CN103645745A - 一种双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整方法及装置，发射与接收望远镜固定在一个平板上，发射望远镜水平方向可调，接收望远镜俯仰方向可调，发射望远镜激光器位置处安装一个CCD探测模块，接收望远镜探测器位置处安装另一个CCD探测模块，在收发光路前方重叠因子=1的区域放置一个可见光源目标，两CCD探测模块探测到的视场图像输入到计算机，确定目标在视场图像中的位置，在计算机上观察收发光路视场图像，使目标在两视场中均清晰成像并位于视场中心，完成一次收发光路调节；再选择更远处的目标。本发明用于激光云高仪收发光路装调校准，结构简单，操作简便快速。

Description

一种双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整方法及装置

技术领域

本发明涉及双轴激光云高仪光路调整，具体是一种双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整方法及装置。

背景技术

激光云高仪是一种利用激光技术测量云层信息的主动式大气遥感设备，测量原理是：激光器发出高频率的窄激光脉冲，经发射光学系统准直后垂直穿过大气、气溶胶和云层；云高仪接收光学系统接收后向散射回波信号，信号经AD采集后由计算机进行反演处理，基于雷达方程，反演得到后向散射廓线，进一步通过云层识别算法，得到云底云高信息。半导体激光云高仪具有体积小、重量轻、寿命长以及操作方便等优点，在航空及气象领域占有重要地位。

根据激光云高仪的发射与接收光轴是否重合，分为同轴和离轴系统，双轴激光云高仪是发射与接收各采用一个独立望远镜的离轴系统，优点是结构简单，不需要补偿措施就能避免接收机饱和。但是为了保证发射接收视场重叠区内发射视场位于接收视场之内，要求发射与接收望远镜光轴必须是平行的，因此，激光云高仪在装调时必须对光轴平行进行校准。

常用的调整方法是通过观察回波信号的强弱，但是由于在收发光学系统初始装配条件下，光轴偏移一般比较大，难以快速调整到合适位置，因此调整过程很费时；另外一类调整方法是利用光学装置将发射激光沿平行方向返回至接收系统，在接收光学系统中增加分光装置和CCD监视装置，对光束成像进行观察，这些装置的安装调整比较复杂，且对接收光学系统的结构有一定改变，因此不适合快速装调。

发明内容

本发明的目的是提供一种双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整方法和装置，用于双轴激光云高仪收发光路光轴装调校准，基于双CCD成像方式，具有结构简单、调整快速、不改变原光学系统的特点。

本发明的技术方案如下：

双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整方法，其特征在于在发射与接收望远镜固定在一个平板上，发射望远镜水平方向可调，接收望远镜俯仰方向可调，发射望远镜激光器位置处安装一个CCD探测模块，接收望远镜探测器位置处安装另一个CCD探测模块，在收发光路前方重叠因子=1的区域放置一个可见光源目标，两CCD探测模块探测到的视场图像输入到计算机，确定目标在视场图像中的位置，调整时，首先选择满足要求的较近目标，调整发射光路水平方向和接收光路俯仰方向，及发射和接收光路CCD探测模块的位置，在计算机上观察收发光路视场图像，使目标在两视场中均清晰成像并位于视场中心，完成一次收发光路调节；再选择更远处的目标（可以按距离的倍数递增），重复上述调整步骤，在重复2次后，锁紧光学系统，完成双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整。

双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整装置，其特征在于：包括平板、水平方向调整结构、俯仰方向调整结构，可见光源、发射望远镜、接收望远镜、CCD探测模块和计算机，发射望远镜和接收望远镜平行安装于平板上，水平方向调整结构实现发射望远镜水平方向调节，俯仰方向调整结构实现接收望远镜俯仰方向调节，发射望远镜激光器位置处安装一个CCD探测模块，在接收望远镜探测器位置处安装另一个CCD探测模块，在收发光路前方重叠因子=1的区域放置一个可见光源目标，两CCD探测模块探测到的视场图像输入到与其连接的计算机，确定目标在视场图像中的位置，通过水平和俯仰方向调节，使目标在两视场图像中清晰成像并位于中心，实现光轴平行调整。

所述的双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整装置，其特征在于所述的发射望远镜底部中心连接有圆柱，并套在固定于平板上的法兰盘中，通过调节螺钉实现发射望远镜水平方向调节。

所述的双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整装置，其特征在于所述的接收望远镜底部中心连接有套管，固定于平板上的插销穿过套管，通过调节螺钉实现接收望远镜俯仰方向调节。

本发明的优点是：

本发明用于激光云高仪收发光路装调校准，结构简单，操作简便快速。

附图说明

图1是本发明的装置顶部结构图。

图2是本发明的装置底部结构图。

图3是本发明的原理示意图。

具体实施方式

双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整装置结构如图1、2所示，主要有平板1，发射望远镜2，接收望远镜3，水平调节结构4、5、8、9、10，俯仰调节结构11、12、13、14、15，发射CCD探测模块6、接收CCD探测模块7，可见光源及计算机组成。平板1固定于水平和俯仰方向可调的云台上，发射望远镜2、接收望远镜3分别通过锁紧螺钉10、15固定于平板1上，发射望远镜2底部中心连接有圆柱9，并套在固定于平板1上的法兰盘8中，通过调节螺钉4、5实现发射望远镜水平方向调节；接收望远镜底部中心连接有套管11，固定于平板1上的插销12穿过套管11，通过调节螺钉13、14实现接收望远镜俯仰方向调节。

在不安装激光器与探测器的情况下，将发射CCD探测模块6安装在发射望远镜后激光器位置处，将接收CCD探测模块7安装在接收望远镜探测器位置处，激光云高仪水平放置，在收发前方光路上放置一个可见光源作为目标，目标也可用能在CCD探测模块上清晰成像的形状规则的特征物体替代，目标位于重叠因子=1区域内，发射、接收CCD探测模块6、7的视频图像由计算机采集并处理。

选择目标位于重叠因子=1的区域内且距离激光云高仪较近的位置开始调整，放松发射望远镜锁紧螺钉10和接收望远镜锁紧螺钉15，通过调整螺钉4、5调节发射望远镜2的水平方向，通过调整螺钉13、14调节接收望远镜俯仰方向，并调节发射、接收CCD探测模块6、7的位置，在计算机CCD视频图像上观察发射和接收光路视场图像，使目标在两视场中清晰成像并位于视场中心，完成一次收发光路调节；再选择更远处的目标（可以按倍数递增），重复上述调整步骤，在重复2次后，锁紧螺钉10、15，锁紧收发光学系统，完成光路调节。

如图3所示为本发明的原理示意图，将发射和接收光具分别用聚焦透镜A和B简化表示，目标T位于激光云高仪光路重叠因子为1的区域，与发射透镜A的距离为d，当目标T位于透镜A的光轴上时，其经过发射透镜A的像点也位于光轴上，即发射视场的中心位置。

目标T经接收透镜B的像点为T’，与透镜B光轴的距离为y，透镜A、B光轴的距离为r，透镜焦距为f，得到：y=fr/(d-f)，可知，随d增大，y趋向于光轴，当d远大于f和r时，光源至激光云高仪的光线可视为平行光，有y=0。

Claims (4)

1.双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整方法，其特征在于在发射与接收望远镜固定在一个平板上，发射望远镜水平方向可调，接收望远镜俯仰方向可调，发射望远镜激光器位置处安装一个CCD探测模块，接收望远镜探测器位置处安装另一个CCD探测模块，在收发光路前方重叠因子=1的区域放置一个可见光源目标，两CCD探测模块探测到的视场图像输入到计算机，确定目标在视场图像中的位置，调整时，首先选择满足要求的较近目标，调整发射光路水平方向和接收光路俯仰方向，及发射和接收光路CCD探测模块的位置，在计算机上观察收发光路视场图像，使目标在两视场中均清晰成像并位于视场中心，完成一次收发光路调节；再选择更远处的目标，重复上述调整步骤，在重复2次后，锁紧光学系统，完成双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整。

2.双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整装置，其特征在于：包括平板、水平方向调整结构、俯仰方向调整结构，可见光源、发射望远镜、接收望远镜、CCD探测模块和计算机，发射望远镜和接收望远镜平行安装于平板上，水平方向调整结构实现发射望远镜水平方向调节，俯仰方向调整结构实现接收望远镜俯仰方向调节，发射望远镜激光器位置处安装一个CCD探测模块，在接收望远镜探测器位置处安装另一个CCD探测模块，在收发光路前方重叠因子=1的区域放置一个可见光源目标，两CCD探测模块探测到的视场图像输入到与其连接的计算机，确定目标在视场图像中的位置，通过水平和俯仰方向调节，使目标在两视场图像中清晰成像并位于中心，实现光轴平行调整。

3.根据权利要求2所述的双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整装置，其特征在于所述的发射望远镜底部中心连接有圆柱，并套在固定于平板上的法兰盘中，通过调节螺钉实现发射望远镜水平方向调节。

4.根据权利要求2所述的双轴激光云高仪收发光学系统光轴平行调整装置，其特征在于所述的接收望远镜底部中心连接有套管，固定于平板上的插销穿过套管，通过调节螺钉实现接收望远镜俯仰方向调节。

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