一种测量蒙气色差的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量蒙气色差的方法，包括以下几个步骤：步骤1：使用水平方向上有一定间距d的两个点光源作为信标，所述间距d满足成像系统视场要求，两个点光源的波长λ1、λ2处于可见光到近红外波段且两个波长的差距λ2－λ1不小于100nm；步骤2：两个点光源所发出的两束信标光经近地面千米级水平大气传输后，使用消色差成像系统探测两束信标光的远场光斑质心位置；步骤3：通过两束信标光的远场光斑质心位置计算λ1、λ2之间的蒙气色差。同时还公开了测量蒙气色差的装置，具有能够消除大气湍流、环境振动等因素带来光束抖动对蒙气色差高精度测量的影响的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种测量蒙气色差的方法及装置
本专利技术属于大气光学测量领域，尤其涉及一种测量蒙气色差的方法及装置。
技术介绍
激光雷达、卫星激光测距及定向能武器等大口径激光系统需要利用千米级的水平靶点进行跟踪光轴和发射光轴的高精度标定。受太阳辐照、大地辐射、地形地貌以及天气过程等因素的影响，近地面水平传输路径上在局部可能存在较大的垂直折射率梯度，导致显著的大气折射效应。光线在地球大气中传播时，受近地面大气折射率垂直分布的影响，激光沿水平路径传输时会产生弯曲，传输前后造成的光线仰角改变即蒙气差。由于波长的不同，跟踪光轴和发射光轴的弯曲程度不同，不同波长的蒙气差之差称为蒙气色差。在开展高精度光轴标定试验时，受近地面水平大气传输蒙气色差的影响，可能会给跟踪光轴和发射光轴的高精度标定带来一定的误差，该误差较大时可达几个微弧度。当大口径激光系统对光轴标定误差的要求达到微弧度量级时，就需要实时监测千米级距离上的近地面水平大气蒙气色差，选择在蒙气色差较小时对大口径激光系统跟踪光轴和发射光轴进行标定，以减小光轴标定误差。目前，当大口径激光系统对光轴标定误差的要求达到微弧度量级时，利用光学方法实时监测水平大气蒙气色差，须达到亚微弧度的测量精度。经千米级水平大气传输后，受大气湍流、环境振动等因素的影响，光束会较大幅度随机抖动。因此，利用光学方法实时监测水平大气蒙气色差须消除光束抖动的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可高精度实时监测近地面水平大气蒙气色差，且测量不受光束抖动影响的测量蒙气色差的方法及装置。为实现上述问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种测量蒙气色差的方法：包括以下几个步骤：步骤1：使用水平方向上有一定间距d的两个点光源作为信标，所述间距d满足成像系统视场要求，两个点光源的波长λ1、λ2处于可见光到近红外波段且两个波长的差距λ2－λ1不小于100nm；步骤2：两个点光源所发出的两束信标光经近地面千米级水平传输一定距离后，使用消色差成像系统探测两束信标光的远场光斑质心位置；步骤3：通过两束信标光的远场光斑质心位置计算λ1、λ2之间的蒙气色差。作为本专利技术的进一步改进：进一步地，步骤3中两束信标光的蒙气色差的计算方法为：步骤3.1：步骤2中探测出的两束信标光的远场光斑质心位置为(x1，y1)、(x2，y2)，则水平和垂直两个方向的蒙气色差可由公式(1)计算得到其中，f为成像测量望远镜等效焦距，p为光电探测器单个像素的尺寸,(x10，y10)、(x20，y20)作为系统测量零点，所述系统测量零点是指将两个点光源信标设置为同一波长的两套光源，相同波长的两束信标光经过水平大气传输后进入成像系统成像，此时两束信标光在成像系统光电探测器上所成两个远场光斑的坐标位置(x10，y10)、(x20，y20)作为系统测量零点；步骤3.2：水平和垂直两个方向的合成后总的蒙气色差为：进一步地，波长λ的光束产生的蒙气差φ可以由波长λ1、λ2的蒙气色差Δφ表示：进一步地，对处于红外波段的两个波长λ3、λ4的蒙气色差可通过λ1、λ2之间的蒙气色差换算为：其中，为波长λ1、λ2之间的蒙气色差，为波长λ3、λ4之间的蒙气色差。进一步地，两束信标光的远场光斑为单帧所测光斑或短时间内多帧长曝光光斑。一种测量蒙气色差方法的装置，包括双点光源信标和成像测量望远镜系统，所述双点光源信标和成像测量望远镜系统分别置于千米级水平大气传输路径的两端。进一步地，所述双点光源信标包括：两个不同波长的点光源、遮光板、设置于所述遮光板内的两个通光小孔，两个所述通光小孔位于同一条水平线上且间距为d，两个点光源分别放置在所述两个通光小孔后，两个所述通光小孔的直径在千米级传输距离上满足成像系统对点光源的要求，两个所述通光小孔之间的间距d满足成像系统视场要求，且处于倾斜等晕角范围内。进一步地，所述成像测量望远镜系统包括一种量子效率和信噪比较高、每秒数十帧帧频的光电探测器和一种可消色差、消像差的成像测量望远镜。进一步地，所述成像测量望远镜的主次镜、中继光学镜的镜面镀制有在可见光、近红外波段的反射膜系。进一步地，所述成像测量望远镜的光束方向测量角分辨率不低于0.1μrad，所述成像测量望远镜口径D不超过200mm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术一种测量蒙气色差的方法，使用光束水平大气传输的方法直接测量水平大气蒙气色差，比个别点测量气象参数的方法更直接更准确，使用双点光源信标测量能够消除大气湍流、环境振动等因素带来光束抖动对蒙气色差高精度测量的影响。本专利技术一种测量蒙气色差的装置，通过分别置于千米级水平大气传输路径的两端的双点光源信标和成像测量望远镜系统，成像测量望远镜系统可以降低色差和像差对光斑形态、质心的影响，提高光斑质心测量精度，通过双点光源信标所发出的两束信标光在成像测量望远镜系统上的光斑质心位置，由测量方法给出的计算蒙气色差的公式即可计算蒙气色差，不但可以高精度实时监测近地面水平大气蒙气色差，还可以在测量时不受光束抖动的影响。附图说明图1为本专利技术的测量蒙气色差的装置系统布局图。图2为本专利技术的双点光源信标示意图。图3为本专利技术的成像测量望远镜示意图。图例说明1-双点光源信标；2-成像测量望远镜系统；11-点光源；12-遮光板；121-通光小孔；13-衰减片；21-光电探测器；22-成像测量望远镜。具体实施方式图1至图3示出了本专利技术一种测量蒙气色差的方法及装置的一种实施例。本专利技术一种测量蒙气色差的方法，包括以下几个步骤：步骤1：使用水平方向上有一定间距d的两个点光源作为信标，间距d满足成像系统视场要求，两个点光源的波长λ1、λ2处于可见光到近红外波段且两个波长的差距λ2－λ1足够大，且能够被成像测量望远镜光电探测器高效探测；步骤2：两个点光源所发出的两束信标光经近地面千米级水平传输后，使用消色差成像系统探测两束信标光的远场光斑质心位置；步骤3：通过两束信标光的远场光斑质心位置计算目标波长光束蒙气色差。本专利技术使用折射率差异较大的可见光到近红外波段的两条信标光束水平大气传输的方法直接测量水平路径积分的大气蒙气色差，提高了蒙气色差的测量精度，使用双点光源信标测量能够消除大气湍流、环境振动等因素带来光束抖动对蒙气色差高精度测量的影响。本实施例中，步骤1中，在双点光源信标端使用两个不同波长的点光源作为信标。两个信标光源分别使用十毫瓦级450nmLD激光器和850nmLD激光器。450nm信标为蓝光波段，850nm信标为近红外波段，波长相差400nm，且常用的可见光CCD在这两个波段具有较高的量子效率。使用双点光源信标测量能够消除大气湍流、环境振动等因素带来光束抖动对蒙气色差高精度测量的影响；步骤2中，两个点光源所发出的两束信标光经近地面千米级水平传输后，使用消色差成像系统探测两束信标光的远场光斑质心位置。在需测量水平大气蒙气色差的时段进行长时间监测，使用光电探测器实时采集光斑、处理光斑质心。本实施例中，消色差成像系统使用的是成像测量望远镜系统2，包括成像测量望远镜22和光电探测器21。在使用光电探测器实时采集光斑、处理光斑质心时，需要对测量装置进行系统零点标定，系统零点的标定方法为：系统零点标定时，两个点光源信标设置为同一波长的两套光源，如均为λ1。让两束波长均为λ1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量蒙气色差的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤1：使用水平方向上有一定间距d的两个点光源作为信标，所述间距d满足成像系统视场要求，两个点光源的波长λ1、λ2处于可见光到近红外波段且两个波长的差距λ2－λ1不小于100nm；步骤2：两个点光源所发出的两束信标光经近地面千米级水平大气传输后，使用消色差成像系统探测两束信标光的远场光斑质心位置；步骤3：通过两束信标光的远场光斑质心位置计算λ1、λ2之间的蒙气色差。

【技术特征摘要】
1.一种测量蒙气色差的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤1：使用水平方向上有一定间距d的两个点光源作为信标，所述间距d满足成像系统视场要求，两个点光源的波长λ1、λ2处于可见光到近红外波段且两个波长的差距λ2－λ1不小于100nm；步骤2：两个点光源所发出的两束信标光经近地面千米级水平大气传输后，使用消色差成像系统探测两束信标光的远场光斑质心位置；步骤3：通过两束信标光的远场光斑质心位置计算λ1、λ2之间的蒙气色差。2.根据权利要求1所述的一种测量蒙气色差的方法，其特征在于：步骤3中两束信标光λ1、λ2之间的蒙气色差的计算方法为：步骤3.1：步骤2中探测出的两束信标光的远场光斑质心位置为(x1，y1)、(x2，y2)，则水平和垂直两个方向的蒙气色差可由公式(1)计算得到其中，f为成像测量望远镜等效焦距，p为光电探测器单个像素的尺寸,(x10，y10)、(x20，y20)作为系统测量零点，所述系统测量零点是指将两个点光源信标设置为同一波长的两套光源，相同波长的两束信标光经近地面千米级水平大气传输后进入成像系统成像，此时两束信标光在成像系统光电探测器上所成两个远场光斑的坐标位置(x10，y10)、(x20，y20)作为系统测量零点；步骤3.2：水平和垂直两个方向的合成后总的蒙气色差为：。3.根据权利要求2所述的一种测量蒙气色差的方法，其特征在于：对处于红外波段的两个波长λ3、λ4的蒙气色差通过λ1、λ2之间的蒙气色差换算为：其中，为波长λ1、λ2之间的蒙气色差，为波长λ3、λ4之间的蒙气色差。4.根据权利要求2所述的一种测量蒙气色差的方法，其特征在于：波长λ的...

【专利技术属性】
技术研发人员：习锋杰，杨轶，韩凯，杜少军，许晓军，张烜喆，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43