CN111175278B - 单光子测湿度功能瞄镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单光子测湿度功能瞄镜，包括单光子激光模块，处理器模块，存储显示模块；所述单光子激光模块包括单光子激光发射子模块、单光子激光接收子模块；所述处理器模块包括光学镜组子模块、光电解析子模块、数据运算子模块；所述存储显示模块包括数据存储子模块、分化显示子模块。本发明的有益效果为：提高瞄镜的瞄准精度，实现单光子激光测湿度功能，高效精确。

Description

单光子测湿度功能瞄镜

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湿度功能瞄镜。

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，如测温，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，测量激光回波信号的时间差来间接测定目标距离，需要足够大的回波能量来确保测量精度；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，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湿度功能瞄镜。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明提供了单光子测湿度功能瞄镜，包括单光子激光模块，处理器模块，存储显示模块；

所述单光子激光模块包括单光子激光发射子模块、单光子激光接收子模块；

所述处理器模块包括光学镜组子模块、光电解析子模块、数据运算子模块；

所述存储显示模块包括数据存储子模块、分化显示子模块。

本发明的有益效果是：通过单光子测湿度功能瞄镜在瞄镜瞄准过程中进行自动测湿度，使用者在远处即可对目标处环境湿度进行自动测量，利用单光子激光及算法在测湿度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、反射单光子反射光子束的过程中，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湿度测算的准确性，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：

单光子测湿度功能瞄镜1、单光子激光模块101，处理器模块102，存储显示模块103。

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湿度功能瞄镜1，包括单光子激光模块101，处理器模块102，存储显示模块103；

所述单光子激光模块101包括单光子激光发射子模块、单光子激光接收子模块；

所述处理器模块102包括光学镜组子模块、光电解析子模块、数据运算子模块；

所述存储显示模块103包括数据存储子模块、分化显示子模块。

本实施例通过单光子测湿度功能瞄镜1在瞄镜瞄准过程中进行自动测湿度，使用者在远处即可对目标处环境湿度进行自动测量，利用单光子激光及算法在测湿度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、反射单光子反射光子束的过程中，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湿度测算的准确性，使测量精度更高，测量速度更快。

优选的，所述单光子激光模块101中所述单光子激光发射子模块用于向目标发射单光子光子束，进行目标瞄准及目标处环境湿度测量；

所述单光子激光接收子模块用于接收被目标反射的单光子反射光子束，并发送至所述处理器模块102进行处理。

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，所述单光子激光发射子模块用于向目标发射单光子激光，所述单光子激光接收子模块接收被目标反射的单光子反射光子束，能够减少发射过程中的误差，受外界环境的湿度天气等的影响较小，能够保证较远的测量范围。

优选的，所述处理器模块102中：

所述光学镜组子模块包括凸透物镜、处理镜组、凸透目镜等，按一定顺序排列安装；

所述光电解析子模块将所述单光子激光接收子模块接收到的被目标反射的单光子反射光子束进行光电转换，并解析所述单光子反射光子束携带的目标处环境数据；

所述数据运算子模块内设微处理器，预存测湿度算法，利用所述光电解析子模块解析所得数据进行目标处环境湿度计算。

本优选实施例中所述光电解析子模块用于对接收到的所述单光子反射光子束进行光电转换及拆分解析，得出所述单光子反射光子束携带的目标处环境各项数据；所述单光子激光在目标处被反射后的所述单光子反射光子束经过大气折射散射及目标处环境后自身各项数据发生变化，在对所述单光子反射光子束进行光电转换和拆分解析的过程中得到的各项数据用于在所述数据运算子模块中进行测湿度算法运算，即可高效精确地在瞄准目标的过程中测得目标处环境湿度。

优选的，所述光电解析子模块内设雪崩光电二极管，对接收到的被目标反射的单光子反射光子束进行光电转换，相关系数有雪崩光电二极管光电转换效率累积系数；

所述光电解析子模块对所述单光子反射光子束进行解析后所得数据：大气压、湿度、空气密度对水气分子影响的修正系数、发射激光波长修正系数、散射激光波长修正系数、测量时间、发射激光的角频率、空气密度修正系数等。

本优选实施例中所述光电解析子模块对所述单光子反射光子束进行光电转换及解析后所得数据为所述数据运算子模块中预存测湿度算法进行数据准备，所述光电解析子模块将所述单光子反射光子束进行光电转换，将单光子信号转换为电信号，便于从中拆分各项数据，进行精确计算。

优选的，所述数据运算子模块预存测湿度算法包括：

假设一个远方目标周围(单位面积内)的水气分子密度是D，发射激光束的功率是G₁，波长是λ₁，散射回波光束的功率是G₂,散射波长是λ₂；

建立密度-频移方程来计算目标方周围的水气分子密度

上述公式中，a、b、c分别是大气压、湿度、空气密度对水气分子影响的修正系数，τ是发射激光波长修正系数，μ是散射激光波长修正系数；x，y，n，分别是单位体积的长宽高，t是测量时间，△Z是拉曼频移，ω是发射激光的角频率，θ是空气密度修正系数。

雪崩光电二极管将反映水气分子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反向推导出水气分子密度D，其计算公式如下所示：

D＝f^-1 (I)

上述公式中，Ψ表示拉曼散射角，a表示雪崩光电二极管光电转换效率累积系数，A表示归一化常数。

由上反向推导就能得到相对湿度S计算公式：

S＝f^-1 (D)

本优选实施例中，当发射的单光子光子束穿越空气接近目标时，由于空气中含有大量的水气分子，它会吸收部分能量，并且阻挡激光的直线传播，发生拉曼散射效应，产生拉曼频移现象，因此，可以通过建立密度-频移方程来计算目标方周围的水气分子密度，利用拉曼散射效应，通过测量计算发射激光与散射激光波长的变化量，即拉曼频移量与湿度的函数关系，最终将目标方的湿度采集计算出来。

优选的，所述光学镜组子模块中所述处理镜组包括多个非线性光学单晶透镜、分光棱镜、倒像透镜等处理镜片；

所述光学镜组子模块构建所述单光子测湿度功能瞄镜的激光发射、激光接收、目标瞄准共用的单一光学通路；

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，所述存储显示模块103包括数据存储子模块、分化显示子模块：

所述数据存储子模块包括数据暂存区、可覆盖存储区、永久存储区：所述数据暂存区用于存储临时数据，每次开启所述单光子测湿度瞄镜1时清空所有暂存数据；

所述可覆盖存储区用于存储测量数据，根据使用者设定以周或月为单位进行自动覆盖存储；

所述永久存储区用于存储瞄镜既定数据及使用者选择数据，所述永久存储区内所有数据禁止删除、修改、覆盖等操作；

所述分化显示器子模块包括高清OLED分化显示屏，并配备环境光自动调节光源。

本优选实施例中所述数据存储子模块包括数据暂存区、可覆盖存储区、永久存储区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湿度功能瞄镜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湿度功能瞄镜1在各个场景的应用。

本优选实施例中通过单光子测湿度功能瞄镜1在瞄镜瞄准过程中进行自动测湿度，使用者在远处即可对目标处湿度进行自动测湿度，利用单光子激光及算法在测湿度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、反射单光子反射光子束的过程中，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湿度测算的准确性，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湿度，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 (5)

1.一种单光子测湿度功能瞄镜，其特征在于，包括单光子激光模块，处理器模块，存储显示模块；

所述单光子激光模块包括单光子激光发射子模块、单光子激光接收子模块；

所述处理器模块包括光学镜组子模块、光电解析子模块、数据运算子模块；

所述存储显示模块包括数据存储子模块、分化显示子模块；

所述光电解析子模块内设雪崩光电二极管，对接收到的被目标反射的单光子反射光子束进行光电转换，相关系数有雪崩光电二极管光电转换效率累积系数；

所述光电解析子模块对所述单光子反射光子束进行解析后所得数据：大气压对水气分子影响的修正系数、湿度对水气分子影响的修正系数、空气密度对水气分子影响的修正系数、发射激光波长修正系数、散射激光波长修正系数、测量时间、发射激光的角频率、空气密度修正系数；

所述数据运算子模块预存测湿度算法包括：

假设一个远方目标周围的水气分子密度是D，发射激光束的功率是G1，波长是λ1，散射回波光束的功率是G2,散射波长是λ2；

建立密度-频移方程来计算目标方周围的水气分子密度

a、b、c分别是大气压对水气分子影响的修正系数、湿度对水气分子影响的修正系数、空气密度对水气分子影响的修正系数，τ是发射激光波长修正系数，μ是散射激光波长修正系数；x，y，n，分别是单位体积的长宽高，t是测量时间，ΔZ是拉曼频移，ω是发射激光的角频率，θ是空气密度修正系数。

2.根据权利要求1所述的一种单光子测湿度功能瞄镜，其特征在于，所述单光子激光模块中所述单光子激光发射子模块用于向目标发射单光子光子束，进行目标瞄准及目标处环境湿度测量；

所述单光子激光接收子模块用于接收被目标反射的单光子反射光子束，并发送至所述处理器模块进行处理。

3.根据权利要求1所述的一种单光子测湿度功能瞄镜，其特征在于，所述处理器模块中：

所述光学镜组子模块包括凸透物镜、处理镜组、凸透目镜，按一定顺序排列安装；

所述光电解析子模块将所述单光子激光接收子模块接收到的被目标反射的单光子反射光子束进行光电转换，并解析所述单光子反射光子束携带的目标处环境数据；

所述数据运算子模块内设微处理器，预存测湿度算法，利用所述光电解析子模块解析所得数据进行目标处环境湿度计算。

4.根据权利要求3所述的一种单光子测湿度功能瞄镜，其特征在于，所述光学镜组子模块中所述处理镜组包括多个非线性光学单晶透镜、分光棱镜、倒像透镜处理镜片；

所述光学镜组子模块构建所述单光子测湿度功能瞄镜的激光发射、激光接收、目标瞄准共用的单一光学通路。

5.根据权利要求3所述的一种单光子测湿度功能瞄镜，其特征在于，所述存储显示模块包括数据存储子模块、分化显示子模块：

所述数据存储子模块包括数据暂存区、可覆盖存储区、永久存储区：所述数据暂存区用于存储临时数据，每次开启所述单光子测湿度瞄镜时清空所有暂存数据；

所述可覆盖存储区用于存储测量数据，根据使用者设定以周或月为单位进行自动覆盖存储；

所述永久存储区用于存储瞄镜既定数据及使用者选择数据，所述永久存储区内所有数据禁止删除、修改、覆盖操作。

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