飞行器周围大气温度测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于飞行器大气参数测量技术，具体涉及一种机载应用的测量飞行器周围大气温度的装置及方法。所述测量装置包括依次连接的激光器、环形器(4)、光学天线(5)；拉曼信号提取与探测单元分别与环形器(4)、信号处理模块(12)连接。本发明专利技术，装置体积小、重量轻、功耗低，数据更新率高，适合用于飞行器周围大气温度参数测量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
飞行器周围大气温度测量装置及测量方法


[0001]本专利技术属于飞行器大气参数测量技术，具体涉及一种机载应用的测量飞行器周围大气温度的装置及方法。

技术介绍

[0002]大气静温指飞机周围未受到扰动的大气温度，也叫自由空气温度，是飞行器其他大气参数如大气密度、气压高度、真空速、指示空速等的重要计算参数，由于飞行器表明气流被扰动，静温难以测量，大气机常常依靠内置于空速管中的热敏电阻温度传感器测量大气总温，假设测量过程是绝热压缩，可认为静温是总温的函数，可以通过总温和马赫数经过一定的误差补偿计算出大气静温，从而解算出其他大气参数。目前传统的大气机均采用上述方式测量并解算大气静温，如瑞士施密特PSS
‑
8系列大气计算机等。传统的静温测量有以下劣势：1、为获得大气静温，需要测量总温和马赫数等，通过一定的复杂算法计算大气静温，测量过程复杂；2、测量的大气受飞行器气流扰动影响，测量结果误差大，由此解算的大气参数需要复杂校准；3、由于热传递较慢，测量温度存在一定的延时。以上劣势在要求高精度导航定位、高品质飞行控制、高舒适乘坐体验等应用时表现较为突出，需要一种高精度、无需校准、延时小的大气温度测量方法解决该问题。
[0003]激光大气遥感领域常用的测量大气温度的方法是采用散射截面大的532nm或355nm激光测量大气温度，其原理是向大气中发射高能量激光脉冲，利用大气分子后向散射信号特征解算大气温度，测量范围为几十米～几十公里，存在近距测量盲区，此外，目前激光大气温度遥感技术主要应用于地基和天基卫星平台，其体积、功耗及成本均较高，针对机载应用的测量飞行器周围大气温度参数鲜有报道。综合来看，激光大气温度遥感技术并不适用于机载大气温度参数测量，原因有：1、遥感测温距离远，不适合近距温度测量；2、重频低，信号累计时间长，不适合机载的高更新率的要求；3、体积及功耗大，不适合机载应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的：提出一种针对机载应用的大气温度参数测量装置及方法，体积小、重量轻、功耗低，数据更新率高，适合用于飞行器周围大气温度参数测量，相比传统温度传感器测量方法，有测量精度高、避开气流扰动影响、无需校准等优点，有效提高飞行器周围温度测量的精度、实时性和可靠性。
[0005]本专利技术的技术方案：一方面，提供飞行器周围大气温度测量装置，所述测量装置包括依次连接的激光器、环形器4、光学天线5；拉曼信号提取与探测单元分别与环形器4、信号处理模块12连接；
[0006]其中，激光器，用于产生1.4
‑
1.6μm的脉冲激光，并通过环形器4发送给光学天线5；
[0007]光学天线5，用于将发射光聚焦于飞行器周围未受气流影响的目标区域，并接收该目标区域大气分子散射的光信号；
[0008]环形器4，用于将接收的大气分子散射的光信号发送给拉曼信号提取与探测单元
进行拉曼信号的提取和转换，转换后的信号通过信号处理模块12进行信号处理后得到所述目标区域的大气温度。
[0009]可选地，激光器包括依次连接的种子激光器1、脉冲调制模块2和光纤放大器3；
[0010]种子激光器1的波长为1.4～1.6μm、线宽大于1MHz且小于10GHz；
[0011]脉冲调制模块2对种子激光器1发射的激光进行脉冲调制；
[0012]光纤放大器3用于对调制后的脉冲激光进行功率放大。
[0013]可选地，光纤放大器3为稀土掺杂光纤放大器或半导体放大器。
[0014]可选地，所述光学天线5将发射光聚焦于距离光学天线端面20～120米。
[0015]可选地，拉曼信号提取与探测单元包括第一光纤滤波器6、分束器7和至少两个光电探测器；
[0016]所述环形器4与第一光纤滤波器6、分束器7依次连接；
[0017]至少两个光电探测器均与分束器7连接，且光电探测器与分束器7之间连接有光纤滤波器；不同光电探测器与分束器7之间的光纤滤波器的透射谱不同；
[0018]至少两个光电探测器均与信号处理模块12连接。
[0019]可选地，第一光纤滤波器6的带宽为1～400GHz；种子激光器1的波长在第一光纤滤波器6的反射谱或透射谱内。
[0020]可选地，所述第一光纤滤波器6选用光纤光栅、F
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P滤波器、分子或原子滤波器、多层膜滤波器中的任意一种。
[0021]可选地，光电探测器与分束器7之间的光纤滤波器的带宽为1～400GHz；
[0022]经第一光纤滤波器6之后的特定波长在光电探测器与分束器7之间的光纤滤波器的透射谱内；所述特定波长是指温度灵敏度高的至少两个选定波长。
[0023]另一方面，提供飞行器周围大气温度测量方法，所述方法包括：
[0024]选用1.4
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1.6μm的脉冲激光经环形器发送给光学天线；
[0025]光学天线将发射光聚焦于飞行器周围未受气流影响的目标区域，并接收该目标区域大气分子散射的光信号；
[0026]对接收的大气分子散射的光信号进行拉曼信号的提取、探测和处理，得到目标区域的温度。
[0027]可选地，脉冲激光的发射及散射光信号的接收选用光纤传输。
[0028]本专利技术的优点：本专利技术针对现有测量飞行器周围大气温度方法测量受气流影响、误差大需要校准、存在一定延时等缺点，提出了一种精度高、实时性好和可靠性高的光学测温装置及方法。该方法发射聚焦激光束到飞行器周围某目标区域中，通过探测目标区域大气分子的转动拉曼散射信号从而解算出大气温度，相比传统方法测量速度快，无温度延时，其非接触式测量原理可避开飞行器气流影响，具有测量精度高、误差小、无需校准等优点，同时该方法采用1.5μm波长激光及全光纤结构，相比大气温度遥感中常用的532nm和355nm波长方案具有体积小、重量轻、功耗及成本低、光纤柔性连接可靠性高等优势，适合机载应用，可满足飞行器对高精度测温和精确计算其他大气参数的需求。
附图说明：
[0029]图1为用于机载大气温度参数测量的装置；
[0030]图2为采用1.5μm激光器测量时大气中N2分子的转动拉曼散射谱；
[0031]图3为采用1.5μm激光器测量N2分子的不同转动拉曼谱线温度灵敏度。
[0032]附图标记说明：1
‑
种子激光器、2
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脉冲调制模块、3
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光纤放大器、4
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环形器、5
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光学天线、6
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第一光纤滤波器、7
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分束器、8
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第二光纤滤波器、9
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第三光纤滤波器、10
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第一光电探测器、11
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第二光电探测器、12
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信号处理模块。
具体实施方式：
[0033]实施例1
[0034]本实施例，提供一种飞行器周围大气温度测量装置，所述测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器周围大气温度测量装置，其特征在于，所述测量装置包括依次连接的激光器、环形器(4)、光学天线(5)；拉曼信号提取与探测单元分别与环形器(4)、信号处理模块(12)连接；其中，激光器，用于产生1.4
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1.6μm的脉冲激光，并通过环形器(4)发送给光学天线(5)；光学天线(5)，用于将发射光聚焦于飞行器周围未受气流影响的目标区域，并接收该目标区域大气分子散射的光信号；环形器(4)，用于将接收的大气分子散射的光信号发送给拉曼信号提取与探测单元进行拉曼信号的提取和转换，转换后的信号通过信号处理模块(12)进行信号处理后得到所述目标区域的大气温度。2.根据权利要求1所述的飞行器周围大气温度测量装置，其特征在于，激光器包括依次连接的种子激光器(1)、脉冲调制模块(2)和光纤放大器(3)；种子激光器(1)的波长为1.4～1.6μm、线宽大于1MHz且小于10GHz；脉冲调制模块(2)对种子激光器(1)发射的激光进行脉冲调制；光纤放大器(3)用于对调制后的脉冲激光进行功率放大。3.根据权利要求2所述的飞行器周围大气温度测量装置，其特征在于，光纤放大器(3)为稀土掺杂光纤放大器或半导体放大器。4.根据权利要求1所述的飞行器周围大气温度测量装置，其特征在于，所述光学天线(5)将发射光聚焦于距离光学天线端面20～120米。5.根据权利要求1所述的飞行器周围大气温度测量装置，其特征在于，拉曼信号提取与探测单元包括第一光纤滤波器(6)、分束器(7)和至少两个光电探测器；所述环形器(4)与第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，岳亚洲，樊锦川，靳文华，魏青，梁瑾，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：