一种机载大气数据探测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于机载大气数据探测领域，具体涉及一种机载大气数据探测装置。包括：激光器、分束器、相位移频器、移频控制电路、采集处理电路、平衡探测器、合束器、光学镜头、环形器，激光器与分束器的输入端连接；分束器的第一输出端与环形器的第一引脚连接，第二输出端与相位移频器的光学输入端连接；环形器的第二引脚与光学镜头连接，第三引脚与合束器的信号光输入端连接；相位移频器的光学输出端与合束器的本振输入端连接；移频控制电路的输入端与采集处理电路的输出端连接，输出端与相位移频器的电流驱动信号输入端连接；平衡探测器的输入端与合束器的输出端连接，输出端与采集处理电路的输入端连接。解决了高空高速飞行器的激光探测问题。测问题。测问题。

An airborne atmospheric data detection device

【技术实现步骤摘要】
一种机载大气数据探测装置


[0001]本技术属于机载大气数据探测领域，具体涉及一种机载大气数据探测装置。

技术介绍

[0002]传统大气数据系统利用外露的空速管，传感器直接测量到的总压,静压，总温/静温，攻角，侧滑角等参数可解算出指示空速，真空速，气压高度，大气密度比，大气压力比等全套大气参数。原位测量方式的传统大气数据系统由于外置传感器对飞行器气动和隐身的干扰以及高速飞行条件下，测量精度已经无法保证，成为了制约高速飞行器设计的一大障碍。目前最有希望的新原理测量技术是采用各种利用激光主动遥感方式来测量大气参数。激光测量速度目前比较成熟的是基于米散射激光测速并且在机载大气数据探测领域已经初步应用，其原理是测量气溶胶粒子米散射回波的多普勒频移，从而可计算得到径向速度。这一方法的缺点是气溶胶浓度是随高度急剧减小的，高空洁净空气中示踪物粒子很少，探测信噪比会急剧降低，数据有效性急剧下降，使得使用高度会受到限制，1万米以上难以测量。
[0003]激光测量大气温度有两种技术途径：
[0004]1、一种是采用氮气的拉曼散射信号来计算大气温度。原理是向空气中发射一束激光，气体分子会在接近发射波长的诸多频点处产生拉曼散射，分析拉曼散射的转动和振动信号可以遥测大气温度。这一方法的缺点在于拉曼信号非常微弱，需要很高的激发能量，并且转动拉曼谱线靠近发射波长的间隔距离只有 1
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2个nm，而同时米散射能量却要比拉曼信号高出5个数量级。这使得光谱分离非常困难和复杂，雷达的重量体积难以缩小也难以在机载条件下稳定工作。
[0005]2、一种是通过分子的瑞利散射来测量。光子与分子的弹性碰撞产生的多普勒频移分布符合麦克斯韦
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波尔兹曼速度分布律，用F
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P干涉仪扫描得到瑞利散射的多普勒谱形状后就可以得到气体的温度信息。但由于气溶胶散射的能量一般要高出瑞利散射的能量2
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3个数量级，使用该方法目前仅仅能适用于不存在气溶胶的3万米以上的高空。低空使用瑞利散射的方法主要是使用碘分子超精细吸收线来设计吸收池，并调谐发射波长与之匹配，使得只剩下两翼的边频用于测温。但该方法依然无法应用于高速机载平台。原因在于飞行器自身速度变化极大，使得米散射和气溶胶散射的中心频移量很大且不固定。仍以532nm波长为例，三马赫飞行时的中心频移就已达到接近2GHz，此时米散射能量已经完全超过了碘吸收线的范围，会完全压制瑞利散射信号。
[0006]由以上分析可见，目前已有的激光测速、测温手段均不适于高空、高速飞行器。

技术实现思路

[0007]本技术的目的：提供一种机载大气数据探测装置，解决高空、高速飞行器的激光测速、测温的问题。
[0008]本技术的技术方案：
[0009]一种机载大气数据探测装置，包括：激光器、分束器、相位移频器、移频控制电路、采集处理电路、平衡探测器、合束器、光学镜头、环形器，其中，激光器与分束器的输入端通过光纤连接；分束器的第一输出端与环形器的第一端口通过光纤连接，分束器的第二输出端与相位移频器的光学输入端通过光纤连接；环形器的第二端口与光学镜头通过光纤连接；环形器的第三端口与合束器的信号光输入端通过光纤连接；相位移频器的光学输出端与合束器的本振输入端通过光纤连接；移频控制电路的输入端与采集处理电路的输出端连接，移频控制电路的输出端与相位移频器的电流驱动信号输入端连接；平衡探测器的输入端与合束器的输出端通过光纤连接，平衡探测器的输出端与采集处理电路的输入端连接。
[0010]进一步地，相位移频器为至少两个子马赫曾德干涉仪并接而成的母马赫曾德干涉仪。
[0011]进一步地，相位移频器为两个子马赫曾德干涉仪并接而成的母马赫曾德干涉仪的情况下，母马赫曾德干涉仪的一个臂添加π/2相移，两个子马赫曾德干涉仪的一个臂上施加交流信号，另一臂上同时施加有所述交流信号和直流信号。
[0012]进一步地，激光器发射波长为532nm。
[0013]进一步地，激光能量输出为连续激光。
[0014]进一步地，光学镜头的聚焦距离为30m。
[0015]本技术的有益效果：
[0016]通过采集解算一束激光的后向散射信号就可以测量得到大气参数，适用于高空高速飞行器平台。
附图说明
[0017]图1为本技术的机载大气数据探测装置原理图；
[0018]图2为相位移频器的原理图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0020]如图1，激光器产生一个波长为532nm的窄线宽激光并经分束器分为两路，一路经环形器一端，光学镜头发射到自由空间，发射激光与气体分子发生散射效应后信号光经过光学镜头，从环形器三端输出至合束器。另一路进入相位移频器，利用移频控制电路控制相位移频器将激光的频率进行移频得到本振光。本振光与信号光通过合束器耦合到一根光纤中并进入平衡探测器拍频，平衡探测器输出得到电学差拍信号。
[0021]采集解算部分由相位移频控制电路和的采集处理电路构成，相位移频控制电路产生相位移频器正常工作所需的各个驱动和控制信号，且可调整移频方向和数值。采集处理电路用于采集带宽内的射频信号。
[0022]外差相干接收法具有着高的转换增益，良好的滤波性能，并有小的信噪比损失，同时，通过改变接收器的带宽，可以选择特定的频域从而排除带宽外其他频率信号的干扰，最
终达到窄缝观测回波信号频谱的目的。在此基础上，通过改变相位移频器上施加的驱动信号来改变对应的移频数值和方向可以实现对相干频谱内不同频率的窄缝测量，以得到精确的速度温度信息。本技术涉及的两项技术基础为光学相干外差检测和相位移频器。
[0023]光学相干外差检测的原理如下：
[0024]本振光与信号光同为线偏振光且频率接近，混频后的光均分为两路进入平衡探测器的两个光电二极管，在光混频效应下产生差拍电场，再通过平衡探测器中的一个低噪声、高速跨阻放大器，将两个光电二极管中的光电流的差值，成比例地产生输出电压。通过该方法，可以消除探测器本身存在的热噪声、散粒噪声等干扰，优化探测的信噪比。又由于平衡探测器的带宽较窄，只能探测到散射光和本振光的差频，两束光本身的频率由于超过探测器的响应频率而无法探测到。
[0025]相位移频器原理如下：
[0026]钛扩散X切铌酸锂(LN)是一种电光调制材料，可通过对平面光波导施加不同的电压来成比例的改变其折射率来实现对光波相位的调制。
[0027]如图2，两个LN各作为一个波导臂并接就构成了马赫曾德干涉仪(MZI).
[0028]将两个子MZI并接构成一个母MZI且在一条支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载大气数据探测装置，其特征在于，包括：激光器、分束器、相位移频器、移频控制电路、采集处理电路、平衡探测器、合束器、光学镜头、环形器，其中，激光器与分束器的输入端通过光纤连接；分束器的第一输出端与环形器的第一端口通过光纤连接，分束器的第二输出端与相位移频器的光学输入端通过光纤连接；环形器的第二端口与光学镜头通过光纤连接；环形器的第三端口与合束器的信号光输入端通过光纤连接；相位移频器的光学输出端与合束器的本振输入端通过光纤连接；移频控制电路的输入端与采集处理电路的输出端连接，移频控制电路的输出端与相位移频器的电流驱动信号输入端连接；平衡探测器的输入端与合束器的输出端通过光纤连接，平衡探测器的输出端与采集处理电路的输入端连接。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩超，赵冰彬，范琳，赵鑫玺，
申请(专利权)人：太原航空仪表有限公司，
类型：新型
国别省市：