气动光学波前超高频测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种气动光学波前超高频测量系统，包括第一双腔激光器及第二双腔激光器、正对第一双腔激光器的出光口的第一半透半反镜、正对第二双腔激光器的出光口的第一反射镜、并排设置的第一CCD相机和第二CCD相机、同步控制器、连接于第一及第二CCD相机和同步控制器的计算机系统、正对第二CCD相机的镜头的第二半透半反镜、正对第一CCD相机的镜头的第二反射镜、分别位于风洞实验舱的相对两侧的背景图像和凸透镜及小孔。背景图像与第二双腔激光器位于同一侧；第一及第二CCD相机和第一及第二双腔激光器均连接于同步控制器。本发明专利技术还涉及测量方法，该方法利用计算机对拍摄的背景图像进行分析计算，以实现全场气动光学波前畸变的超高频测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空航天领域，特别地，涉及一种用于超声速成像制导、航空摄像和机载望远镜等领域的气动光学波前超高频测量系统。此外，本专利技术还涉及一种包括上述测量系统的方法。
技术介绍
气动光学波前测量技术可用于研究超声速成像制导、航空摄像和机载望远镜等领域遇到的气动光学效应。现有的测量方法有很多种，比如干涉测量法、小孔径光束技术及Malley探针测量法等。常用的Malley探针测量法通过位置传感器以很高的频率测量光束的偏折，只能测量单点波前，不能进行全场测量。Malley探针测量法是利用冻结流假设，冻结流假设认为，气流经过光束的过程中，流场的折射率只有沿气流方向上的平移，而没有空 间分布的变化。然而，实际流场中，对流速度是非定常的，流场结构也是发展变化的，因此冻结流假设并不是严格正确的。尤其是对于超声速流动的气动光学研究而言，急需一种高频、全场测量波前畸变的技术和设备。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种能够测量时间间隔达到微秒量级的全场气动光学波前的系统和方法，以获取超声速湍流气动光学波前变化时间历程的数据，实现超高频测量。并且，本专利技术的气动光学波前测量系统的设备简单，易于操作。为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种气动光学波前超高频测量系统，用于对通过超声速风洞实验舱的激光束的气动光学波前畸变进行超高频的测量，超声速风洞实验舱产生超声速流场，包括并排设置的第一双腔激光器及第二双腔激光器；第一半透半反镜，第一半透半反镜正对第一双腔激光器的出光口 ；第一反射镜，第一反射镜正对第二双腔激光器的出光口 ；并排设置的第一 CCD相机和第二 CCD相机；同步控制器,第一及第二 CCD相机和第一及第二双腔激光器均连接于同步控制器；计算机系统，计算机系统连接于第一及第二 CCD相机和同步控制器；第二半透半反镜，第二半透半反镜正对第二 CCD相机的镜头；第二反射镜，第二反射镜正对第一 CCD相机的镜头；分别位于风洞实验舱的相对两侧的背景图像及凸透镜，背景图像与第一及第二双腔激光器位于同一侧，且邻近第一半透半反镜；及位于凸透镜和第二半透半反镜之间的小孔。进一步地，第一及第二 CXD相机均为跨帧相机。进一步地，第一双腔激光器和第一 CXD相机同时使用；第二双腔激光器和第二 CXD相机同时使用。进一步地，第一或第二双腔激光器发射的每一束激光束正好分别处于对应的第一或第二 CCD相机的曝光时间范围之内。进一步地，风洞实验舱设有光学窗口，背景图像和凸透镜均正对光学窗口。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种气动光学波前超高频测量系统的方法，其包括上述气动光学波前测量系统，计算机系统向同步控制器发出第一个指令，同步控制器收到第一个指令后向第一双腔激光器和第一 CCD相机发出第一个控制信号；收到第一个控制信号后，第一双腔激光器按照计算机系统预定好的第一预定脉冲时序依次发射照亮风洞实验舱内流场的激光束；第一 CCD相机按照计算机系统预定好的第二预定脉冲时序依次对被激光照亮的背景图像拍照；计算机系统存储第一 CCD相机每一次拍摄的被激光照亮的背景图像；计算机系统向同步控制器发出第二个指令，同步控制器收到第二个指令后向第二双腔激光器和第二 CCD相机发出第二个控制信号；收到第二个控制信号后，第二双腔激光器按照计算机系统预定好的第三预定脉冲时序依次发射照亮风洞实验舱内流场的激光束；第二 CCD相机按照计算机系统预定好的第四预定脉冲时序依次对被激光照亮的背景图像拍照；计算机系统存储第二 CCD相机每一次拍摄的被激光照亮的背景图像；计算机对其保存的背景图像和参考图像进行互相关计算，得到背景图像的图像位移，再通过图像位移与气动光学波前的关系计算得到不同时刻的气动光学波前畸变，其中，上述过程中，第一预定脉冲时序、第二预定脉冲时序、第三预定脉冲时序依及第四预定脉冲时序的每相邻两个脉冲时序之间的时间间隔均小于或等于0. 2微秒 10微秒。进一步地，第一双腔激光器收到第一个控制信号后，第一激光器的每一激光腔按 照第一预定脉冲时序发出激光束，每一激光束依次经过第一半透半反镜、背景图像、风洞实验舱、凸透镜、小孔、第二半透半反镜及第二反射镜，第一 CCD相机按照第二预定脉冲时序曝光而分别对由第二反射镜反射后的被每一激光束照亮后的背景图像进行拍摄。进一步地，当第一双腔激光器和第一 CXD相机工作时，第二双腔激光器及第二 CXD相机关闭。进一步地，第二双腔激光器收到第二控制信号后，第二双腔激光器的每一激光腔按照第三预定脉冲时序发出激光束，每一激光束依次经过第一反射镜，第一半透半反镜、背景图像、风洞实验舱、凸透镜、小孔、第二半透半反镜，第二 CCD相机按照第二预定脉冲时序曝光而分别对由第二半透半反镜透过的被每一激光束照亮后的背景图像进行拍摄。进一步地，当第二双腔激光器和第二 CXD相机工作时，第一双腔激光器及第一 CXD相机关闭。本专利技术具有以下有益效果本专利技术利用双腔第一及第二激光器，减少了每相邻两次激光束之间的间隔时间，从而有效地缩减了拍摄相邻两次气动光学波前图像之间的时间间隔，再通过背景图像在不同时刻的位移进而计算出不同时刻的气动光学波前畸变，以实现全场气动光学波前畸变的超高频测量。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中图I是本专利技术优选实施例的气动光学波前超高频测量系统的示意图；以及图2是本专利技术优选实施例的使用气动光学波前超高频测量系统的方法的示意图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参见图1，本专利技术优选实施例的气动光学波前超高频测量系统用于对通过风洞实验舱10的激光束的气动光学波前畸变进行超高频测量。风洞实验舱10包括光学窗口 12，以便于被激光束照亮的背景图像光线透过风洞实验舱10的光学窗口 12。进行气动光学波前测试时，风洞实验舱10内产生超声速流场。气动光学波前测量系统包括并排设置的第一双腔激光器20和第二双腔激光器26、第一半透半反镜30、第一反射镜36、背景图像40、凸透镜50、小孔55、第二半透半反镜60、第二反射镜66、第一 CXD相机70、第二 CXD相机72、同步控制器80及计算机系统90。第 一CCD相机70和第二 CCD相机72均为跨帧相机。在其它实施方式中，也可以使用多个双腔激光器并排使用。优选地，第一及第二双腔激光器20、26、发射单脉冲激光束的宽度为6ns，单脉冲激光束的能量最高可达500mJ，波长λ等于532nm。第一双腔激光器20的出光口正对第一半透半反镜30。第二双腔激光器26的出光口正对第一反射镜36。显然地，在其它实施方式中，第一双腔激光器20和第二双腔激光器26也可以为多腔激光器；也可以采用多个双腔激光器并排使用。背景图像40位于风洞实验舱10的一侧，且正对风洞实验舱10侧壁的光学窗口12。背景图像40正对第一半透半反镜30。第一双腔激光器20或第二双腔激光器26发射的激光束经过通过第一半透半反镜30和第一反射镜36进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气动光学波前超高频测量系统，用于对通过超声速风洞实验舱的激光束的气动光学波前畸变进行超高频测量，所述超声速风洞实验舱产生超声速流场，其特征在于，所述气动光学波前测量系统包括：并排设置的至少一个第一双腔激光器及至少一个第二双腔激光器；第一半透半反镜，所述第一半透半反镜正对所述第一双腔激光器的出光口；第一反射镜，所述第一反射镜正对所述第二双腔激光器的出光口；并排设置的第一CCD相机和第二CCD相机；同步控制器，所述第一及第二CCD相机和所述第一及第二双腔激光器均连接于所述同步控制器；计算机系统，所述计算机系统连接于所述第一及第二CCD相机和所述同步控制器；第二半透半反镜，所述第二半透半反镜正对所述第二CCD相机的镜头；第二反射镜，所述第二反射镜正对所述第一CCD相机的镜头；分别位于所述风洞实验舱的相对两侧的背景图像及凸透镜，所述背景图像与所述第一及第二双腔激光器位于同一侧，且邻近所述第一半透半反镜；及位于所述凸透镜和所述第二半透半反镜之间的小孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易仕和，田立丰，陈植，何霖，赵玉新，周勇为，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：