一种探测中高层大气风场的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学探测技术领域，公开了一种探测中高层大气风场的装置及方法。本发明专利技术利用光学接收系统接收来自不同方向的气辉辐射，利用干涉成像系统基于气辉辐射产生干涉圆环，利用环转线光学系统中的圆锥反射镜将干涉圆环转换成线性干涉条纹并反射至CCD探测器，得到探测信息。上述探测信息用于进行中高层大气风场风速与温度的反演。本发明专利技术能够提升光学系统的信噪比，克服以往基于干涉圆环的反演算法带来的误差以及环状条纹和阵列式探测器不匹配的缺点，能够优化对大气风场的风速与温度进行反演的精度，同时提高了FPI系统的工作效率。同时提高了FPI系统的工作效率。同时提高了FPI系统的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种探测中高层大气风场的装置及方法


[0001]本专利技术属于光学探测
，更具体地，涉及一种探测中高层大气风场的装置及方法。

技术介绍

[0002]对中高层大气进行探测的设备主要分为两类：地基探测设备和卫星探测设备。通过地基设备对中间层和低热层的大气风速和大气温度进行测量时，如果采用激光测风雷达的探测方式，由于探测目标区域过高，会导致激光信号源的回波信号严重衰减而无法接收到激光回波，因此无法采用主动光学探测的方式测量高层大气的风速和温度。
[0003]法布里
‑
珀罗干涉仪(Fabry
–
P
é
rot interferometer，FPI)属于被动光学探测方式，无需稳定的激光发射源，只需将气辉辐射作为入射光和信号源，从气辉辐射的干涉图反演得到气辉辐射所携带的风场信息和温度信息。法布里
‑
珀罗干涉仪具有结构简单、成本低和可移动的优势，且相对于激光雷达探测高度更高，目前被广泛应用于中间层和低热层的风速和温度的探测。
[0004]国内外用于大气风场探测的法布里本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种探测中高层大气风场的装置，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的光学接收系统、干涉成像系统和环转线光学系统；所述光学接收系统用于接收来自不同方向的气辉辐射；所述干涉成像系统用于基于所述气辉辐射产生干涉圆环；所述环转线光学系统包括圆锥反射镜和CCD探测器；所述圆锥反射镜用于将所述干涉圆环转换成线性干涉条纹并反射至所述CCD探测器，所述CCD探测器用于得到探测信息。2.根据权利要求1所述的探测中高层大气风场的装置，其特征在于，所述圆锥反射镜的半顶角为45
°
，方位角大于90
°
，所述圆锥反射镜的顶点与所述干涉成像系统中的聚焦物镜的焦点重合；所述圆锥反射镜由铝制成，表面镀有镍，表面均方根粗糙度≤3nm并覆盖有反射率大于95％的银和介电涂层。3.根据权利要求1所述的探测中高层大气风场的装置，其特征在于，所述圆锥反射镜安装在台架上；所述台架能够沿着x轴、y轴与z轴进行平移，并能够沿着x轴和y轴进行旋转。4.根据权利要求1所述的探测中高层大气风场的装置，其特征在于，入射光矢量I经所述圆锥反射镜反射后得到的反射光矢量为I'，两者之间的关系表示为：I
′
＝
‑
2(n
·
I)n其中，n为圆锥反射镜的法线向量；反射光与所述CCD探测器的探测平面相交得到的光线最终落点的坐标表示如下：反射光与所述CCD探测器的探测平面相交得到的光线最终落点的坐标表示如下：反射光与所述CCD探测器的探测平面相交得到的光线最终落点的坐标表示如下：其中，I
′
x
、I
′
y
、I
′
z
分别为反射光矢量I'在X轴、Y轴、Z轴上的分量；X
C
、Y
C
、Z
C
表示入射光与圆锥反射镜相交点的圆锥坐标；X
p
、Y
p
、Z
p
表示光线最终落点的坐标；Δ定义为Y
p
；S表示反射变换。5.根据权利要求1所述的探测中高层大气风场的装置，其特征在于，所述线性干涉条纹的光学强度表示如下：的光学强度表示如下：其中，λ为入射光的波长；I(r,λ)为入射光的波长为λ时，干涉圆环上距离圆心距离为r处的点经过环转线光学系统后得到的线性干涉条纹的光学强度；I0(λ)为入射光的波长为λ时，在干涉成像系统去掉法布里
‑
珀罗标准具的情况下，干涉圆环所在平面上的入射光强度；R为干涉成像系统中布里
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：谷升阳，曾昱博，魏亚飞，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：