[發(fā)明專利]一種接收激光信標測量大氣湍流強度廓線的裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310337689.2
• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN103424750A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 強希文;宗飛;封雙連;趙軍衛(wèi);吳敏;常金勇;徐云岫
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63655部隊
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發(fā)明屬于光學測量儀器技術領域，涉及一種接收激光信標測量大氣湍流強度廓線的裝置與方法。

背景技術

激光束在大氣中傳輸時，由大氣密度起伏所致的大氣折射率起伏會使得在其中傳輸?shù)墓馐a(chǎn)生光束漂移、光束擴展、光強閃爍、相位起伏等效應，破壞激光束的相干性，嚴重影響光束的傳播質量。在大氣光學研究中，大氣湍流強度C_n²是表征大氣湍流特性的一個基本參數(shù)。測量獲得的大氣湍流強度廓線，能精細地描述大氣中湍流的細節(jié)，從而為激光大氣傳輸效應研究提供基本參數(shù)。

目前，測量大氣湍流強度廓線的方法有：溫度脈動儀探空法，微波雷達，聲雷達和光學方法(SCIDAR、MASS)。溫度脈動儀探空法采用探空氣球吊掛溫度脈動儀進行探空測量，這種方法具有很高的空間分辨率，但是由于氣球受風的影響，測量路徑不受控制，另外，測量一條廓線的時間也較長。微波雷達通過測量雷達信號的后向散射功率計算大氣湍流強度，但需要提供路徑上的溫度和濕度，比較費時，且濕度對測量的影響很難扣除，所以，精度也不高。聲雷達測量原理與微波雷達類似，但由于聲波是機械波，只能測量大氣邊界層，且由于聲功率的限制，使測量高度有限。SCIDAR方法通過檢測一定面積上光強或相位分布的相關性，得到大氣湍流強度廓線，但要求間隔一定距離的兩個光源作為信標，對信標的要求較為苛刻，且要求望遠鏡口徑較大，一般在1m以上，給其應用帶來了很大的限制。MASS是一種低分辨率的大氣湍流強度廓線測量裝置，只能給出6至7個高度的大氣湍流強度值，空間分辨率低。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的問題在于提供一種接收激光信標測量大氣湍流強度廓線的裝置與方法，能夠實時獲得大氣湍流強度廓線，而且具有測量路徑可控，距離分辨率高的優(yōu)點。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種接收激光信標測量大氣湍流強度廓線的裝置，包括對激光信標的后向散射光進行接收的平板反射鏡，平板反射鏡將接收的光束反射至離軸式接收望遠鏡中，接收望遠鏡接收的光由三角棱鏡反射進入后繼光路，后繼光路將光束分光后傳輸至光電探測器中，光電探測器將接收的光束成像并將光信號轉換為電信號，電信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集與處理單元采集、轉換為數(shù)字信號，通過對空間不同距離處的激光信標圖像進行處理后，計算大氣湍流強度廓線。

所述的平板反射鏡的俯仰角可根據(jù)光路調節(jié)，能夠接收沿不同路徑、在空中不同距離處聚焦形成瑞利激光信標的后向散射光。

所述的接收望遠鏡包括橢球凹面鏡、凸面鏡和反射鏡，橢球凹面鏡將由平板反射鏡反射的光束反射至凸面鏡，凸面鏡將光束反射至反射鏡，反射鏡將光束反射至三角棱鏡，三角棱鏡將光束反射至后繼光路中。

所述的接收望遠鏡為由兩套或兩套以上的對稱的離軸式接收望遠鏡組成的接收望遠鏡系統(tǒng)；每套離軸式接收望遠鏡所接收的光束經(jīng)后繼光路后，其所接收的激光信標均各自在光電探測器上形成光斑圖像。

所述的后繼光路包括第一凸透鏡組、濾光片、光楔和第二凸透鏡組，進入后繼光路中的光束由第一凸透鏡組準直，通過濾光片濾除光束雜散光，經(jīng)光楔將光束分成兩束，最后由第二凸透鏡組將光束會聚到光電探測器中。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：

本發(fā)明提供的接收激光信標測量大氣湍流強度廓線的裝置，對于空中形成的瑞利激光信標，由兩套(或多套)離軸式接收望遠鏡對一定距離處激光信標的后向散射光進行接收，通過后繼光路將接收到的光分束，在探測器上形成雙光斑(或多光斑)圖像。統(tǒng)計兩個光斑質心間距的起伏計算出該距離的差分到達角起伏方差。再依次接收其他不同距離處的激光信標后向散射光，對光電探測器所成雙光斑(或多光斑)圖像，統(tǒng)計兩個光斑質心間距的起伏并計算這些距離處的差分到達角起伏方差，最后通過一定的反演算法計算出大氣湍流強度廓線。該接收激光信標測量大氣湍流強度廓線的裝置不僅能夠實時獲得大氣湍流強度廓線，而且具有測量路徑可控，距離分辨率高的優(yōu)點。

本發(fā)明提供的接收激光信標測量大氣湍流強度廓線的裝置，使用兩個(或多個)小型離軸式望遠鏡構成差分接收系統(tǒng)。使整個裝置更加輕便靈巧，降低了成本。同時兩個小型離軸式望遠鏡與發(fā)射望遠鏡構成同軸系統(tǒng)，有利于光路的調節(jié)。

現(xiàn)有光束控制系統(tǒng)直接控制接收望遠鏡的俯仰來控制接收光束的仰角，使得光束控制系統(tǒng)過于龐大。而本發(fā)明使用平板反射鏡控制光束的指向，簡化了控制系統(tǒng)。