联互通，达到全天候实时监测、预警。具有体积小、精度高、结构紧凑、使用方便，性价比高的特点。

构造及参数系统由3 部分组成：激光发射系统、接收光学系统、信号采集和控制系统。系统采用轻小型全固化结构和模块化结构，结构紧凑，轻便稳定。激光雷达能见度仪的设计探测能见度范围为50～2 000 m，每30 s 输出一组能见度值。

激光器采用脉冲半导体激光器，发射波长为905 nm，脉冲能量为1.2～22 μJ，脉冲重复频率为5 000 Hz。低脉冲能量，高重复频率的激光器可以满足人眼安全考虑。半导体激光器体积仅有火柴盒大小，轻小方便。发射望远镜与接收望远镜口径仅有50mm，接收视场角大于发射发散角，可以更好地接收激光后向散射信号。接收望远镜后有窄带滤光片和窗口玻璃，起保护作用。由于发射系统与接收系统不共轴，导致一部分光无法进入接收望远镜。

光电探测器为光电倍增管PMT，采用模拟探测模式。接收信号由光纤从光学天线的焦点处传至光电探测器的光敏面，传给AD 数据采集卡。控制系统主要由嵌入式工业计算机组成，计算机与AD 数据采集卡采用堆叠式连接。激光雷达的全部系统组件集成封装在方盒中，方盒尺寸为207 mm×167 mm×140 mm，封装好的激光雷达系统会固定在支架上，可进行探测角度的调节，实现多仰角测量。1

激光雷达数据采集系统激光雷达数据采集系统，大多采用通用数据采集卡来实现，功能繁冗，使用多有不便，且无法进行软硬件的修改和升级以适应采集需求的变化。数据采集卡一般为PCI 接口， 须在工控计算机上使用，系统复杂、庞大，且功耗较高，无法在功耗要求严格的场合使用。为了克服上述问题， 研制了一套基于FPGA 的激光雷达专用数据采集系统， 主要特点有：系统功能完全按照激光雷达能见度仪的需求进行设计；软硬件可按照采集需求进行升级；采用USB2.0 接口，传输速率快；整机功耗仅0.56W，适合有低功耗要求的场合。

数据采集系统的输入包括激光雷达所接收到的大气后向散射回波信号和门控触发信号，其中回波信号是TTL 电平脉冲输入，脉冲宽度为20 ns，死时间为50 ns，每个脉冲代表一个光子。门控信号是一个周期为200μm， 占空比为80%的方波，低电平表示雷达正在工作，下降沿作为采集系统工作的起始点。由于门控触发信号并非标准的TTL 电平，上升沿晃动较大，会导致采集的初始点产生晃动，而且信号的振铃容易产生误触发，因此，需设定阈值对门控触发信号进行甄别。

系统工作流程如下：系统由门控触发后，对信号脉冲进行计数，每隔一定时间宽度(简称“BIN 宽度”），将计数保存，并将计数器清零重新计数，从而得到脉冲计数随时间的变化曲线。脉冲计数可折算为回波强度，时间可折算为传输距离， 最终得到回波强度随传输距离的变化曲线。

由于回波信号较弱，单独一次计数结果无法进行计算，需要将多次计数结果进行叠加，分析其统计规律。系统运行所需参数，如门控阈值、BIN 宽度、存储深度、累加次数等，可以从上位机设定，因此，需要接收和保存上位机传递过来的参数。2

本词条内容贡献者为:

郭亮 - 副教授 - 中国海洋大学