CN103267631A - 一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统及测量方法 - Google Patents

一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统及测量方法，在人造激光信标回光、自然信标回光共用光路中设置光束选通开关；在分离出的人造激光信标回光光路中设置有与信标高度相匹配的准直透镜；在相对分色镜前表面传输等光程的位置，设置自然信标微透镜阵列、人造激光信标微透镜阵列。利用自然信标无聚焦非等晕误差的特性，选用光束选通开关、分色镜、准直透镜等分别测得同时段、同大气传输路径的人造激光信标回光波面和自然信标回光波面，继而对比得到人造激光信标的聚焦非等晕误差。本发明可适应不同高度人造激光信标、不同大气湍流条件下的测量，测量原理简单，测量精准度高。

Description

一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统及测量方法
技术领域
本发明属于光学测量系统人造信标技术领域，具体涉及一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统及测量方法。用于测量由信标高度决定的人造激光信标聚焦非等晕误差，指导大口径望远镜系统中配套人造激光信标系统的设计、研制。
背景技术
在地基望远镜中，聚焦非等晕误差影响了人造激光信标系统对大气湍流信息的探测精度。根据地基望远镜口径、信号光波长、站址处大气环境等相关参数，对不同高度人造激光信标的聚焦非等晕误差进行评估，对论证、优化配套的人造激光信标系统具有重要指导意义。目前，人造激光信标聚焦非等晕误差主要由理论分析获得，一般采用横向光谱滤波方法进行分析、计算。用理论分析方法所得聚焦非等晕误差建立在一定的数理边界条件和大气环境条件基础上，不同的计算条件、计算方法及数理模型影响了计算结果的准确性，这给人造激光信标系统的研制和运行带来了风险。
发明内容
为了实际测量人造激光信标的聚焦非等晕误差，本发明的目的是提供一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统；本发明的另一目的是提供一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统的测量方法。
本发明的一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统，其特点是，所述的探测系统包括光束选通开关、分色镜、人造激光信标测量装置、自然信标测量装置、计算机、同步控制机；光束选通开关、分色镜依次设置在入射光路上，人造激光信标测量装置、自然信标测量装置分别设置在分色镜的反射光路或透射光路上；同步控制机的输入端与光束选通开关相连 ，输出端分别与人造激光信标测量装置和自然信标测量装置相连，并对外输出一路触发信号。
所述的人造激光信标测量装置包括准直透镜、人造激光信标微透镜阵列、人造激光信标CCD相机，三者沿光路传输方向依次放置；所述的准直透镜的焦距与人造激光信标高度相匹配。
所述的自然信标测量装置包括滤光片、自然信标微透镜阵列、自然信标CCD相机，三者沿光路传输方向依次放置；所述的滤光片的抑制中心波长与人造激光信标波长相匹配。
所述的光束选通开关的时间选通精度小于1微秒。
所述的分色镜膜系参数与自然信标回光、人造激光信标回光的光谱分光参数相匹配。
所述的人造激光信标微透镜阵列、自然信标微透镜阵列分别与分色镜前表面等光程设置。
用于本发明所述的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统的测量方法，其特征在于：依次包含以下步骤：
a) 设置光束选通开关运行参数，使其时间选通精度小于1微秒，并相对通光时刻提前输出脉冲信号至同步控制机，同步控制机经过不同的特定延时后分别向人造激光信标测量装置和自然信标测量装置输出触发信号，并对外输出触发信号；
b) 人造激光信标回光与自然信标回光共光路到达光束选通开关，光束选通开关此时打开，选取一定时间段内的人造激光信标回光、自然信标回光通过后关闭；
c) 信标回光经分色镜光谱分光，人造激光信标回光经分色镜分离，进入人造激光信标测量装置内部，经准直透镜准直，由人造激光信标微透镜阵列聚焦至人造激光信标CCD相机；自然信标回光经分色镜分离，进入自然信标测量装置内部，经滤光片再次过滤人造激光信标波长的杂光，由自然信标微透镜阵列聚焦至自然信标CCD相机；
d) 人造激光信标CCD相机、自然信标CCD相机提前接收到同步控制机发出的触发信号，当信标回光到达CCD靶面时，同时段对人造激光信标回光、自然信标回光曝光探测，并将波面探测数据传送至计算机；
e) 计算机接收到波面探测数据后进行对比处理，最终得到实验状态下人造激光信标聚焦非等晕误差的测量结果；
f) 测量不同高度人造激光信标的聚焦非等晕误差，可通过更改同步控制机的延时参数及相应信标发射接收时序、更换不同焦距的准直透镜、更换不同参数的分色镜和滤光片，重复步骤a)～步骤e)实现。
本发明的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统及测量方法，利用了自然信标无聚焦非等晕误差的特性，将其作为探测人造激光信标此项方差的基准，通过测量同一时段、同大气传输路径自然信标与人造激光信标经大气湍流后的畸变波面，直接对比两者差别，得到一定高度人造激光信标系统的聚焦非等晕误差。其中，大气湍流随空间、时间快速变化，所用测量光路和光束选通开关使得两类信标在测量过程保持同大气传输路径、同时段的测量状态，从而保证了所测两类波面的结果具有可比较性。 
本发明的测量人造激光信标聚焦非等晕误差的双信标探测系统及测量方法的有益效果是，双信标探测系统同时段、同大气传输路径测量不同信标的大气湍流信息，可直接测得站址处大气环境下不同高度人造激光信标的聚焦非等晕误差，测量原理简单、精准度高，为大口径地基光学望远镜系统中人造激光信标系统的论证、研制工作提供重要的参考。
附图说明
图1是本发明的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统结构示意图；
图2是本发明的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统中的人造激光信标测量装置结构示意图；
图3是本发明的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统中的自然信标测量装置结构示意图；
图中：1.光束选通开关    2.分色镜     3.人造激光信标测量装置     4.自然信标测量装置     5.计算机     6.同步控制机     7.准直透镜     8.人造激光信标微透镜阵列     9.人造激光信标CCD相机     10.滤光片     11.自然信标微透镜阵列     12.自然信标CCD相机。
具体实施方式
实施例1
图1是本发明的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统结构示意图，图2是本发明的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统中的人造激光信标测量装置结构示意图，图3是本发明的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统中的自然信标测量装置结构示意图。
在图1～3中，本发明的一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统，包括光束选通开关1、分色镜2、人造激光信标测量装置3、自然信标测量装置4、计算机5、同步控制机6，光束选通开关1、分色镜2依次设置在入射光路上，人造激光信标测量装置3、自然信标测量装置4分别设置在分色镜2的反射光路或透射光路上，同步控制机6的输入端与光束选通开关1相连，输出端分别与人造激光信标测量装置3和自然信标测量装置4相连，并对外输出一路触发信号。
人造激光信标测量装置3包括准直透镜7、人造激光信标微透镜阵列8、人造激光信标CCD相机9，三者沿光路传输方向依次放置；所述的准直透镜7的焦距与人造激光信标高度相匹配。
自然信标测量装置4包括滤光片10、自然信标微透镜阵列11、自然信标CCD相机12，三者沿光路传输方向依次放置；所述的滤光片10的抑制中心波长与人造激光信标波长相匹配。
光束选通开关1的时间选通精度小于1微秒。
分色镜2的膜系参数与自然信标回光、人造激光信标回光的光谱分光参数相匹配。
人造激光信标微透镜阵列8、自然信标微透镜阵列11分别与分色镜2前表面等光程设置。
本发明的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统的测量方法的步骤如下：
a) 设置光束选通开关1运行参数，使其时间选通精度小于1微秒，并相对通光时刻提前输出脉冲信号至同步控制机6，同步控制机6经过不同的特定延时后分别向人造激光信标测量装置3和自然信标测量装置4输出触发信号，并对外输出触发信号。
b) 人造激光信标回光与自然信标回光共光路到达光束选通开关1，光束选通开关1此时打开，选取一定时间段内的人造激光信标回光、自然信标回光通过后关闭。
c) 信标回光经分色镜2光谱分光，人造激光信标回光经分色镜2反射，进入人造激光信标测量装置3内部，经准直透镜7准直，由人造激光信标微透镜阵列8聚焦至人造激光信标CCD相机9；自然信标回光经分色镜2透射，进入自然信标测量装置4内部，经滤光片10再次过滤人造激光信标波长的杂光，由自然信标微透镜阵列11聚焦至自然信标CCD相机12。
d) 人造激光信标CCD相机9、 自然信标CCD相机12提前接收到同步控制机6 发出的触发信号，当信标回光到达CCD靶面时，同时段对人造激光信标回光、自然信标回光曝光探测，并将波面探测数据传送至计算机5。
e) 计算机5接收到波面探测数据后进行对比处理，最终得到实验状态下人造激光信标聚焦非等晕误差的测量结果。
f) 测量不同高度人造激光信标的聚焦非等晕误差，可通过更改同步控制机6的延时参数及相应信标发射接收时序、更换不同焦距的准直透镜7、更换不同参数的分色镜2和滤光片10，重复步骤a)～步骤e)实现。
实施例2
本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是：所述分色镜2对可见光波段宽光谱高反，对人造激光信标波长窄带宽高透，分色镜2后透射光路与反射光路分别放置人造激光信标测量装置与自然信标测量装置。

Claims (7)

1.一种测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统，其特征在于：所述的探测系统包括光束选通开关(1)、分色镜(2)、人造激光信标测量装置(3)、自然信标测量装置(4)、计算机(5)、同步控制机(6)；所述的光束选通开关(1)、分色镜(2)依次设置在入射光路上，人造激光信标测量装置(3)、自然信标测量装置(4)分别设置在分色镜(2)的反射光路或透射光路上；所述的同步控制机(6)的输入端与光束选通开关(1)相连 ，输出端分别与人造激光信标测量装置(3)和自然信标测量装置(4)相连，并对外输出一路触发信号。
2.根据权利要求1所述的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统，其特征在于：所述的人造激光信标测量装置(3)包括准直透镜(7)、人造激光信标微透镜阵列(8)、人造激光信标CCD相机(9)，三者沿光路传输方向依次放置；所述的准直透镜(7)的焦距与人造激光信标高度相匹配。
3.根据权利要求1所述的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统，其特征在于：所述的自然信标测量装置(4)包括滤光片(10)、自然信标微透镜阵列(11)、自然信标CCD相机(12)，三者沿光路传输方向依次放置；所述的滤光片(10)的抑制中心波长与人造激光信标波长相匹配。
4.根据权利要求1所述的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统，其特征在于：所述的光束选通开关(1)的时间选通精度小于1微秒。
5.根据权利要求1所述的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统，其特征在于：所述的分色镜(2)膜系参数与自然信标回光、人造激光信标回光的光谱分光参数相匹配。
6.根据权利要求1所述的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统，其特征在于：所述的人造激光信标微透镜阵列(8)、自然信标微透镜阵列(11)分别与分色镜(2)前表面等光程设置。
7.用于权利要求1所述的测量聚焦非等晕误差的双信标探测系统的测量方法，其特征在于：依次包含以下步骤：
a) 设置光束选通开关(1)运行参数，使其时间选通精度小于1微秒，并相对通光时刻提前输出脉冲信号至同步控制机(6)，同步控制机(6)经过不同的特定延时后分别向人造激光信标测量装置(3)和自然信标测量装置(4)输出触发信号，并对外输出触发信号；
b) 人造激光信标回光与自然信标回光共光路到达光束选通开关(1)，光束选通开关此时打开，选取一定时间段内的人造激光信标回光、自然信标回光通过后关闭；
c) 信标回光经分色镜(2)光谱分光，人造激光信标回光经分色镜(2)分离，进入人造激光信标测量装置(3)内部，经准直透镜(7)准直，由人造激光信标微透镜阵列(8)聚焦至人造激光信标CCD相机(9)；自然信标回光经分色镜(2)分离，进入自然信标测量装置(4)内部，经滤光片(10)再次过滤人造激光信标波长的杂光，由自然信标微透镜阵列(11)聚焦至自然信标CCD相机(12)；
d) 人造激光信标CCD相机(9)、自然信标CCD相机(12)提前接收到同步控制机(6)发出的触发信号，当信标回光到达CCD靶面时，同时段对人造激光信标回光、自然信标回光曝光探测，并将波面探测数据传送至计算机(5)；
e) 计算机(5)接收到波面探测数据后进行对比处理，最终得到实验状态下人造激光信标聚焦非等晕误差的测量结果；
f) 测量不同高度人造激光信标的聚焦非等晕误差，可通过更改同步控制机(6)的延时参数及相应信标发射接收时序、更换不同焦距的准直透镜(7)、更换不同参数的分色镜(2)和滤光片(10)，重复步骤a)～步骤e)实现。
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