[發明專利]移動信標大氣相干長度測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201010169147.5
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101813523A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 汪建業;徐鵬;王燕儒;吳毅;強希文
• 申請（專利權）人: 中國科學院安徽光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及大氣光學領域，具體涉及一種能夠快速自動跟蹤并實時測量移動 信標的光波在其傳播路徑上大氣相干長度值的儀器與測量方法。

背景技術

大氣相干長度能夠描述光波在大氣傳輸路徑上的綜合湍流強度。因此，在天 文臺選址、激光大氣傳輸、自適應光學研究等應用領域常被作為一個非常重要的 標定參量。

在實際應用中，大氣光學的某些領域不僅需要獲取整層大氣與斜程固定路徑 上的相干長度值，而且需要對移動目標與測量點之間隨時間變化的光波傳播路徑 上的大氣相干長度值進行測量。

目前的大氣相干長度測量裝置皆以靜止(固定的碘鎢燈)或近似靜止(系留 氣球上的碘鎢燈、恒星太陽)目標為光源進行測量，并使用手動微調使望遠鏡對 準目標，但在有些應用中，光源需要固定在車輛或無人機等運動速度較快的載體 上進行測量，這類光源的特點是運動速度較快且背景變化復雜，現有的依靠人工 調節的大氣相干長度儀已無法滿足需要，這也對大氣相干長度測量儀器及測量方 法提出了更高的要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種移動信標大氣相干長度測量裝置及方 法，利用可編程控制的轉動云臺以及新穎的計算機數據處理算法，來解決對運動 光源的自動跟蹤測量問題，對激光大氣傳輸的研究與應用作出必要貢獻。

本發明的技術方案如下：

一種移動信標大氣相干長度測量裝置，由信標光源、光源載體、接收望遠鏡、 轉動云臺、后繼成像系統、模擬或數字CCD相機和計算機組成，其特征在于： 所述信標光源固定安裝在漂流于湍流大氣中的光源載體上，所述的轉動云臺上安 裝有有接收望遠鏡，所述接收望遠鏡的后續光路上設置有連接為一體的后繼成像 系統和模擬或數字CCD相機，CCD連接在后繼成像系統末端，所述的接收望遠 鏡、后繼成像系統和模擬或數字CCD相機處于同一條光路上；所述計算機分別 與所述的轉動云臺、模擬或數字CCD相機電連接。

2、一種移動信標大氣相干長度測量方法，其特征在于：其具體包括以下步 驟：

(1)、將信標光源固定在光源載體上，然后將光源載體放飛到大氣中，信標 光源隨光源載體以速度v漂流于湍流大氣中；

(2)、啟動計算機軟件自動跟蹤功能，控制云臺調整實時位置，使接收望遠 鏡對準信標光源的實時位置；

(3)、隨光源載體漂流于湍流大氣中的信標光源發出的光線通過接收望遠鏡 接收，再通過后繼成像系統，在模擬或數字CCD相機的靶面上形成的圖像上有 兩個相似的光斑和若干個亮點，通過轉動CCD相機將上述兩個相似的光斑在圖 像上調整為上下排列，然后將整幅圖像的數字信息，即每幀圖像各像素點所對應 的灰度值傳輸給計算機；

(4)、計算機統計出整幅圖像的灰度值，并以灰度值大小為橫坐標，以每個 灰度值在整幅圖像上的所占像素個數為縱坐標，繪制出整幅圖像的灰度直方圖， 再根據灰度直方圖中反映的灰度分布調節模擬CCD相機的圖像采集卡亮度和對 比度或數字CCD相機的曝光時間和增益，來區分光斑、亮點與背景圖像的灰度 值，把背景圖像從光斑、亮點中分割出來，獲得目標圖像，即灰度值較大的部分 對應的圖像就是目標圖像，目標圖像包括真實目標圖像和干擾目標圖像，即光斑 和亮點；

(5)、在整幅圖像的灰度直方圖中，選定背景圖像對應灰度值與目標圖像對 應灰度值之間占像素個數較小的灰度值作為閾值，計算機搜索出所有灰度值大于 閾值的目標圖像，并統計各目標圖像所占的像素個數、質心坐標和大致形狀；

(6)、計算機剔除條形形狀的目標圖像，保留其余形狀的目標圖像，并兩兩 計算二個目標圖像之間的像素數差ΔNum和質心y坐標差Δy；若計算機保留n個 目標，則需要計算組像素數差ΔNum₁～ΔNum_N以及質心y坐標差 Δy₁～Δy_N，并計算目標差異度Δ_δ，計算公式如下：

?????Δ_δ＝α·ΔNum_δ+β·Δy_δ(1≤δ≤N)

其中，α、β為差異項權值，且α+β＝1；

(7)、選擇最小差異度Δ_λ＝Min(Δ₁…Δ_N)對應的第λ組目標圖像作為真實 目標圖像，即為光斑；