光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角相关系数测量方法技术

本发明专利技术公开一种光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角的相关系数测量方法，其特征在于：使用对流式大气湍流模拟装置在室内模拟大气湍流，光束传输经过室内模拟的大气湍流，产生光束漂移和到达角变化。首先分别测量沿相同光轴反向传输的两束激光的光到达角和光束漂移角，并把测量结果保存到计算机文件中；然后，根据保存在计算机文件中的测量结果，利用统计分析方法得出光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角的相关系数。

Measurement method of correlation coefficient of drift angle and reverse transmission angle of arrival of beam forward turbulent transfer

The correlation coefficient of the angle measurement method of the invention discloses a positive beam drift angle and turbulence transmission reverse transmission reach, which is characterized by using a convection type atmospheric turbulence simulation device simulation of atmospheric turbulence in the interior, the beam propagation through atmospheric turbulence simulation, beam drift and arrival angle. The first two laser beams were measured along the same axis reverse transmission of light reaching the angle and beam drift angle, and the measurement results are saved to the computer file; then, according to the measurement results stored in computer files, analysis method of the beam drift angle and positive turbulence transmission to reverse transmission angle using statistical correlation coefficient.

【技术实现步骤摘要】
光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角相关系数测量方法
本专利技术涉及一种光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角相关系数测量方法，属于激光大气湍流传输

技术介绍
激光束在大气湍流中传输时会发生光束漂移现象，即接收平面上的光束横截面光斑质心位置出现随机移动。假设在某个时刻，接收平面上的光束横截面光斑质心位置偏离无湍流影响时的光束横截面光斑质心位置的距离为rc，光束发射平面到光束接收平面的距离为L，则该时刻的光束漂移角为β＝arctan(rc/L)。通常情况下rc远小于L，因此β≈rc/L。激光束经大气湍流传输后被一个有限孔径接收器接收，并聚焦到一个CCD探测器上，CCD探测器输出的光斑图像的质心会随时间发生随机跳动，这反映了光波的孔径平均到达角变化。理论研究表明，光束漂移主要是源自靠近发射端的湍流涡旋的贡献，光到达角起伏主要是源自靠近接收端的湍流涡旋的贡献。在双向激光大气湍流传输系统中，可以在一个光端机中测量接收到的光到达角，并据此利用快速倾斜镜对该光端机的发射光束进行偏转角预补偿，从而达到补偿光束漂移的目的。这实际上是一种自适应光束发射技术。这种自适应光束发射技术的性能依赖于接收到的光到达角和发射光束的漂移角之间的相关性。如果发射光束的漂移角和接收到的光到达角相关性很低，则利用快速倾斜镜对发射光束进行偏转角预补偿的效果会很差。因此，测量一个光端机的发射光束漂移角和接收光到达角的相关系数对研究和分析自适应光束发射技术具有重要意义。如图1所示，光端机A向光端机B发射一束激光，光端机B向光端机A发射一束激光，从光端机A到光端机B的传输称为正向传输，从光端机B到光端机A的传输称为反向传输，光端机A发射的激光经大气湍流传输后的光束漂移角称为光束正向湍流传输漂移角，光端机B发射的激光经大气湍流传输后在光端机A处的到达角称为光束反向湍流传输到达角。在研究激光大气湍流传输特性时，为了便于控制大气湍流条件，可以利用大气湍流模拟装置在室内模拟大气湍流。本专利技术提供一种光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角的相关系数测量方法，测量光束经室内模拟大气湍流正向传输后的漂移角和光束经室内模拟大气湍流反向传输后的到达角的统计相关系数。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角相关系数测量方法，为研究和分析基于发射光束偏转角预补偿的自适应光束发射技术提供实验数据支持。本专利技术的技术方案是这样实现的：光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角相关系数测量方法，其特征在于：第一激光器发出的激光A001经过第一透镜和第二透镜后入射到第一分光器上，从第一分光器透射过去的激光A001从对流式大气湍流模拟装置的第一玻璃窗口进入模拟的大气湍流中传输，并从对流式大气湍流模拟装置的第二玻璃窗口透射出去，从第二玻璃窗口透射出去的激光A001入射到第二分光器上，被第二分光器反射的激光A001入射到矩形漫反射屏上；用数字相机连续拍摄矩形漫反射屏上的光斑，数字相机连续拍摄得到的光斑图像序列被传送给第二计算机系统；第二激光器发出的激光A002经过第三透镜和第四透镜后入射到第二分光器上，从第二分光器透射过去的激光A002从对流式大气湍流模拟装置的第二玻璃窗口进入模拟的大气湍流中传输，并从对流式大气湍流模拟装置的第一玻璃窗口透射出去，从第一玻璃窗口透射出去的激光A002入射到第一分光器上，被第一分光器反射的激光A002入射到第五透镜上，经第五透镜聚焦后的激光A002入射到CCD探测器上，CCD探测器探测到的光斑图像被传送给第一计算机系统；CCD探测器到第五透镜的距离为第五透镜的焦距长度；对流式大气湍流模拟装置为封闭的四方形铁桶，正常工作时在铁桶内产生大气湍流。1)确定在不存在模拟的大气湍流的情况下，CCD探测器探测到的光斑的质心，具体方法如下：步骤Step101：使对流式大气湍流模拟装置不工作，在对流式大气湍流模拟装置的铁桶内的空气为平静的大气；使第二激光器正常工作并发射激光A002；使CCD探测器和第一计算机系统正常工作；步骤Step102：把CCD探测器探测到的一帧光斑图像B001传送到第一计算机系统中，并把光斑图像B001的像素灰度矩阵保存在第一计算机系统的内存中的二维数组Iccd中，数组Iccd的行数等于光斑图像B001的像素灰度矩阵的行数，数组Iccd的列数等于光斑图像B001的像素灰度矩阵的列数；步骤Step103：计算其中Iccd(i1,j1)表示数组Iccd的第i1行、第j1列元素的值，Nr1表示数组Iccd的行数，Nc1表示数组Iccd的列数；irz1和jcz1是CCD探测器探测到的光斑的质心对应的行位置和列位置。2)调节和标定数字相机，具体方法如下：步骤Step201：使对流式大气湍流模拟装置不工作，在对流式大气湍流模拟装置的铁桶内的空气为平静的大气；使第一激光器正常工作并发射激光A001；使数字相机和第二计算机系统正常工作；调节矩形漫反射屏的位置，使入射到矩形漫反射屏上的激光A001的光斑位于矩形漫反射屏的中心部分；步骤Step202：使第一激光器不工作，用白光照射整个矩形漫反射屏；步骤Step203：在矩形漫反射屏上添加四个黑色的标记点，第一个标记点为P1，第二个标记点为P2，第三个标记点为P3，第四个标记点为P4，标记点P1、P2、P3、P4位于矩形漫反射屏的中心部分并间隔一定距离，P1和P2的连线垂直于P3和P4的连线，P1和P2的连线平行于矩形漫反射屏的一条矩形边EV1，P3和P4的连线平行于矩形漫反射屏的另一条矩形边EH1，矩形边EV1垂直于矩形边EH1；调节数字相机，使连接P1和P2的线段在数字相机拍摄到的图像中仅穿过同一行像素，使连接P3和P4的线段在数字相机拍摄到的图像中仅穿过同一列像素；步骤Step204：计算连接P1和P2的线段在数字相机拍摄到的图像中穿过的像素个数NP12，计算连接P3和P4的线段在数字相机拍摄到的图像中穿过的像素个数NP34；测量矩形漫反射屏上的连接P1和P2的线段的长度L12，测量矩形漫反射屏上的连接P3和P4的线段的长度L34；步骤Step205：从矩形漫反射屏上移除标记点P1、P2、P3、P4；3)确定在不存在模拟的大气湍流的情况下，数字相机拍摄到的矩形漫反射屏上的光斑的质心，具体方法如下：步骤Step301：使对流式大气湍流模拟装置不工作，在对流式大气湍流模拟装置的铁桶内的空气为平静的大气；使第一激光器正常工作并发射激光A001；使数字相机和第二计算机系统正常工作；步骤Step302：把数字相机拍摄到的一帧光斑图像B002传送到第二计算机系统中，并把光斑图像B002的像素灰度矩阵保存在第二计算机系统的内存中的二维数组Icam中，数组Icam的行数等于光斑图像B002的像素灰度矩阵的行数，数组Icam的列数等于光斑图像B002的像素灰度矩阵的列数；步骤Step303：计算其中Icam(i2,j2)表示数组Icam的第i2行、第j2列元素的值，Nr2表示数组Icam的行数，Nc2表示数组Icam的列数；irz2和jcz2是数字相机拍摄到的光斑图像B002的光斑的质心对应的行位置和列位置。4)同时测量入射到CCD探测器上的激光A002的到达角和入射到矩形漫反本文档来自技高网...

【技术保护点】
光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角相关系数测量方法，其特征在于：第一激光器发出的激光A001经过第一透镜和第二透镜后入射到第一分光器上，从第一分光器透射过去的激光A001从对流式大气湍流模拟装置的第一玻璃窗口进入模拟的大气湍流中传输，并从对流式大气湍流模拟装置的第二玻璃窗口透射出去，从第二玻璃窗口透射出去的激光A001入射到第二分光器上，被第二分光器反射的激光A001入射到矩形漫反射屏上；用数字相机连续拍摄矩形漫反射屏上的光斑，数字相机连续拍摄得到的光斑图像序列被传送给第二计算机系统；第二激光器发出的激光A002经过第三透镜和第四透镜后入射到第二分光器上，从第二分光器透射过去的激光A002从对流式大气湍流模拟装置的第二玻璃窗口进入模拟的大气湍流中传输，并从对流式大气湍流模拟装置的第一玻璃窗口透射出去，从第一玻璃窗口透射出去的激光A002入射到第一分光器上，被第一分光器反射的激光A002入射到第五透镜上，经第五透镜聚焦后的激光A002入射到CCD探测器上，CCD探测器探测到的光斑图像被传送给第一计算机系统；CCD探测器到第五透镜的距离为第五透镜的焦距长度；对流式大气湍流模拟装置为封闭的四方形铁桶，正常工作时在铁桶内产生大气湍流；1)确定在不存在模拟的大气湍流的情况下，CCD探测器探测到的光斑的质心，具体方法如下：步骤Step101：使对流式大气湍流模拟装置不工作，在对流式大气湍流模拟装置的铁桶内的空气为平静的大气；使第二激光器正常工作并发射激光A002；使CCD探测器和第一计算机系统正常工作；步骤Step102：把CCD探测器探测到的一帧光斑图像B001传送到第一计算机系统中，并把光斑图像B001的像素灰度矩阵保存在第一计算机系统的内存中的二维数组Iccd中，数组Iccd的行数等于光斑图像B001的像素灰度矩阵的行数，数组Iccd的列数等于光斑图像B001的像素灰度矩阵的列数；步骤Step103：计算...

【技术特征摘要】
1.光束正向湍流传输漂移角与反向传输到达角相关系数测量方法，其特征在于：第一激光器发出的激光A001经过第一透镜和第二透镜后入射到第一分光器上，从第一分光器透射过去的激光A001从对流式大气湍流模拟装置的第一玻璃窗口进入模拟的大气湍流中传输，并从对流式大气湍流模拟装置的第二玻璃窗口透射出去，从第二玻璃窗口透射出去的激光A001入射到第二分光器上，被第二分光器反射的激光A001入射到矩形漫反射屏上；用数字相机连续拍摄矩形漫反射屏上的光斑，数字相机连续拍摄得到的光斑图像序列被传送给第二计算机系统；第二激光器发出的激光A002经过第三透镜和第四透镜后入射到第二分光器上，从第二分光器透射过去的激光A002从对流式大气湍流模拟装置的第二玻璃窗口进入模拟的大气湍流中传输，并从对流式大气湍流模拟装置的第一玻璃窗口透射出去，从第一玻璃窗口透射出去的激光A002入射到第一分光器上，被第一分光器反射的激光A002入射到第五透镜上，经第五透镜聚焦后的激光A002入射到CCD探测器上，CCD探测器探测到的光斑图像被传送给第一计算机系统；CCD探测器到第五透镜的距离为第五透镜的焦距长度；对流式大气湍流模拟装置为封闭的四方形铁桶，正常工作时在铁桶内产生大气湍流；1)确定在不存在模拟的大气湍流的情况下，CCD探测器探测到的光斑的质心，具体方法如下：步骤Step101：使对流式大气湍流模拟装置不工作，在对流式大气湍流模拟装置的铁桶内的空气为平静的大气；使第二激光器正常工作并发射激光A002；使CCD探测器和第一计算机系统正常工作；步骤Step102：把CCD探测器探测到的一帧光斑图像B001传送到第一计算机系统中，并把光斑图像B001的像素灰度矩阵保存在第一计算机系统的内存中的二维数组Iccd中，数组Iccd的行数等于光斑图像B001的像素灰度矩阵的行数，数组Iccd的列数等于光斑图像B001的像素灰度矩阵的列数；步骤Step103：计算其中Iccd(i1,j1)表示数组Iccd的第i1行、第j1列元素的值，Nr1表示数组Iccd的行数，Nc1表示数组Iccd的列数；irz1和jcz1是CCD探测器探测到的光斑的质心对应的行位置和列位置；2)调节和标定数字相机，具体方法如下：步骤Step201：使对流式大气湍流模拟装置不工作，在对流式大气湍流模拟装置的铁桶内的空气为平静的大气；使第一激光器正常工作并发射激光A001；使数字相机和第二计算机系统正常工作；调节矩形漫反射屏的位置，使入射到矩形漫反射屏上的激光A001的光斑位于矩形漫反射屏的中心部分；步骤Step202：使第一激光器不工作，用白光照射整个矩形漫反射屏；步骤Step203：在矩形漫反射屏上添加四个黑色的标记点，第一个标记点为P1，第二个标记点为P2，第三个标记点为P3，第四个标记点为P4，标记点P1、P2、P3、P4位于矩形漫反射屏的中心部分并间隔一定距离，P1和P2的连线垂直于P3和P4的连线，P1和P2的连线平行于矩形漫反射屏的一条矩形边EV1，P3和P4的连线平行于矩形漫反射屏的另一条矩形边EH1，矩形边EV1垂直于矩形边EH1；调节数字相机，使连接P1和P2的线段在数字相机拍摄到的图像中仅穿过同一行像素，使连接P3和P4的线段在数字相机拍摄到的图像中仅穿过同一列像素；步骤Step204：计算连接P1和P2的线段在数字相机拍摄到的图像中穿过的像素个数NP12，计算连接P3和P4的线段在数字相机拍摄到的图像中穿过的像素个数NP34；测量矩形漫反射屏上的连接P1和P2的线段的长度L12，测量矩形漫反射屏上的连接P3和P4的线段的长度L34；步骤Step205：从矩形漫反射屏上移除标记点P1、P2、P3、P4；3)确定在不存在模拟的大气湍流的情况下，数字相机拍摄到的矩形漫反射屏上的光斑的质心，具体方法如下：步骤Step301：使对流式大气湍流模拟装置不工作，在对流式大气湍流模拟装置的铁桶内的空气为平静的大气；使第一激光器正常工作并发射激光A001；使数字相机和第二计算机系统正常工作；步骤Step302：把数字相机拍摄到的一帧光斑图像B002传送到第二计算机系统中，并把光斑图像B002的像素灰度矩阵保存在第二计算机系统的内存中的二维数组Icam中，数组Icam的行数等于光斑图像B002的像素灰度矩阵的行数，数组Icam的列数等于光斑图像B002的像素灰度矩阵的列...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈纯毅，杨华民，倪小龙，蒋振刚，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22