基于差分像運(yùn)動(dòng)法的距離分辨主動(dòng)大氣湍流激光雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光遙感、大氣探測(cè)、光電探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于差分像運(yùn)動(dòng)法的距離分辨主動(dòng)大氣湍流激光雷達(dá)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的大氣湍流監(jiān)測(cè)設(shè)備通常為差分像運(yùn)動(dòng)檢測(cè)儀(DIMM)，DIMM系統(tǒng)通過對(duì)自然星成像的被動(dòng)探測(cè)，測(cè)量整個(gè)大氣路徑上的湍流的積分效應(yīng)，不具有距離分辨特性。而采用差分像運(yùn)動(dòng)法(DIM)的大氣湍流激光雷達(dá)技術(shù)中，使用激光導(dǎo)星(LGS)代替了之前測(cè)量方法中使用的自然光源。通過主動(dòng)改變激光的聚焦位置與增強(qiáng)型CCD(ICCD)的快門時(shí)間，可以測(cè)量得到不同高度位置的大氣湍流效應(yīng)。
[0003]目前只有喬治亞理工學(xué)院(GTRI)研宄小組按照理論分析、模擬驗(yàn)證、系統(tǒng)研制的步驟對(duì)DIM激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研宄。
[0004]GTRI研制的DIM激光雷達(dá)的光學(xué)系統(tǒng)主要分為發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)兩部分。發(fā)射系統(tǒng)由脈沖激光器、4個(gè)轉(zhuǎn)向平面鏡、擴(kuò)束器、掃描平面反射鏡構(gòu)成。系統(tǒng)工作時(shí)，355nm激光光束從脈沖激光器射出后經(jīng)過兩個(gè)轉(zhuǎn)向反射鏡將光束導(dǎo)入擴(kuò)束器，然后將擴(kuò)束后的激光由兩個(gè)轉(zhuǎn)向反射鏡反射到一個(gè)大平面反射鏡上，由該大平面反射鏡將激光反射入大氣中，使激光光束在設(shè)定好的高度位置聚焦；接收系統(tǒng)由接收主鏡、接收次鏡、四個(gè)接收子瞳、玻璃楔塊、掃描平面反射鏡構(gòu)成。大氣中的后向散射信號(hào)被大平面反射鏡反射進(jìn)入接收主鏡，主鏡將光信號(hào)匯聚到接收次鏡，玻璃楔塊將次鏡反射的光分成四束進(jìn)入不同的接收子瞳。該系統(tǒng)中接收與發(fā)射共用一塊掃描平面發(fā)射鏡，但該平面發(fā)射鏡的俯仰角不能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，在測(cè)量之前需要根據(jù)測(cè)量的方位對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)的調(diào)節(jié)。
[0005]但是，上述系統(tǒng)由于擴(kuò)束器并不可自動(dòng)調(diào)節(jié)擴(kuò)束角度，激光匯聚到測(cè)量位置的高度必須在測(cè)量前設(shè)定，所以不可進(jìn)行整個(gè)測(cè)量路徑上不同高度位置的快速掃描測(cè)量；并且在發(fā)射系統(tǒng)中采用了四級(jí)反射，對(duì)光路的調(diào)節(jié)精度要求很高，提高了調(diào)節(jié)難度；另外，由于反射鏡的存在能量的損失，影響了光學(xué)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于差分像運(yùn)動(dòng)法的距離分辨主動(dòng)大氣湍流激光雷達(dá)系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了光路，并具有較高的光學(xué)效率。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種基于差分像運(yùn)動(dòng)法的距離分辨主動(dòng)大氣湍流激光雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，包括:激光聚焦發(fā)射系統(tǒng)與光學(xué)接收系統(tǒng)；其中:
[0009]所述激光聚焦發(fā)射系統(tǒng)包括:激光器、發(fā)射反射鏡組、擴(kuò)束發(fā)射系統(tǒng)與掃描平面反射鏡；所述激光器發(fā)射的激光依次經(jīng)過發(fā)射反射鏡組與擴(kuò)束發(fā)射系統(tǒng)射入掃描平面反射鏡，由掃描平面鏡向空中發(fā)射信號(hào)；
[0010]所述光學(xué)接收系統(tǒng)包括:離軸接收系統(tǒng)、校準(zhǔn)系統(tǒng)與ICCD照相機(jī)；掃描平面鏡向空中發(fā)射信號(hào)的反射信號(hào)反射回掃描平面鏡后，被所述離軸接收系統(tǒng)接收，經(jīng)由校準(zhǔn)系統(tǒng)處理后被照相機(jī)接收。
[0011]所述發(fā)射反射鏡組包括:第一與第二平面反射鏡；所述擴(kuò)束發(fā)射系統(tǒng)包括:發(fā)射次鏡與發(fā)射主鏡；
[0012]所述激光器發(fā)射的激光依次經(jīng)過第一與第二平面反射鏡后射入發(fā)射次鏡，由發(fā)射次鏡將激光反射至發(fā)射主鏡光形成一定發(fā)散角的平行光束。
[0013]所述激光聚焦發(fā)射系統(tǒng)還包括:第一電動(dòng)平臺(tái)；
[0014]所述擴(kuò)束發(fā)射系統(tǒng)中的發(fā)射次鏡固定在所述第一電動(dòng)平臺(tái)上，通過所述第一電動(dòng)平臺(tái)上來(lái)控制擴(kuò)束發(fā)射系統(tǒng)中發(fā)射次鏡與發(fā)射主鏡之間的距離。
[0015]所述離軸接收系統(tǒng)包括:第一與第二接收主鏡、第一與第二接收次鏡、第一與第二平面轉(zhuǎn)向鏡以及分光棱鏡；
[0016]所述掃描平面鏡向空中發(fā)射信號(hào)的反射信號(hào)反射回掃描平面鏡后，被第一與第二接收主鏡接收；第一接收主鏡將接收到的光信息依次經(jīng)過第一接收次鏡與第一平面轉(zhuǎn)向鏡射入分光棱鏡；第二接收主鏡將接收到的光信息依次經(jīng)過第二接收次鏡與第二平面轉(zhuǎn)向鏡射入分光棱鏡。
[0017]所述光學(xué)接收系統(tǒng)還包括:第二電動(dòng)平臺(tái)；
[0018]所述ICXD照相機(jī)固定在所述第二電動(dòng)平臺(tái)上，通過所述第二電動(dòng)平臺(tái)上來(lái)控制ICXD照相機(jī)與校準(zhǔn)系統(tǒng)之間的間距。
[0019]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本系統(tǒng)中發(fā)射系統(tǒng)采用二級(jí)反射，光路調(diào)節(jié)非常簡(jiǎn)單，并具有較高的光學(xué)效率；同時(shí)，發(fā)射、接收的角度與擴(kuò)束系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)，能自動(dòng)將激光光束聚焦到指定位置，解決不能對(duì)整個(gè)測(cè)量路徑進(jìn)行快速掃描測(cè)量的問題。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于差分像運(yùn)動(dòng)法的距離分辨主動(dòng)大氣湍流激光雷達(dá)系統(tǒng)的框圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于差分像運(yùn)動(dòng)法的距離分辨主動(dòng)大氣湍流激光雷達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于差分像運(yùn)動(dòng)法的距離分辨主動(dòng)大氣湍流激光雷達(dá)系統(tǒng)的框圖。如圖1所示，該系統(tǒng)主要包括:激光聚焦發(fā)射系統(tǒng)與光學(xué)接收系統(tǒng)；其中:
[0025]所述激光聚焦發(fā)射系統(tǒng)包括:激光器、發(fā)射反射鏡組、擴(kuò)束發(fā)射系統(tǒng)與掃描平面反射鏡；所述激光器發(fā)射的激光依次經(jīng)過發(fā)射反射鏡組與擴(kuò)束發(fā)射系統(tǒng)射入掃描平面反射鏡，由掃描平面鏡向空中發(fā)射信號(hào)；
[0026]所述光學(xué)接收系統(tǒng)包括:離軸接收系統(tǒng)、校準(zhǔn)系統(tǒng)與ICCD照相機(jī)；掃描平面鏡向空中發(fā)射信號(hào)的反射信號(hào)反射回掃描平面鏡后，被所述離軸接收系統(tǒng)接收，經(jīng)由校準(zhǔn)系統(tǒng)處理后被照相機(jī)接收。
[0027]為了便于理解，下面對(duì)圖1中的部件進(jìn)行細(xì)化，并結(jié)合圖2做進(jìn)一步的說明。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例所提供的系統(tǒng)采用3通道設(shè)計(jì)，即一個(gè)激光發(fā)射通道和兩個(gè)離軸接收通道。如圖2所示，所述發(fā)射反射鏡組包括:第一與第二平面反射鏡(圖2中的I與2);所述擴(kuò)束發(fā)射系統(tǒng)包括:發(fā)射次鏡3與發(fā)射主鏡4 ;所述離軸接收系統(tǒng)包括:第一與第二接收主鏡(圖2中的6與7)、第一與第二接收次鏡(圖2中的8與9)、第一與第二平面轉(zhuǎn)向鏡(圖2中的10與11)以及分光棱鏡12。
[0029]所述激光聚焦發(fā)射系統(tǒng)采用反射式卡塞格林結(jié)構(gòu)，所述激光器(532nm ND:YAGlaser)發(fā)射的激光依次經(jīng)過第一與第二平面反射鏡后射入發(fā)射次鏡3，由發(fā)射次鏡3將激光反射至發(fā)射主鏡4光形成一定發(fā)散角的平行光束，再由掃描平面鏡5向空中不同方向發(fā)射信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)過大氣散射，反射回掃描平面鏡5。
[0030]示例性的，上述部件可采用如下參數(shù):激光器光斑直徑為Φ9πιπι，可采用型號(hào)為Continuum公司的Powerlite DLS 9050激光器，可提供50Hz的532nm的脈沖