[發明專利]一種全天域大氣偏振模式的自動測量系統

有效

• 申請號: 201510050860.0
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104596940B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 范之國;孫潔;懷宇;鄭驪昂;高雋
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 陸麗莉,何梅生

技術領域

本發明涉及大氣光學研究和智能信息獲取領域，具體地說是一種全天域大氣偏振模式的自動測量系統。

背景技術

太陽光作為一種自然光源在大氣層傳輸過程中因大氣層中氣溶膠等粒子作用會發生散射，無偏的自然光被轉化，產生偏振光。大量太陽光經粒子作用后會在大氣層形成特定的偏振態分布，即大氣偏振模式。大氣偏振模式可通過大氣偏振度、偏振化方向來表示。研究發現，大氣偏振模式分布具有一定規律性，在一天中呈規律性變化，在一天中某一時刻，某一地點下，因環境暫時的不變性，大氣偏振模式具有一定的穩定性。深入研究大氣偏振模式的變化情況，分析其變化規律會為導航研究提供一定的理論依據。

為了獲得天空中偏振，研究偏振變化情況，人們設計出各種偏振測量裝置獲取偏振信息。考慮到便利性，設計的偏振測量裝置大多采用時域分割及空間域分割的方法獲得不同偏振方向下的偏振圖像。時域分割即是實驗人員通過旋轉偏振片分別獲得不同偏振方向下的天空偏振圖像，如1997年Kenneth J.Voss和Yi Liu設計的一種新型偏振輻射度探測系統；空間域分割則是在多個相同的偏振測量裝置中分別安裝不同方向的偏振片，同時采集同一天域的圖像，如2002年匈牙利的Gábor Horváth等人設計的一種三鏡頭，三個相機的全天空偏振檢測計；基于以上兩種方法可方便的獲取不同偏振方向的天域圖像，可操作性強；但這兩種方法將會分別因時延和拍攝的空間域不同帶來誤差。基于時域分割方法的單鏡頭單相機偏振測量裝置因拍攝時需旋轉偏振片，會因時延帶來一定的誤差，基于空間域分割方法的多鏡頭多相機偏振測量裝置則會因同一時間下拍攝視場不同產生一定的誤差。

發明內容

本發明是為了克服現有技術存在的不足之處，提供一種全天域大氣偏振模式的自動測量系統，以期能同時采集同一視場下三個不同偏振方向的全天域偏振圖像信息，并獲得全天域大氣偏振模式信息，從而消除因旋轉偏振片采集不同偏振方向下全天域偏振圖像及采用多個測量裝置同時進行不同偏振方向下全天域圖像采集時因時延及位置不同導致視場不同而帶來的誤差。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明一種全天域大氣偏振模式的自動測量系統的特點是包括：全天域信息獲取模塊、三通道偏振模塊和控制模塊；所述全天域信息獲取模塊接收全天域光源進行調節，輸出最優光路的全天域光束至所述三通道偏振模塊；所述三通道偏振模塊對所述最優光路的全天域光束進行信息類型轉換，并輸出三通道的全天域偏振圖像信息至所述控制模塊；所述控制模塊控制所述三通道偏振模塊接收三通道的全天域偏振圖像，并對所述三通道的全天域偏振圖像進行斯托克斯矢量算法處理，獲得全天域大氣偏振模式信息。

本發明所述的全天域大氣偏振模式的自動測量系統的特點也在于：

所述全天域信息獲取模塊的組成包括：全天域視角鏡頭，中繼鏡片，波段選擇模塊和近焦調節鏡頭；

所述全天域視角鏡頭接收所述全天域光源并輸出發散光束給所述中繼鏡片；所述中繼鏡片對所述發散光源進行調節并輸出聚攏光束給所述波段選擇模塊；所述波段選擇模塊對所述聚攏光束進行波段選擇，輸出選擇波段的全天域光束給所述近焦調節鏡頭；所述近焦調節鏡頭對所述選擇波段的全天域光束進行焦距調節后，獲得最優光路的全天域光束輸出至三通道偏振模塊。

所述三通道偏振模塊的組成包括：分光棱鏡、由一通道偏振片和一通道CCD構成的一通道、由二通道偏振片和二通道CCD構成的二通道、由三通道偏振片和三通道CCD構成的三通道；

所述分光棱鏡接收所述最優光路的全天域光束并進行分光處理獲得三個方向上的最優光路的全天域光束，將所述三個方向上的最優光路的全天域光束分別傳遞給所述一通道、二通道和三通道；所述一通道偏振片、二通道偏振片和三通道偏振片分別接收所述三個方向上的最優光路的全天域光束并進行過濾處理獲得三個方向上的全天域偏振光后，分別傳遞給所述一通道CCD、二通道CCD和三通道CCD用于輸出三通道的全天域偏振圖像信息。

所述波段選擇模塊是將五個不同波段的濾光片及一個全透玻璃片放置在濾光片旋轉輪上而構成的，并由所述控制模塊進行波段選擇。

在所述自動測量系統的外側設置有防護外殼及環境適應設備；所述防護外殼及環境適應設備包括：圓柱體防護罩、防護蓋、圓弧滑軌、圓盤形遮光體和溫控器；

所述圓柱體防護罩內部放置所述全天域信息獲取模塊和三通道偏振模塊；在所述圓柱體防護罩的頂部開設有圓形天窗，用于提供給所述全天域信息獲取模塊接收所述全天域光源；在所述圓形天窗上方設置有可自動開啟的防護蓋；