[發明專利]同時測量大氣多參數的星載激光外差系統地面模擬裝置及方法

有效

• 申請號: 202010436957.6
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111562236B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 高曉明;談圖;熊偉;李竣;王晶晶;文輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/27
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 任崗生

本發明公開了一種同時測量大氣多參數的星載激光外差系統地面模擬裝置及方法。裝置由寬帶光源(1)、帶通孔拋物鏡(2)、模擬氣體吸收池(3)、模擬氣體溫控器(4)和模擬風速轉輪(5)構成的大氣風速、溫度模擬部件，激光控制器(7)、窄線寬激光器(6)、分束器(8)和合束器(9)構成的激光外差部件，參考氣體吸收池(11)、參考氣體溫控器(12)、光電探測器(13)、平方律響應探測器(10)、帶通濾波器(14)、肖特基二極管(15)和數據采集處理器(16)構成的光譜采集處理部件組成；方法使用激光與非相干光外差法得參考和信號光譜，由其頻差得風速、風向信息，相鄰兩根吸收譜線的強度比得吸收池溫度，調節池溫度得定標關系曲線。

技術領域

本發明涉及一種星載激光外差系統地面模擬裝置及方法，尤其是一種同時測量大氣多參數的星載激光外差系統地面模擬裝置及方法。

背景技術

大氣風場、溫度場是理解大氣動力學行為、熱力學性質和成分結構的關鍵參數，其狀態及時空特性對氣候變化、飛行器的發射、運行、管控、著陸以及軍事打擊等至關重要。大氣風場、溫度場的信息對提升大氣和空間研究能力、航天活動安全保障服務、空間氣象預報水平、改進全球氣候預測能力等方面具有重要的應用價值。

目前，人們為了測量大氣風場、溫度場，作了一些有益的嘗試和努力，Fabry-Perot干涉儀、Michelson干涉儀、Doppler差分干涉儀等相繼被用于大氣參數的探測中，激光外差光譜技術因其分辨率高、靈敏度高、體積小等優勢也受到了廣泛的關注。如美國專利說明書US 10422868 B2于2019年9月24日公告的一種空氣壓力、溫度和風速的光學外差檢測裝置及方法。該專利說明書中提及的檢測裝置使用兩束相干光的方式進行探測，雙頻激光器的一個頻率用作參考光束、另一個頻率作為信號光束傳輸到特定的空氣中，并在空氣體積中散射和反射，參考光束和接收到的散射信號光束在光電探測器上混合，用于拍頻特性的頻譜測量；檢測方法采用瑞利-布里淵散射線(RBS)的譜線線型以及中心頻率的頻移的方法來遙感監測大氣氣壓、溫度和風速。這種檢測裝置及方法雖可測量空氣壓力、溫度和風速，卻也存在著不足之處，首先，不是直接測量上層大氣的輝光、極光等寬帶光的信息；其次，由于測定的光譜寬度取決于溫度和壓力，從而導致檢測結果具有相當大的誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，為星載高精度探測大氣風場和溫度場提供一種有效的技術手段和基本的檢測保障的同時測量大氣多參數的星載激光外差系統地面模擬裝置。

本發明要解決的另一個技術問題為提供一種同時測量大氣多參數的星載激光外差系統地面模擬方法。

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為，同時測量大氣多參數的星載激光外差系統地面模擬裝置包括激光外差部件和與其連接的光譜采集處理部件，特別是：

所述地面模擬裝置還置有與激光外差部件連接的大氣風速、溫度模擬部件；

所述大氣風速、溫度模擬部件為寬帶光源及其輸出光路上依次置有的帶通孔拋物鏡、模擬氣體吸收池和模擬風速轉輪，其中，位于帶通孔拋物鏡背面的寬帶光源的輸出光路處于通孔中，模擬氣體吸收池附有模擬氣體溫控器，以獲得途經模擬氣體吸收池和帶通孔拋物鏡的模擬風速轉輪的攜帶大氣分子吸收信息的后向散射光；

所述激光外差部件為輸入端與激光控制器電連接的窄線寬激光器，以及其輸出光路上依次置有的分束器和合束器，其中，合束器的另一輸入端位于后向散射光的輸出光路上，用于將本振窄線寬激光與后向散射光進行混頻，以獲得外差光；