CN111122441A - 单光子测空气组份功能瞄镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单光子测空气组份功能瞄镜，包括激光发射模块、激光接收模块、处理运算模块、控制显示模块；所述激光发射模块用于向目标发射单光子激光，进行目标瞄准及空气组份测量；所述激光接收模块用于接收被目标反射的单光子反射激光，并进行解析处理；所述处理运算模块用于利用内设微处理器预设算法处理数据，运算得出目标处环境空气组份；所述控制显示模块用于所述单光子测空气组份功能瞄镜的显示控制。本发明的有益效果为：提高瞄镜的瞄准精度，实现单光子激光测空气组份功能，高效精确。

Description

单光子测空气组份功能瞄镜
技术领域
本发明涉及激光瞄镜领域，具体涉及一种单光子测空气组份功能瞄镜。
背景技术
瞄镜：瞄准镜主要分为以下三大类:望远式瞄准镜(Telescopic sight)、准直式瞄准镜 (Collimating optical sight)、反射式瞄准镜(Reflex sight)。其中以望远式瞄准镜和反射式瞄准镜最为流行。上述两类瞄准镜主要在白天使用，因此又被统称为白光瞄准镜(day scope/sight)，另外还有供夜间瞄准用的夜视瞄准镜(night scope/sight)，是在上述两类瞄准镜上加上夜视装置，而按夜视装置的种类，又可分为微光瞄准镜、红外瞄准镜(又可细分为主动红外和热成像两类)。
激光被广泛运用于各类激光瞄镜，在军工、工业和民用都有广泛的应用市场，但现有的激光瞄镜一般侧重于瞄准功能，其他配备功能较少，如测空气组份，测角等功能需要使用者根据自身经验测定或利用其他设备测定，精度低，速度慢，难以达到预期的高效精确的水平；同时现有的激光瞄镜一般通过发射激光脉冲信号，来瞄准目标，需要足够大的回波能量来确保瞄准精度；由于其相干性、方向性受自身光学性质及大气环境影响，到达目标后反射的回波信号会发生漫反射和折射，在测量其它数据的过程中，极大地影响了测量精度和测量速度，特别是雨雪雾等极端天气环境下，测量误差更大，与真实数据有较大的偏差。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种单光子测空气组份功能瞄镜。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明提供了一种单光子测空气组份功能瞄镜，包括激光发射模块、激光接收模块、处理运算模块、控制显示模块；
所述激光发射模块用于向目标发射单光子激光，进行目标瞄准及空气组份测量；
所述激光接收模块用于接收被目标反射的单光子反射激光，并进行解析处理；
所述处理运算模块用于利用内设微处理器预设算法处理数据，运算得出目标处环境空气组份；
所述控制显示模块用于所述单光子测空气组份功能瞄镜的显示控制。
本发明的有益效果是：通过单光子测空气组份功能瞄镜在瞄镜瞄准过程中进行自动测空气组份，使用者在远处即可对目标处温度进行自动测空气组份，无需使用其他外设即可得到精确的测量结果，利用单光子激光及算法在测空气组份过程中减少外界因素影响，进行多项修正，其中采用单光子光束进行目标瞄准，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射单光子反射激光的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，高效算法保证了目标处环境空气组份测量的准确性，使测量精度更高，测量速度更快。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的装置结构示意图；
附图标记：
单光子测空气组份功能瞄镜1、激光发射模块101、激光接收模块102、处理运算模块103、控制显示模块104。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例的单光子测空气组份功能瞄镜1，包括激光发射模块101、激光接收模块102、处理运算模块103、控制显示模块104；
所述激光发射模块101用于向目标发射单光子激光，进行目标瞄准及空气组份测量；
所述激光接收模块102用于接收被目标反射的单光子反射激光，并进行解析处理；
所述处理运算模块103用于利用内设微处理器预设算法处理数据，运算得出目标处环境空气组份；
所述控制显示模块104用于所述单光子测空气组份功能瞄镜的显示控制。
本实施例通过单光子测空气组份功能瞄镜1在瞄镜瞄准过程中进行自动测空气组份，使用者在远处即可对目标处温度进行自动测空气组份，利用单光子激光及算法在测空气组份过程中减少外界因素影响，进行多项修正，其中采用单光子光束进行目标瞄准，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射单光子反射激光的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，高效算法保证了目标处环境空气组份测量的准确性，使测量精度更高，测量速度更快。
优选的，所述激光接收模块102包括单光子激光接收器、光电转换器、数据解析器；
所述单光子激光接收器用于接收被目标反射的单光子反射激光；
所述光电转换器用于将接收到的单光子反射激光进行光电转换；
所述数据解析器用于将经过光电转换后的电信号进行解析处理得出相关数据。
本优选实施例中使用的单光子激光具有特殊的物理性质，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，所述单光子激光接收器用于接收被目标反射的单光子反射激光，能够减少发射过程中的误差，受外界环境的温度天气等的影响较小，能够保证较远的测量范围。
优选的，还包括光学镜组模块，用于构建光学通路，对单光子激光及单光子反射激光进行光学处理；
所述单光子激光发射、单光子反射激光接收、向目标瞄准均通过所述光学镜组模块构建的光学通路。
本优选实施例中所述单光子激光发射、单光子反射激光接收、向目标瞄准均通过所述光学镜组模块构建的光学通路，则入射目标光路、目标反射光路、目镜观测光路均为所述处理镜组搭建的同一光学路径；完成远距离目标清晰成像，达到消减成像像差，实现远距离图像放大功能。
优选的，所述处理运算模块103包括内置微处理器、数据暂存器；
所述内置微处理器预设算法：
假设一个目标方周围(单位面积内)的空气，由多种组份气溶胶粒子组成，它们的密度分别是：D1，D2，...Dn，发射激光束的功率是W，波长是λ，散射光束的功率是W1,W2,...Wn,散射波长是λ1，λ2，...λn；当发射的激光束穿越空气接近目标时，由于空气中含有不同密度的气溶胶，它们会吸收部分能量，并且改变激光的传播方向，产生拉曼散射效应，发生拉曼频移，即散射光波长发生变化。由物理常识知道，不同密度物质与光发生作用后，由于密度不同，所以产生的拉曼频移大小也是彼此独立的分立值。
建立密度-波长方程来计算目标方周围的大气分子不同组份密度：
D＝D1+D2+....+Dn
Figure RE-GDA0002426014190000031
上述公式中，Ψ是各种不同气溶胶粒子对大气组份影响的修正系数，h是玻尔兹曼常数，△Qx是不同气溶胶粒子的拉曼频移，dx、dy、dz分别是单位体积的长宽高；
所述预设算法还包括：
Figure RE-GDA0002426014190000032
上述公式中，k是温度、气压、湿度对拉曼散射影响的综合修正系数，θ表示平均的拉曼散射角。
当单光子测空气组份功能瞄镜1发出的激光束将目标周围的大气组份信号采集回来后，由雪崩光电二极管将各种气溶胶密度的拉曼频移信号转换成为电流信号I，通过内置微处理器将电流信号I反向推导出空气组份密度数值D，其计算公式如下所示：
Figure RE-GDA0002426014190000041
D＝f-1(I)
上述公式中，t是测量时间，a表示雪崩光电二极管光电转换效率系数。
本优选实施例中空气组份是一个重要的大气参数，它影响目标的工作状态和运动轨迹，由于目标方空气组份受多种因素影响，以及测量远距离空气组份困难，传统瞄镜只能依靠外置仪器设备测量其周边的空气组份，而对于目标方周边的空气组份往往依靠经验值或概率分布进行粗略估计，估算值与实际值偏差较大，没有实际应用价值；所述单光子测空气组份功能瞄镜1使用激光光量子束实时采集目标方周围的空气组份信息，它是以气溶胶密度信息表征。通过雪崩光电二极管将目标方周边气溶胶密度信息转换成为电流信号，利用电流信号与气溶胶密度的等效性方程，进行气溶胶密度的计算，从而确定目标方周围空气组份，展现出单光子测空气组份功能瞄镜1测量目标方周边空气组份的高速性和精确性。
优选的，所述控制显示模块104包括结果存储器及分化显示器；
所述结果存储器将所述预设算法计算所得结果进行时序标定暂存，以一周为单位覆盖存储；
所述分化显示器包括高清OLED分化显示屏，并配备环境光自动调节光；
本优选实施例中所述结果存储器及所述分化显示器用于所述预设算法计算所得结果进行结果存储及显示，暂存及覆盖存储的存储方式有助于减少冗余信息，避免因存储空间问题造成所述单光子测空气组份功能瞄镜1硬件增加；高清OLED分化显示屏，并配备环境光自动调节光源便于所述单光子测空气组份功能瞄镜1在各个场景的应用。
优选的，所述处理运算模块103中的数据暂存器仅暂存所述处理运算模块中的数据；
所述控制显示模块104中的结果存储器存储所述单光子测空气组份功能瞄镜1的所有计算所得结果。
本优选实施例中通过单光子测空气组份功能瞄镜1在瞄镜瞄准过程中进行自动测空气组份，使用者在远处即可对目标处温度进行自动测空气组份，利用单光子激光及算法在测空气组份过程中减少外界因素影响，其中采用单光子光束进行目标瞄准，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射单光子反射激光的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，高效算法保证了目标处环境空气组份测量的准确性，使测量精度更高，测量速度更快；在使用瞄镜进行目标瞄准的过程中能够同时进行自动测空气组份，操作简单，反应速度快，节约时间，精度高，受外界环境温度天气等的影响小，作用距离远，对烟雾尘埃等穿透性好，适用于远距离精确瞄准，较远距离情况下能够稳定识别测量。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种单光子测空气组份功能瞄镜，其特征在于，包括激光发射模块、激光接收模块、处理运算模块、控制显示模块；
所述激光发射模块用于向目标发射单光子激光，进行目标瞄准及空气组份测量；
所述激光接收模块用于接收被目标反射的单光子反射激光，并进行解析处理；
所述处理运算模块用于利用内设微处理器预设算法处理数据，运算得出目标处环境空气组份；
所述控制显示模块用于所述单光子测空气组份功能瞄镜的显示控制。
2.根据权利要求1所述的一种单光子测空气组份功能瞄镜，其特征在于，所述激光接收模块包括单光子激光接收器、光电转换器、数据解析器；
所述单光子激光接收器用于接收被目标反射的单光子反射激光；
所述光电转换器用于将接收到的单光子反射激光进行光电转换；
所述数据解析器用于将经过光电转换后的电信号进行解析处理得出相关数据。
3.根据权利要求1所述的一种单光子测空气组份功能瞄镜，其特征在于，还包括光学镜组模块，用于构建光学通路，对单光子激光及单光子反射激光进行光学处理；
所述单光子激光发射、单光子反射激光接收、向目标瞄准均通过所述光学镜组模块构建的光学通路。
4.根据权利要求1所述的一种单光子测空气组份功能瞄镜，其特征在于，所述处理运算模块包括内置微处理器、数据暂存器；
所述内置微处理器预设算法：
建立密度-波长方程来计算目标方周围的大气分子不同组份密度：
D＝D1+D2+....+Dn
Figure FDA0002374460680000011
Ψ是各种不同气溶胶粒子对大气组份影响的修正系数，h是玻尔兹曼常数，△Qx是不同气溶胶粒子的拉曼频移，dx、dy、dz分别是单位体积的长宽高。
5.根据权利要求1所述的一种单光子测空气组份功能瞄镜，其特征在于，所述预设算法还包括：
Figure FDA0002374460680000021
k是温度、气压、湿度对拉曼散射影响的综合修正系数，θ表示平均的拉曼散射角。
6.根据权利要求1所述的一种单光子测空气组份功能瞄镜，其特征在于，所述控制显示模块包括结果存储器及分化显示器；
所述结果存储器将所述预设算法计算所得结果进行时序标定暂存，以一周为单位覆盖存储；
所述分化显示器包括高清OLED分化显示屏，并配备环境光自动调节光源。
7.根据权利要求1所述的一种单光子测空气组份功能瞄镜，其特征在于，所述处理运算模块中的数据暂存器仅暂存所述处理运算模块中的数据；
所述控制显示模块中的结果存储器存储所述单光子测空气组份功能瞄镜的所有计算所得结果。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8541744B1 (en) * 2013-03-09 2013-09-24 Jian Liu Method and apparatus for wavelength locking free optical frequency comb based differential absorption Lidar
CN204116603U (zh) * 2014-04-15 2015-01-21 北京艾沃思科技有限公司 用于气溶胶监测的激光雷达装置
CN106054209A (zh) * 2016-05-19 2016-10-26 中国科学技术大学 基于超导单光子探测器的大气探测激光雷达
CN106970392A (zh) * 2017-05-31 2017-07-21 南京先进激光技术研究院 高灵敏度气体污染探测激光雷达系统
CN110471078A (zh) * 2019-09-25 2019-11-19 浙江缔科新技术发展有限公司 一种光量子测高望远镜及测高方法
CN209878550U (zh) * 2019-03-20 2019-12-31 北京是卓科技有限公司 一种大气监测装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8541744B1 (en) * 2013-03-09 2013-09-24 Jian Liu Method and apparatus for wavelength locking free optical frequency comb based differential absorption Lidar
CN204116603U (zh) * 2014-04-15 2015-01-21 北京艾沃思科技有限公司 用于气溶胶监测的激光雷达装置
CN106054209A (zh) * 2016-05-19 2016-10-26 中国科学技术大学 基于超导单光子探测器的大气探测激光雷达
CN106970392A (zh) * 2017-05-31 2017-07-21 南京先进激光技术研究院 高灵敏度气体污染探测激光雷达系统
CN209878550U (zh) * 2019-03-20 2019-12-31 北京是卓科技有限公司 一种大气监测装置
CN110471078A (zh) * 2019-09-25 2019-11-19 浙江缔科新技术发展有限公司 一种光量子测高望远镜及测高方法

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