【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光高光谱探测领域，涉及一种针对激光的光谱重构系统，用于为光谱鉴别系统提供校准输入，提高水下布里渊散射光谱的测量精度。
技术介绍
1、波长在470～580nm附近的蓝绿色波段是海水衰减系数较小的透射窗口。在该波段上的蓝绿色激光可与水体发生多种散射过程，其中通过接收和分析激光与海水分子发生的非弹性散射回波，即水分子的布里渊散射和拉曼散射，可以用于反演温度、盐度两种海水环境参量。此外由于布里渊散射的带宽更窄，不易受背景信号影响，具有更高的探测潜力。通过布里渊散射反演海水温度、盐度的光谱鉴别系统有多种类型，它们通过获取布里渊散射相对于发射激光频率的频移，以及布里渊散射谱线两个谱线参数反演海水的温度和盐度信息。
2、费佐干涉仪结合多通道光电探测器的光谱鉴别系统具有实时性强，能获取完整布里渊谱线的特点。但是在实际应用中，费佐干涉仪结合多通道光电探测器的光谱鉴别系统分辨率受到诸多因素的限制，其中干涉仪楔角、干涉仪器件函数等费佐干涉仪本身的先验信息如不能准确确定，均会在布里渊散射谱线参数的提取过程中引入系统误差。
3、在现有的采用费佐干涉仪的布里渊光谱鉴别系统中，只能使用用于探测回波信号的多通道光电探测器执行系统的自校准。多通道光电探测器虽然能够探测微弱信号，并且具有高时间分辨率，但其通道数少，空间分辨率低。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于费佐干涉仪结合多通道光电探测器的光谱鉴别系统的干涉仪参数校准系统，通过
2、本专利技术的技术解决方案是：一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，包括回波扩束整形单元、鉴频单元、光路切换装置、图像传感器、图像采集以及数据处理单元，其中：
3、回波扩束整形单元：将散射回波扩束准直后射入鉴频单元；
4、鉴频单元：将扩束准直后的散射回波进行多光束干涉，形成线状的干涉条纹后出射；
5、光路切换装置：用于控制将所述线状的干涉条纹反射至图像传感器并在图像传感器上感光；
6、图像采集以及数据处理单元：采集存储图像传感器的感光结果，经过干涉谱提取算法处理获得干涉条纹对应的器件函数和楔角。
7、进一步的，在鉴频单元和光路切换装置之间还包括光束整形单元，对透过鉴频单元的光束进行扩束或缩束以匹配图像传感器的尺寸。
8、优选的，所述的回波扩束整形单元将散射回波扩束准直后，射入鉴频单元的发散角为毫弧度数量级。
9、优选的，所述的鉴频单元为费佐干涉仪。
10、进一步的，所述的线状的干涉条纹的方向与图像传感器像素的列方向平行。
11、进一步的，所述的图像采集以及数据处理单元经过干涉谱提取算法处理获得干涉条纹对应的器件函数和楔角，具体为：
12、(61)将图像传感器采集的图像各行像素的亮度值做平均，将二维干涉条纹压缩为一维干涉谱；所述图像传感器采集的图像通过采用激光器发射固定频率激光照射漫反射靶标，漫反射靶标的回波信号依次经鉴频单元和光路切换装置后获得；
13、(62)在一维干涉谱的亮度峰值附近，获取以像素为单位的干涉条纹的中心位置x0；
14、(63)改变激光器发射激光的频率，重复步骤(61)～(62)，获得以干涉条纹的中心位置为自变量，激光器发射激光的频率偏移量为因变量的关系数据，通过一次函数拟合获得拟合斜率值k；
15、(64)利用拟合斜率值的绝对值|k|计算鉴频单元的楔角α，
16、
17、其中n为鉴频单元两个反射平面之间的介质折射率，λ0为激光波长，vfsr为鉴频单元的自由光谱范围；
18、(65)将一维干涉谱进行归一化处理，然后将一维干涉谱的横坐标调整为以相对频率为自变量，并使得条纹中心位置对应的相对频率为0；对一维干涉谱进行函数拟合，获得拟合后的谱线线宽γx，利用谱线线宽γx和所述拟合斜率值的绝对值|k|计算获得鉴频单元的器件函数γv＝γx*|k|。
19、进一步的，所述的获取以像素为单位的干涉条纹的中心位置x0，具体为：将一维干涉谱选取区域内每一列的信号强度向量表示为将每一列的像素位置记录为计算质心位置为
20、
21、其中质心xp的量纲为长度，x0＝d0xp，d0为图像传感器的像素尺寸。
22、进一步的，所述的获取以像素为单位的干涉条纹的中心位置x0，具体为：采用洛伦兹函数进行拟合质心xp，洛伦兹函数形式为
23、
24、其中xp代表一维干涉谱的峰值强度对应的像素行位置，γx为函数拟合的在干涉谱上占据的半高全宽，c0表示暗电平、背景信号的抬升量，ix表示信号的强度；x0＝d0xp，d0为图像传感器的像素尺寸。
25、优选的，所述改变激光器发射激光的频率，步进量0.2～1.0ghz。
26、优选的，所述的图像传感器采用ccd或cmos器件，光敏面尺寸大于所述线状的干涉条纹的覆盖范围。
27、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
28、(1)本专利技术系统针对传统费佐干涉仪结合多通道光电探测器的光谱鉴别系统中，费佐干涉仪楔角、器件函数信息校准精度不高的问题，提出采用图像传感器代替多通道光电探测器接收校准用干涉条纹，提升了校准接收的空间分辨率，提升校准精度。更高的校准信息输入降低了费佐干涉仪结合多通道光电探测器工作时，反演布里渊散射谱线参数的系统误差；
29、(2)本专利技术系统引入光路切换装置，使得干涉仪透射信号能够在本专利技术使用的图像传感器和光谱鉴别系统中原有的多通道光电探测器之间切换，能够整合到现有的成熟光谱鉴别系统中而不破坏其原本的探测功能。
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1.一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：包括回波扩束整形单元(1)、鉴频单元(2)、光路切换装置(3)、图像传感器(4)、图像采集以及数据处理单元(5)，其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：在鉴频单元(2)和光路切换装置(3)之间还包括光束整形单元(6)，对透过鉴频单元(2)的光束进行扩束或缩束以匹配图像传感器(4)的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述的回波扩束整形单元(1)将散射回波扩束准直后，射入鉴频单元(2)的发散角为毫弧度数量级。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述的鉴频单元(2)为费佐干涉仪。
5.根据权利要求4所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述的线状的干涉条纹的方向与图像传感器(4)像素的列方向平行。
6.根据权利要求5所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，
7.根据权利要求6所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述的获取以像素为单位的干涉条纹的中心位置x0，具体为：将一维干涉谱选取区域内每一列的信号强度向量表示为将每一列的像素位置记录为计算质心位置为
8.根据权利要求6所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述的获取以像素为单位的干涉条纹的中心位置x0，具体为：采用洛伦兹函数进行拟合质心xp，洛伦兹函数形式为
9.根据权利要求6所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述改变激光器发射激光的频率，步进量0.2～1.0GHz。
10.根据权利要求1或2所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述的图像传感器(4)采用CCD或CMOS器件，光敏面尺寸大于所述线状的干涉条纹的覆盖范围。
...【技术特征摘要】
1.一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：包括回波扩束整形单元(1)、鉴频单元(2)、光路切换装置(3)、图像传感器(4)、图像采集以及数据处理单元(5)，其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：在鉴频单元(2)和光路切换装置(3)之间还包括光束整形单元(6)，对透过鉴频单元(2)的光束进行扩束或缩束以匹配图像传感器(4)的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述的回波扩束整形单元(1)将散射回波扩束准直后，射入鉴频单元(2)的发散角为毫弧度数量级。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述的鉴频单元(2)为费佐干涉仪。
5.根据权利要求4所述的一种基于影像的激光布里渊散射谱的高精度重构系统，其特征在于：所述的线状的干涉条纹的方向与图像传感器(4)像素的列方向平行。
6.根据权利要求5所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：张睿哲，杨颂，郑国宪，郑永超，李同，杨孟婕，刘辉，张景豪，尚卫东，王子豪，沈振民，苏云，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：
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