一种色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置制造方法及图纸

一种色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置，属于大气折射误差测量技术领域。解决了现有技术中大气折射误差的光学测量方法中，湍流参数测量忽略了次要的影响因素，而色散法对色散角的测量精度要求较高的技术问题。本发明专利技术的测量装置，包括沿光的传播方向依次设置的双波长激光器、准直透镜、功率衰减片、聚焦透镜和高分辨率双色CCD，双波长激光器输出双波长激光，经准直透镜准直后入射功率衰减片将双波长激光处理至具有相同的光功率，然后经过湍流区域，并经聚焦透镜聚焦到高分辨率双色CCD上，使用光束漂移法和色散法分别计算得到大气折射误差，实现大气折射误差测量。该测量装置，结构简单，能够以较为低精度的测量来得到高精度的结果。到高精度的结果。到高精度的结果。

【技术实现步骤摘要】
一种色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置


[0001]本专利技术属于大气折射误差测量
，具体涉及一种色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置。

技术介绍

[0002]折射率分布与温度、压强和湿度等大气参数有关，空间中折射率的不同导致光在大气中并不是沿直线传播的，这对光路暴露在大气中的光学测量精度有着严重的影响，尤其是在长距离高精度的应用场景中。随着近地面测量中热辐射、对流与建筑环境的日益复杂，不规则大气对于测量的影响也日渐严重，因此必须精确地测量大气折射误差并加以补偿来提高相关的测量精度。传统的非光学大气折射测量多基于分层模型的射线描迹法，这种方法计算规模较大且需要采取其它方式来获取空间中的大气参数分布，可以通过优化大气分层模型来提高测量的精度。而基于光学的方法来得到大气折射误差不需要空间中庞大参数的获取，能够有效的实现大气折射对于测量影响的实时补偿。传统的光学方法包括湍流参数测量与色散两种方法，其中湍流参数测量又包括了光强闪烁法与光束漂移法。湍流参数测量方法基于光在大气中传播受到湍流影响的现象，通过测量接收光斑的闪烁、弥散与偏移来得到表征湍流的折射率结构常数与l0,利用这两个参数得到湍流热感通量H从而确定平均折射率梯度来进行大气折射误差补偿，但湍流参数测量中主要根据湍流热感通量与平均折射率梯度的关系，而忽略了其它次要的影响因素。色散法则基于介质对不同波长具有不同折射率原理，通过色散角与测量波长的相关性来得到大气折射误差，但色散法对色散角的测量精度要求较高，例如在使用430nm与860nm的双波长色散测量中，需要色散角的测量精度大约是大气折射误差测量的42倍。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术为解决现有技术中大气折射误差的光学测量方法中，湍流参数测量主要根据湍流热感通量与平均折射率梯度的关系，忽略了其它次要的影响因素，而色散法对色散角的测量精度要求较高的技术问题，提供一种色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置，该装置结构简单，能够以较为低精度的测量来得到高精度的结果。
[0004]本专利技术的目的本专利技术实现上述目的采取的技术方案如下。
[0005]本专利技术的色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置，包括沿光的传播方向依次设置的双波长激光器、准直透镜、功率衰减片、聚焦透镜和高分辨率双色CCD，且湍流区域位于功率衰减片和聚焦透镜之间；
[0006]所述双波长激光器输出双波长激光，准直透镜对双波长激光器输出的双波长激光准直，准直后的双波长激光入射功率衰减片，功率衰减片将双波长激光处理至具有相同的光功率，从功率衰减片出射的双波长激光入射到湍流区域，聚焦透镜接收经过湍流区域的双波长激光，并将该双波长激光聚焦到高分辨率双色CCD上，对高分辨双色CCD上的双波长激光光斑进行处理，使用光束漂移法处理两个波长光斑的任意一个得到大气折射误差，同
时使用色散法处理两个波长的光斑再次得到大气折射误差，将光束漂移法得到的大气折射误差作为色散法得到大气折射误差的补偿项，从而实现大气折射误差测量。
[0007]进一步的，所述准直透镜与双波长激光器之间的距离恰好为准直透镜的焦距。
[0008]进一步的，所述高分辨率双色CCD位于聚焦透镜的焦平面处。
[0009]进一步的，所述功率衰减片的参数通过以下方法确定：
[0010]沿光的传播方向依次设置双波长激光器、准直透镜、功率衰减片、聚焦透镜、高分辨率双色CCD和湍流区域；
[0011]双波长激光器输出双波长激光，准直透镜对双波长激光器输出的双波长激光准直，准直后的双波长激光入射功率衰减片，功率衰减片将双波长激光处理后入射到聚焦透镜，聚焦透镜将该双波长激光聚焦到高分辨率双色CCD上，通过高分辨率双色CCD接收到的两路波长激光聚焦光斑的光强来进行功率衰减片的调整，实现两路波长的激光具有相同的光功率。
[0012]进一步的，所述准直透镜和聚焦透镜的色差在高分辨率双色CCD上产生的两个波长接收光斑的质心分离距离不能超过一个像素。
[0013]进一步的，对高分辨率双色CCD上的双波长激光光斑进行处理的过程为：
[0014]一方面，选取一路波长激光的光斑计算得到表征湍流的折射率结构常数与湍流最小尺度l0，通过这两个参数得到湍流热感通量H，从而计算出湍流区域处的平均折射率梯度，进而得到大气折射误差；
[0015]另一方面，将两路波长激光的光斑分离出来，使用像素插值技术提高分辨率得到插值光斑，并对插值光斑进行图像处理找到相互对应的光斑质心，得到色散角，最后通过波长与色散角的相关系数得到不同测量波长下的大气折射误差。
[0016]本专利技术的原理为：双波长激光器发出的两种波长激光光束形成两路测量光路，实现了完全公用光路，从而避免了光路中元件误差或者是装配误差对于测量精度的影响。功率衰减片使两路测量光路的测量光功率相等，避免了功率不一致所带来的影响。接收装置使用高分辨率双色CCD来接收两路光路，在整个大气折射误差测量上实现了装置的完全共路，并有效的使两种测量方案结合起来。在数据处理时可以通过像素插值来提高色散角的测量精度，并可以根据实际情况将光束漂移法的结果作为色散法的补偿项，实现高精度大气折射误差的测量。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0018]本专利技术的色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置，将湍流参数测量中的光束漂移法与色散法相结合，在同一装置上实现两种方案的共同测量，通过将光束漂移测量法得到的结果作为色散结果的修正项(验证测量的大气折射误差是否准确)，能够解决色散法需要色散角测量精度高的问题，从而实现在色散角测量精度不高的前提下，考虑到除温度外的其它因素，给出一个精度较高的大气折射误差，实现对近地面测量中大气折射的有效补偿。
[0019]本专利技术的色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置采用的高分辨率双波长CCD不需要满足色散角测量与实际角度测量之间的关系，能够在采取相同测量精度或者是在差距不大的前提下实现大气折射误差的高精度测量。
[0020]本专利技术的色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置，相比于光强闪烁法等其
它测量方法，结构简单，能够以较为低精度的测量来得到高精度的结果。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施方式中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0022]图1为本专利技术的色散测量与湍流参数测量相结合的高精度大气折射误差测量的结构示意图；
[0023]图2本专利技术的色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置的设计过程中对功率衰减片进行调整时采用的装置的结构示意图；
[0024]图3本专利技术的色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置的高分辨率双色CCD对双波长激光的光斑进行处理的流程图；
[0025]图中，1、双波长激光光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置，其特征在于，包括沿光的传播方向依次设置的双波长激光器(1)、准直透镜(2)、功率衰减片(3)、聚焦透镜(4)和高分辨率双色CCD(5)，且湍流区域(6)位于功率衰减片(3)和聚焦透镜(4)之间；所述双波长激光器(1)输出双波长激光，准直透镜(2)对双波长激光器(1)输出的双波长激光准直，准直后的双波长激光入射功率衰减片(3)，功率衰减片(3)将双波长激光处理至具有相同的光功率，从功率衰减片(3)出射的双波长激光入射到湍流区域(6)，聚焦透镜(4)接收经过湍流区域(6)的双波长激光，并将该双波长激光聚焦到高分辨率双色CCD(5)上，对高分辨率双色CCD(5)上的双波长激光光斑进行处理，使用光束漂移法处理两个波长光斑的任意一个得到大气折射误差，同时使用色散法处理两个波长的光斑再次得到大气折射误差，将光束漂移法得到的大气折射误差作为色散法得到大气折射误差的补偿项，从而实现大气折射误差测量。2.根据权利要求1所述的色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置，其特征在于，所述准直透镜(2)与双波长激光器(1)之间的距离恰好为准直透镜(2)的焦距。3.根据权利要求1所述的色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置，其特征在于，所述高分辨率双色CCD(5)位于聚焦透镜(4)的焦平面处。4.根据权利要求1所述的色散与光束漂移结合的大气折射误差测量装置，其特征在于，所述功率衰减片(3)的参数通过以下方法确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，朱嘉康，刘沅果，霍银龙，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：