[發明專利]氣動光學波前超高頻測量系統及方法

有效

• 申請號: 201210305954.4
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號: CN102853918A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 易仕和;田立豐;陳植;何霖;趙玉新;周勇為
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G01M9/06
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及航空航天領域，特別地，涉及一種用于超聲速成像制導、航空攝像和機載望遠鏡等領域的氣動光學波前超高頻測量系統。此外，本發明還涉及一種包括上述測量系統的方法。

背景技術

氣動光學波前測量技術可用于研究超聲速成像制導、航空攝像和機載望遠鏡等領域遇到的氣動光學效應。現有的測量方法有很多種，比如：干涉測量法、小孔徑光束技術及Malley探針測量法等。常用的Malley探針測量法通過位置傳感器以很高的頻率測量光束的偏折，只能測量單點波前，不能進行全場測量。Malley探針測量法是利用凍結流假設，凍結流假設認為，氣流經過光束的過程中，流場的折射率只有沿氣流方向上的平移，而沒有空間分布的變化。然而，實際流場中，對流速度是非定常的，流場結構也是發展變化的，因此凍結流假設并不是嚴格正確的。尤其是對于超聲速流動的氣動光學研究而言，急需一種高頻、全場測量波前畸變的技術和設備。

發明內容

本發明目的在于提供一種能夠測量時間間隔達到微秒量級的全場氣動光學波前的系統和方法，以獲取超聲速湍流氣動光學波前變化時間歷程的數據，實現超高頻測量。并且，本發明的氣動光學波前測量系統的設備簡單，易于操作。

為實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種氣動光學波前超高頻測量系統，用于對通過超聲速風洞實驗艙的激光束的氣動光學波前畸變進行超高頻的測量，超聲速風洞實驗艙產生超聲速流場，包括并排設置的第一雙腔激光器及第二雙腔激光器；第一半透半反鏡，第一半透半反鏡正對第一雙腔激光器的出光口；第一反射鏡，第一反射鏡正對第二雙腔激光器的出光口；并排設置的第一CCD相機和第二CCD相機；同步控制器，第一及第二CCD相機和第一及第二雙腔激光器均連接于同步控制器；計算機系統，計算機系統連接于第一及第二CCD相機和同步控制器；第二半透半反鏡，第二半透半反鏡正對第二CCD相機的鏡頭；第二反射鏡，第二反射鏡正對第一CCD相機的鏡頭；分別位于風洞實驗艙的相對兩側的背景圖像及凸透鏡，背景圖像與第一及第二雙腔激光器位于同一側，且鄰近第一半透半反鏡；及位于凸透鏡和第二半透半反鏡之間的小孔。

進一步地，第一及第二CCD相機均為跨幀相機。

進一步地，第一雙腔激光器和第一CCD相機同時使用；第二雙腔激光器和第二CCD相機同時使用。

進一步地，第一或第二雙腔激光器發射的每一束激光束正好分別處于對應的第一或第二CCD相機的曝光時間范圍之內。

進一步地，風洞實驗艙設有光學窗口，背景圖像和凸透鏡均正對光學窗口。

根據本發明的另一方面，還提供了一種氣動光學波前超高頻測量系統的方法，其包括上述氣動光學波前測量系統，計算機系統向同步控制器發出第一個指令，同步控制器收到第一個指令后向第一雙腔激光器和第一CCD相機發出第一個控制信號；收到第一個控制信號后，第一雙腔激光器按照計算機系統預定好的第一預定脈沖時序依次發射照亮風洞實驗艙內流場的激光束；第一CCD相機按照計算機系統預定好的第二預定脈沖時序依次對被激光照亮的背景圖像拍照；計算機系統存儲第一CCD相機每一次拍攝的被激光照亮的背景圖像；計算機系統向同步控制器發出第二個指令，同步控制器收到第二個指令后向第二雙腔激光器和第二CCD相機發出第二個控制信號；收到第二個控制信號后，第二雙腔激光器按照計算機系統預定好的第三預定脈沖時序依次發射照亮風洞實驗艙內流場的激光束；第二CCD相機按照計算機系統預定好的第四預定脈沖時序依次對被激光照亮的背景圖像拍照；計算機系統存儲第二CCD相機每一次拍攝的被激光照亮的背景圖像；計算機對其保存的背景圖像和參考圖像進行互相關計算，得到背景圖像的圖像位移，再通過圖像位移與氣動光學波前的關系計算得到不同時刻的氣動光學波前畸變，其中，上述過程中，第一預定脈沖時序、第二預定脈沖時序、第三預定脈沖時序依及第四預定脈沖時序的每相鄰兩個脈沖時序之間的時間間隔均小于或等于0.2微秒~10微秒。

進一步地，第一雙腔激光器收到第一個控制信號后，第一激光器的每一激光腔按照第一預定脈沖時序發出激光束，每一激光束依次經過第一半透半反鏡、背景圖像、風洞實驗艙、凸透鏡、小孔、第二半透半反鏡及第二反射鏡，第一CCD相機按照第二預定脈沖時序曝光而分別對由第二反射鏡反射后的被每一激光束照亮后的背景圖像進行拍攝。

進一步地，當第一雙腔激光器和第一CCD相機工作時，第二雙腔激光器及第二CCD相機關閉。