CN110987816B - 太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统 - Google Patents
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Abstract
太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统,属于偏振传输探测领域,包括多层海雾环境模拟系统、太阳模拟系统、偏振发射系统、偏振接收系统、海雾粒子发生器及大气气溶胶发生器,本发明利用简化的大气、海雾双层结构模拟复杂海洋环境,采用模拟太阳的氙灯作为太阳模拟系统,由组合的水平放置的圆环形导轨及竖向布置的圆弧形导轨进行太阳模拟系统高度角及方位角的调节,该系统可实现不同浓度的海雾及大气环境,并且模拟不同位置太阳光照对主动偏振光传输特性的影响,为在多层海洋环境中太阳光照影响下偏振传输特性的研究提供了实验测试装置,使室内测试成为可能,解决了室外测试中测试难度大的问题,为海洋目标高精度成像探测提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于偏振传输探测领域,具体涉及一种太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统。
背景技术
雾是由悬浮在近地面空气中缓慢沉降的水滴或冰晶质点组成的一种气溶胶系统,海雾是在特定的海洋环境和天气条件下形成并维持的气溶胶。由于大气-海雾多层介质环境的存在,使非偏振的自然光被大气分子及海雾粒子散射后具有偏振特性,使得垂直方向上主动偏振探测受到影响。因此,研究光照影响下复杂海洋环境的主动偏振特性对交通运输、海面探测和海洋开发等领域具有重要的意义。
目前,针对垂直方向偏振传输特性的测试研究,多数停留在大气介质环境下全天空偏振模式的研究,2013年,大连理工大学崔岩等人采用旋转偏振片法研究成像式全天空偏振光测试系统,分别对太阳光、暮光和满月月光的天空偏振模式进行了测试;2017年,北京航空航天大学张颖等人采用鱼眼镜头、液晶相位延迟器、偏振片及CCD探测器组成测试装置,对全天空的偏振分布模式进行研究。但针对主动激光发射情况,对于垂直方向经过大气、海雾多层海洋环境下偏振传输特性的研究并未见报导,且在室外进行测试时,海雾环境多变,垂直方向测试需要机载、舰载等测试保障,使得试验过程成本过高,增加了外场测试的难度。
因此,为了扩展偏振探测的适用范围,进一步研究复杂海洋环境垂直观测太阳光照影响下主动偏振传输特性,使室内测试成为可能,亟需一种太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统。
发明内容
本发明的目的是针对机载海洋上空主动偏振探测时多层海雾环境及光照对偏振探测的影响问题,为了研究光照影响下复杂海洋环境的偏振传输特性,提出了一种太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统。
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案:太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统,其特征在于,包括:多层海雾环境模拟系统、太阳模拟系统、偏振发射系统、偏振接收系统、海雾粒子发生器及大气气溶胶发生器,
所述多层海雾环境模拟系统为半球形箱体,在多层海雾环境模拟系统的顶部中央位置开设有第二玻璃窗口,底部中央位置开设有第一玻璃窗口,多层海雾环境模拟系统内部设置有玻璃隔层;玻璃隔层呈水平布置,玻璃隔层的外边缘与多层海雾环境模拟系统的内壁密封连接,玻璃隔层将多层海雾环境模拟系统分隔成上下两层,上层为大气环境模拟层,下层为海雾环境模拟层,玻璃隔层的上表面边缘固定有与其同轴设置的圆环形导轨;圆环形导轨上安装有与其滑动配合的圆弧形导轨;圆弧形导轨与圆环形导轨呈垂直布置,圆弧形导轨与多层海雾环境模拟系统的上层弧度一致;
所述太阳模拟系统由氙灯组成,置于圆弧形导轨上,太阳模拟系统在圆弧形导轨上除第二玻璃窗口位置处任意滑动;
所述偏振发射系统置于多层海雾环境模拟系统的第二玻璃窗口上方,偏振发射系统用于发射偏振光;
所述偏振接收系统置于多层海雾环境模拟系统的第一玻璃窗口下方,偏振接收系统用于测量其接收到偏振光的偏振态,并对偏振光传输特性进行分析;
所述海雾粒子发生器与海雾环境模拟层连通,海雾粒子发生器用于产生海雾粒子;
所述大气气溶胶发生器与大气环境模拟层连通,大气气溶胶发生器用于产生大气气溶胶粒子。
进一步,所述半球形箱体材质为不锈钢。
进一步,第一玻璃窗口和第二玻璃窗口呈圆形。
进一步,所述偏振光为线偏振光和圆偏振光;线偏振光是波长为450nm、532nm或671nm的可见光区域的线偏振光,或者线偏振光是波长为808nm或1064nm的近红外线区域的线偏振光;圆偏振光是波长为450nm、532nm或671nm的可见光区域的圆偏振光,或者圆偏振光是波长为808nm或1064nm的近红外线区域的圆偏振光。
通过上述设计方案,本发明可以带来如下有益效果:针对大气-海雾复杂海洋环境,首次研究垂直方向多层海洋复杂环境的主动偏振传输特性情况,利用简化的大气、海雾双层结构模拟复杂海洋环境,采用模拟太阳的氙灯作为太阳模拟系统,由组合的水平放置的圆环形导轨及竖向布置的圆弧形导轨进行太阳模拟系统高度角及方位角的调节,该系统可实现不同浓度的海雾及大气环境,并且模拟不同位置太阳光照对主动偏振光传输特性的影响,为在多层海洋环境中太阳光照影响下偏振传输特性的研究提供了实验测试装置,使室内测试成为可能,解决了室外测试中测试难度大的问题,为海洋目标高精度成像探测提供技术支撑。
附图说明
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明:
图1为本发明太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统的结构示意图。
图2为大气环境模拟层俯视示意图。
图3为海雾环境模拟层俯视示意图。
图4为大气环境模拟层光学厚度测试结构图。
图5为海雾环境模拟层光学厚度测试结构图。
图中:1-多层海雾环境模拟系统,11-海雾环境模拟层,12-大气环境模拟层,13-玻璃隔层,14-圆环形导轨,15-圆弧形导轨,16-第一玻璃窗口,17-第二玻璃窗口,2-太阳模拟系统,3-偏振发射系统,4-偏振接收系统,5-海雾粒子发生器,6-大气气溶胶发生器,7-激光器,8-光功率计。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,限定有“第一”及“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。
如图1、图2及图3所示,太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统,包括多层海雾环境模拟系统1、太阳模拟系统2、偏振发射系统3、偏振接收系统4、海雾粒子发生器5及大气气溶胶发生器6,
所述多层海雾环境模拟系统1为半径2.4m的半球形箱体,半球形箱体材质为不锈钢;在多层海雾环境模拟系统1的顶部中央位置开设有直径为50mm的第二玻璃窗口17,底部中央位置开设有直径为50mm的第一玻璃窗口16,多层海雾环境模拟系统1内部设置有玻璃隔层13;玻璃隔层13呈水平布置,玻璃隔层13的外边缘与多层海雾环境模拟系统1的内壁密封连接,玻璃隔层13将多层海雾环境模拟系统1分隔成上下两层,上层为大气环境模拟层12,高度为1.6m,下层为海雾环境模拟层11,高度为0.8m,玻璃隔层13的上表面边缘固定有与其同轴设置的圆环形导轨14;圆环形导轨14上安装有与其滑动配合的圆弧形导轨15;圆弧形导轨15与圆环形导轨14呈垂直布置,圆弧形导轨15与多层海雾环境模拟系统1的上层弧度一致;
所述太阳模拟系统2由氙灯组成,功率为100W,置于圆弧形导轨15上,太阳模拟系统2可在圆弧形导轨15上除第二玻璃窗口17位置处任意滑动,用于模拟太阳高度角范围20度~89.4度,以及90.4度~160度;圆弧形导轨15可在圆环形导轨14上任意滑动,用于模拟太阳方位角0~360度。
所述偏振发射系统3置于多层海雾环境模拟系统1的第二玻璃窗口17上方,偏振发射系统3用于发射偏振光,偏振光为线偏振光和圆偏振光;线偏振光可以是波长为450nm、532nm或671nm的可见光区域的线偏振光,也可以是波长为808nm或1064nm的近红外线区域的线偏振光,但并不限制于此;圆偏振光可以是波长为450nm、532nm或671nm的可见光区域的圆偏振光,也可以是波长为808nm或1064nm的近红外线区域的圆偏振光,但并不限制于此;
所述偏振接收系统4置于多层海雾环境模拟系统1的第一玻璃窗口16下方,偏振接收系统4用于测量其接收到偏振光的偏振态,并对偏振光传输特性进行分析;
所述海雾粒子发生器5与海雾环境模拟层11连通,海雾粒子发生器5用于产生不同浓度的水雾、盐雾等海雾粒子;
所述大气气溶胶发生器6与大气环境模拟层12连通,大气气溶胶发生器6用于产生大气气溶胶粒子,从而产生不同压强下的大气气溶胶环境。
结合图1、图2、图3、图4及图5,采用上述太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统进行太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试的过程包括如下步骤:
步骤一、在多层海雾环境模拟系统1的第二玻璃窗口17上方放置激光器7,在玻璃隔层13下表面放置光功率计8,激光器7和光功率计8正对布置,开启激光器7与光功率计8,光功率计8开始记录出射光强度;在多层海雾环境模拟系统1的大气环境模拟层12中由大气气溶胶发生器6充入大气气溶胶粒子,由充入大气气溶胶粒子前后的光强值计算大气环境模拟层12光学厚度,直到满足所需光学厚度,停止充入大气气溶胶粒子,并记录大气气溶胶粒子充入时间;
步骤二、将步骤一中充入的大气气溶胶粒子排出,在多层海雾环境模拟系统1的玻璃隔层13上表面放置激光器7,在多层海雾环境模拟系统1的第一玻璃窗口16下方放置光功率计8,激光器7和光功率计8正对布置,开启激光器7与光功率计8,开始记录出射光强度;在多层海雾环境模拟系统1的海雾环境模拟层11中由海雾粒子发生器5充入海雾粒子,由充入海雾粒子前后的光强值计算海雾环境模拟层11光学厚度,直到满足所需光学厚度,停止充入海雾粒子,并记录海雾粒子充入时间;
步骤三、将步骤二中充入的海雾粒子排出,调节太阳模拟系统2相对于水平放置的圆环形导轨14及竖直放置的圆弧形导轨15的位置,确定太阳的高度角与方位角,分别按照步骤一所记录的大气气溶胶粒子充入时间在大气环境模拟层12中充入大气气溶胶粒子,以及按照步骤二所记录的海雾粒子充入时间在海雾环境模拟层11中充入海雾粒子;
步骤四、调节偏振发射系统3中波长、偏振态等偏振起偏信息,依次记录偏振接收系统4中所测得的数据,满足不同波长、不同偏振态的主动偏振测试需求。
本发明针对机载海洋上空主动偏振探测时多层海雾环境及光照对偏振探测的影响问题,为了研究光照影响下复杂海洋环境的偏振传输特性,利用简化的大气、海雾双层结构模拟复杂海洋环境,采用模拟太阳的氙灯作为太阳模拟系统2,由组合的水平放置的圆环形导轨14及竖向布置的圆弧形导轨15进行太阳模拟系统2高度角及方位角的调节,该系统可实现不同浓度的海雾及大气环境,并且模拟不同位置太阳光照对主动偏振光传输特性的影响,为在多层海洋环境中太阳光照影响下偏振传输特性的研究提供了实验测试装置,使室内测试成为可能,解决了室外测试中测试难度大的问题,为海洋目标高精度成像探测提供技术支撑。
上述实施例仅为例示性说明本发明的方法和有益效果,而非用于限制本发明。任何熟悉此方法的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围,应如申请专利范围所列。
Claims (1)
1.太阳光照影响下多层海雾环境主动偏振特性测试系统,其特征在于,包括:多层海雾环境模拟系统(1)、太阳模拟系统(2)、偏振发射系统(3)、偏振接收系统(4)、海雾粒子发生器(5)及大气气溶胶发生器(6),
所述多层海雾环境模拟系统(1)为半球形箱体,在多层海雾环境模拟系统(1)的顶部中央位置开设有第二玻璃窗口(17),底部中央位置开设有第一玻璃窗口(16),多层海雾环境模拟系统(1)内部设置有玻璃隔层(13);玻璃隔层(13)呈水平布置,玻璃隔层(13)的外边缘与多层海雾环境模拟系统(1)的内壁密封连接,玻璃隔层(13)将多层海雾环境模拟系统(1)分隔成上下两层,上层为大气环境模拟层(12),下层为海雾环境模拟层(11),玻璃隔层(13)的上表面边缘固定有与其同轴设置的圆环形导轨(14);圆环形导轨(14)上安装有与其滑动配合的圆弧形导轨(15);圆弧形导轨(15)与圆环形导轨(14)呈垂直布置,圆弧形导轨(15)与多层海雾环境模拟系统(1)的上层弧度一致;
所述太阳模拟系统(2)由氙灯组成,置于圆弧形导轨(15)上,太阳模拟系统(2)在圆弧形导轨(15)上除第二玻璃窗口(17)位置处任意滑动;
所述偏振发射系统(3)置于多层海雾环境模拟系统(1)的第二玻璃窗口(17)上方,偏振发射系统(3)用于发射偏振光;
所述偏振接收系统(4)置于多层海雾环境模拟系统(1)的第一玻璃窗口(16)下方,偏振接收系统(4)用于测量其接收到偏振光的偏振态,并对偏振光传输特性进行分析;
所述海雾粒子发生器(5)与海雾环境模拟层(11)连通,海雾粒子发生器(5)用于产生海雾粒子;
所述大气气溶胶发生器(6)与大气环境模拟层(12)连通,大气气溶胶发生器(6)用于产生大气气溶胶粒子;
所述半球形箱体材质为不锈钢;
所述第一玻璃窗口(16)和第二玻璃窗口(17)呈圆形;
所述偏振光为线偏振光和圆偏振光;线偏振光是波长为450nm、532nm或671nm的可见光区域的线偏振光,或者线偏振光是波长为808nm或1064nm的近红外线区域的线偏振光;圆偏振光是波长为450nm、532nm或671nm的可见光区域的圆偏振光,或者圆偏振光是波长为808nm或1064nm的近红外线区域的圆偏振光;
所述多层海雾环境模拟系统(1)为半径2.4m的半球形箱体,第二玻璃窗口(17)的直径为50mm,第一玻璃窗口(16)的直径为50mm,大气环境模拟层(12)的高度为1.6m,海雾环境模拟层(11)的高度为0.8m。
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