一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法技术

本发明专利技术涉及一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法，包括：根据静态四分区风成像干涉仪的特点建立定标模型其中，表示模型计算的干涉强度值，Φ

【技术实现步骤摘要】
一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法


[0001]本专利技术涉及大气探测
，尤其涉及一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法。

技术介绍

[0002]大气风场(运动)是重要的大气动力学参数，对大气风场的高精度、持续性探测能够为局域或者全球性的大气波动情况、各层大气之间的耦合过程以及全球范围内物质与能量输运特征的研究提供丰富的分析数据；对全球大气风场的光学遥感探测与科学研究不仅有助于人类理解臭氧层空洞、全球气候变化以及平流层突发性增温等重大气候现象的机理与发展规律，更有助于人类开发利用临近空间资源，研制新型临近空间飞行器，以及为航天器的升空与返回过程提供保障。
[0003]被动式风成像干涉技术利用大气中自然产生的气辉辐射作为光源，对大气运动状态(风场)进行探测。产生气辉辐射的粒子(如O2、O和OH等)会随着大气一起运动，其产生的气辉辐射谱线由于相对观测者的运动而产生多普勒频移。对此多普勒频移进行测量便可获知目标大气沿视线方向的运动速度，从而反演大气波动特征。被动式风成像干涉技术不需要光源发射装置，探测距离远、范围广，具有很大的优势。早期的动镜风成像干涉仪基于宽场迈克尔孙干涉装置，两个反射镜一个固定，一个步进运动，从而产生四个步进干涉强度，用于反演大气风速。近年来，随着技术的发展及高稳定性星载探测的需要，风成像干涉仪逐渐由动态探测方案向静态探测方案发展，如静态四分区镀膜型风成像干涉仪、基于宽场双折射晶体的四分区偏振风成像干涉仪等。这些方案取消了由压电陶瓷控制的精密步进运动装置，减小了系统的体积和重量，避免了机械运动导致的不稳定性，并且能够实现大气风场同时、实时探测。
[0004]风成像干涉仪参数定标是仪器研制过程中十分重要的环节，也是仪器投入使用之前必不可少的一个步骤。对于动镜风成像干涉仪而言，在其动镜做步进平移探测干涉强度的整个过程中，反射镜的性质不会发生明显改变，因此步进相位间隔是需要定标的主要参数。而对于静态四分区风成像干涉仪而言，由于实际加工误差的影响，其四个分区的反射镜参数(反射率、面型、倾斜等)可能有所不同。因此，静态四分区风成像干涉仪的定标包含了对仪器多个参数(仪器调制度、四分区步进相位等)的定标。如果采用传统动镜风成像干涉仪的仪器参数定标算法对其进行定标，会造成较大的定标误差，影响静态四分区风成像干涉仪的风场探测精度。
[0005]余弦拟合定标算法的思想是针对风成像干涉仪四个分区参数不一致的特点，对各个分区单独进行定标。但是，这种定标方法存在很大的局限性，要求定标光源波长调谐步长一致，且一次扫描中光源强度不能发生变化。同时，由于四个分区的定标缺乏关联性，对步进相位的定标精度有很大影响。在实际定标中，波长范围与静态四分区风成像干涉仪工作波长匹配的可调谐激光器成本较高，甚至没有相匹配波段的可调谐激光器。因此，如何对风成像干涉仪四个分区参数进行定标，是目前需要考虑的问题。
[0006]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法，解决了现有技术存在的问题。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法，所述定标方法包括：
[0009]S1、根据静态四分区风成像干涉仪的特点建立定标模型其中，表示模型计算的干涉强度值，Φ
j
表示基准相位，A
j
表示平均强度，U
i
表示仪器调制度，表示步进相位；
[0010]S2、计算实测的干涉强度值与模型计算的干涉强度值之差的平方和通过不断更新仪器调制度和步进相位的值循环迭代模型计算的干涉强度值使得S收敛到最小，得到此时输出的最优仪器调制度U
i
和步进相位即为定标完成的值。
[0011]所述根据静态四分区风成像干涉仪的特点建立定标模型包括：
[0012]通过调整激光器的电流使其波长改变进而引起四个步进相位干涉强度的改变，得到一系列不同的干涉强度值作为静态风成像干涉仪参数定标算法的输入，即波长扫描；
[0013]将静态四分区风成像干涉仪四个分区的仪器调制度U
i
和步进相位作为仪器参数，在波长扫描过程中基准相位Φ
j
随着波长的变化而改变，平均强度A
j
随着光源功率的改变而改变，在一次测量中基准相位Φ
j
和平均强度A
j
是相同的，设在一次定标波长扫描中进行了m次测量，每次测量中有n个步进，则视场中某一点在第j次测量中的第i次步进获得的干涉强度值为
[0014]所述S2的步骤具体包括：
[0015]通过表示实际第j次测量中的第i次步进实测的干涉强度值，计算实测的干涉强度值与模型计算的干涉强度值之差的平方和
[0016]对S中的步进相位、仪器调制度、平均强度和基准相位这几个变量求偏导其中k＝1,2,...,n和l＝1,2,...,m分别表示第k次步进和第l次测量，得到：
[0017][0018][0019][0020][0021]通过和得到用其他变量表示的平均强度并进行整理后得到a1～a9表示系数；
[0022]通过设置并代入一组一起调制度U
i
和四分区步进相位的初始值，同时代入定标实验实测的干涉强度求出系数a1～a9的值；
[0023]根据公式计算出基准相位Φ
l
，以及计算得到平均强度A
l
；
[0024]根据和整理联立得到根据计算得到的基准相位Φ
l
和平均强度A
l
求出系数b
11
～b
25
的值，得到一组新的U
i
和值，并重新计算S；
[0025]重复上述步骤同步不断循环迭代，当相邻两次循环中的S值之差小于特定值ε时S收敛到最小，得到此时输出的最优仪器调制度U
i
和步进相位即为定标完成的值。
[0026]本专利技术具有以下优点：一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法，相比于采用动镜风成像干涉仪定标算法进行参数定标，能够达到更高的参数定标精度；通过关联四分区步进相位，对激光器波长改变的步长没有要求，不需要使用高精度的可调谐激光器，使用普通激光器调整电流的方式采集数据即可完成定标，大大降低了静态四分区风成像干涉仪的参数定标难度。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的流程示意图。
具体实施方式
[0028]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法，其特征在于：所述定标方法包括：S1、根据静态四分区风成像干涉仪的特点建立定标模型其中，表示模型计算的干涉强度值，Φ
j
表示基准相位，A
j
表示平均强度，U
i
表示仪器调制度，表示步进相位；S2、计算实测的干涉强度值与模型计算的干涉强度值之差的平方和通过不断更新仪器调制度和步进相位的值循环迭代模型计算的干涉强度值使得S收敛到最小，得到此时输出的最优仪器调制度U
i
和步进相位即为定标完成的值。2.根据权利要求1所述的一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法，其特征在于：所述根据静态四分区风成像干涉仪的特点建立定标模型包括：通过调整激光器的电流使其波长改变进而引起四个步进相位干涉强度的改变，得到一系列不同的干涉强度值作为静态风成像干涉仪参数定标算法的输入，即波长扫描；将静态四分区风成像干涉仪四个分区的仪器调制度U
i
和步进相位作为仪器参数，在波长扫描过程中基准相位Φ
j
随着波长的变化而改变，平均强度A
j
随着光源功率的改变而改变，在一次测量中基准相位Φ
j
和平均强度A
j
是相同的，设在一次定标波长扫描中进行了m次测量，每次测量中有n个步进，则视场中某一点在第j次测量中的第i次步进获得的干涉强度值为3.根据权利要求1所述的一种静态四分区风成像干涉仪参数定标方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜廷昱，舒铃峰，张淳民，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：