[發(fā)明專利]一種消除天光背景影響的脈沖激光信標波前探測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810385562.0
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108955872B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李新陽;羅曦
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01J1/04;G01S1/70;G01S5/16
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1.一種消除天光背景影響的脈沖激光信標波前探測方法，利用消除天光背景影響的脈沖激光信標波前探測裝置進行探測，該脈沖激光信標波前探測裝置包括望遠鏡（1）、光學變倍系統(tǒng)（2）、光學調(diào)焦系統(tǒng)、視場光闌（4）、轉(zhuǎn)盤式機械快門、光學濾光片（6）、微透鏡組（7）、光學匹配透鏡（8）、CCD相機（9）、處理機（10）、脈沖信標激光器（11）、信標激光發(fā)射控制傾斜鏡（12）、以及時序同步控制模塊（13）；其中，所述光學變倍系統(tǒng)（2）的前組物鏡、后組物鏡采用全透射式結(jié)構(gòu)，或者反射與透射結(jié)合式結(jié)構(gòu)；所述光學調(diào)焦系統(tǒng)由電動式調(diào)焦機構(gòu)（31）和調(diào)焦控制器（32）組成，所述電動式調(diào)焦機構(gòu)（31）安裝于所述光學變倍系統(tǒng)（2）前組物鏡的底部，其調(diào)焦位置受所述調(diào)焦控制器（32）控制；所述視場光闌（4）的通光孔徑根據(jù)所述微透鏡組（7）的子孔徑視場進行精密調(diào)節(jié)；所述轉(zhuǎn)盤式機械快門由盤片（51）、安裝在所述盤片（51）兩邊的光電開關(guān)（52）、以及驅(qū)動所述盤片（51）穩(wěn)定轉(zhuǎn)動的控制電機（53）組成，所述盤片（51）上通光凹槽對應快門周期內(nèi)的通光門寬根據(jù)脈沖激光信標工作體制設(shè)計；垂直于該探測裝置的接收光軸，所述視場光闌（4）、所述盤片（51）分別沿接收光路傳輸正向緊密安裝于所述光學變倍系統(tǒng)（2）前組物鏡的成像焦點位置，所述視場光闌（4）的通光孔徑對應幾何中心、所述盤片（51）的通光凹槽對應徑向中心分別與該探測裝置的接收光軸相重合；垂直于裝置接收光軸，所述光學變倍系統(tǒng)（2）后組物鏡與所述微透鏡組（7）之間安裝有光學濾光片（6），所述光學濾光片（6）根據(jù)脈沖激光信標工作體制、工作時段設(shè)置為不同中心波長、不同通帶寬度的窄帶濾光片；所述微透鏡組（7）能夠?qū)崿F(xiàn)對大氣波前畸變像差的探測；所述信標激光發(fā)射控制傾斜鏡（12）控制所述脈沖信標激光器（11）的天空發(fā)射指向，其閉環(huán)控制量通過所述處理機（10）進行設(shè)置；所述時序同步控制模塊（13）接收由所述轉(zhuǎn)盤式機械快門的光電開關(guān)（52）提供的同步定位基準信號，對所述脈沖信標激光器（11）的出光觸發(fā)時延、所述CCD相機（9）的圖像輸出觸發(fā)時延進行統(tǒng)一控制；脈沖信標激光發(fā)射方式根據(jù)不同應用需求采用旁軸發(fā)射方式，或者同軸發(fā)射方式，其特征在于：包括下列步驟：

（1）、預先根據(jù)脈沖激光信標的天空指向需求，通過處理機（10）對信標激光發(fā)射控制傾斜鏡（12）的閉環(huán)控制量進行設(shè)置；

（2）、調(diào)整望遠鏡（1）的接收光軸、及其后端接收光路的接收光軸，以保證脈沖激光信標回光成像子光斑陣列位于CCD相機（9）的視場中心；

（3）、預先根據(jù)脈沖激光信標的工作體制，利用調(diào)焦控制器（32）對電動式調(diào)焦機構(gòu)（31）的調(diào)焦距離進行自動設(shè)置，使其對應至待測脈沖激光信標高度；

（4）、轉(zhuǎn)盤式機械快門的盤片（51）在控制電機（53）驅(qū)動下穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，以光電開關(guān)（52）檢測到相對于脈沖信標激光器發(fā)射重頻二倍頻的周期性開門/關(guān)門信號作為控制脈沖信標激光器（11）發(fā)射時序與CCD相機（9）圖像輸出時序的同步定位基準信號，并提供至時序同步控制模塊（13）；

（5）、時序同步控制模塊（13）將所述同步定位基準信號分成兩路后，分別進行二分頻與ΔT_Laser延時處理、以及ΔT_Sensor延時與反相處理，分別控制脈沖信標激光器（11）的同步發(fā)射、以及CCD相機（9）對選通高度范圍脈沖激光信標回光曝光后圖像的同步輸出，從而實現(xiàn)對應單脈沖信標激光發(fā)射周期內(nèi)CCD相機（9）對激光信標回光成像子光斑陣列與天光背景混合信號、以及純天光背景信號的分時采集；其中ΔT_Laser延時即脈沖信標激光器（11）出光時刻相對于二分頻同步定位基準信號開門時刻的時間延遲，ΔT_Sensor延時即對應選通高度范圍脈沖激光信標回光進入CCD相機（9）曝光后圖像輸出時刻相對于同步定位基準信號開門時刻的時間延遲；

（6）、對應每個脈沖信標激光發(fā)射周期內(nèi)，由處理機（10）將CCD相機（9）分時采集到的激光信標回光成像子光斑陣列與天光背景混合信號、純天光背景信號進行相減處理，獲取消除天光背景影響的脈沖激光信標回光成像子光斑陣列信號；

（7）、利用處理機（10）對已消除天光背景影響的脈沖激光信標回光成像子光斑陣列信號進行對應微透鏡組（7）分割各子孔徑內(nèi)的二維平均斜率（G_X-GS, G_Y-GS）計算；

（8）、通過相應復原算法對二維平均斜率矩陣G_GS=[G_X-GS(1), G_Y-GS(1),…, G_X-GS(m),G_Y-GS(m)]^T進行波前復原，獲得脈沖激光信標回光所攜帶的大氣波前畸變信息，m為微透鏡組對應的有效子孔徑數(shù)。