[發明專利]大氣激光掩星信號生成與探測設備

有效

• 申請號: 201611156976.3
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106643668B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 張鵬;李曉燕;王天樞;安巖;江倫;尚吉揚;姜會林
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02;G01N21/17
• 代理公司: 22206 長春市吉利專利事務所
• 代理人: 李曉莉

大氣激光掩星信號生成與探測設備，屬于大氣遙感測量技術領域，為解決現有掩星信號生成系統無法測量特征氣體成分和濃度問題，包括頻率與功率穩定電路、量子阱激光器陣列、光束耦合器、光纖隔離器、功率放大器、光學發射天線、第一濾光片、第一準直鏡、第一二維振鏡、第二濾光片、第一耦合透鏡、第一信標光激光器、第二耦合透鏡、第一成像相機、光學接收天線、第三濾光片、第二準直鏡、第二二維振鏡、第四濾光片、第三耦合透鏡、第二信標光激光器、第四耦合透鏡、第二成像相機、第三準直鏡、柱面鏡、衍射光柵、成像反射鏡、成像CCD、信號處理電路和數據反演模塊；該設備在大氣化學、全球氣候變化、軍事戰場飛行器監視等領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種激光掩星信號生成與探測設備，具體涉及一種測量溫度場、風場、特征氣體成分濃度的大氣激光掩星探測設備，屬于大氣遙感測量技術領域。

背景技術

掩星技術是眾多大氣遙感測量方法之一，對大氣化學和全球氣候變化監測具有重要價值。現有的掩星技術是以無線電信號為載體，具體工作過程為當無線電信號穿過行星大氣層時，由于折射率梯度的存在，電波信號會彎曲.利用這種彎曲信息，可以反演大氣折射率，并在一定的近似條件下可以進一步反演對應的大氣物理參量包括密度、溫度、水汽等。相比于傳統的探空氣球和探空火箭，無線電掩星技術具有區域、高測量范圍廣、測量精度高等優點。不過由于無線電信號在電磁波譜中波長較長，測量精度受限，且無法測量溫室氣體如甲烷、二氧化碳等的成分和濃度。而激光掩星技術以激光為載體，能較好的彌補無線電掩星技術的缺點，具有較好的測量精度，同時激光信號覆蓋溫室氣體的吸收峰，可以較好測量溫室氣體的成分和濃度。所以大氣激光掩星技術是未來掩星技術的發展趨勢之一。

中國專利“一種單載體多天線掩星信號生成系統”，公開號為CN103675845A，專利提出了單載體多天線掩星信號生成系統，具體包括直達星-掩星數據實時生成單元和直達星-掩星實時承擔單元。發明能夠仿真處導航定位信號、電離層掩星信號和中性大氣掩星信號，實現了對單載體多天線掩星信號的真實生成，并可以組成掩星信號源仿真網絡進行多顆星掩星信號仿真模擬。該專利掩星信號為無線電信號，無法測量大氣特征氣體的成分和濃度。無線電信號與激光掩星信號產生和探測有較大區別。國外僅是報道了激光掩星地面實驗結果和部分反演算法，沒見有探測設備的具體設計，國內大氣激光掩星技術未見報道。

發明內容

本發明為解決現有掩星信號生成系統掩星信號為無線電信號，無法測量大氣特征氣體的成分和濃度的問題，提出一種大氣激光掩星信號生成與探測設備。

本發明采取以下技術方案：

大氣激光掩星信號生成與探測設備，其特征是，頻率與功率穩定電路與量子阱激光器陣列電路連接；量子阱激光器陣列、光束耦合器、光纖隔離器和功率放大器依次光纖連接；功率放大器的輸出光纖位于光學發射天線的焦點位置；第一濾光片位于功率放大器和光學發射天線光路之間，并與光軸成45°夾角放置；第一準直鏡與第一濾光片反射光路對準；第一二維振鏡與第一準直鏡的光軸成135°夾角放置，第二濾光片與第一二維振鏡平行放置，第一耦合透鏡與第二濾光片透射光路對準，第一信標光激光器輸出端口位于第一耦合透鏡的焦點處；第二耦合透鏡與第二濾光片反射光路對準，第一成像相機靶面位于第二耦合透鏡的焦點處；光學接收天線和第三準直鏡組合形成無焦系統；第三濾光片位于光學接收天線和第三準直鏡之間，且與光軸成135°夾角放置；第二準直鏡與第三濾光片的反射光路對準；第二二維振鏡與第二準直鏡的光軸成45°夾角放置，第四濾光片與第二二維振鏡平行放置，第三耦合透鏡與第四濾光片透射光路對準，第二信標光激光器輸出端口位于第三耦合透鏡的焦點處；第四耦合透鏡與第四濾光片反射光路對準，第二成像相機靶面位于第四耦合透鏡的焦點處；第三準直鏡、柱面鏡與衍射光柵同軸設置，衍射光柵傾斜放置；成像反射鏡接收衍射光柵的衍射光；成像CCD位于成像反射鏡的焦點處；成像CCD、信號處理電路和數據反演模塊依次電路連接。