CN113970760A - 蒸发波导探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种蒸发波导探测装置,所述蒸发波导探测装置包括:环境感知模块,用于获取目标大气环境中参考点的大气压强;激光发射模块,用于出射目标激光至所述目标大气环境中;信号接收模块,用于获取所述目标激光在所述目标大气环境中传输时与大气分子碰撞产生的不同高度的拉曼后向散射光信号;以及信号处理模块,用于根据所述不同高度的拉曼后向散射光信号和所述参考点的大气压强确定所述蒸发波导。本发明实施例可以实现蒸发波导的全天时、连续、直接探测,有效接收0m至100m全高度范围内的有效信号,无探测盲区,还可以提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及蒸发波导探测技术领域,具体地涉及一种蒸发波导探测装置。
背景技术
海洋环境中,通常存在三类大气波导:蒸发波导、表面波导与悬空波导。大气波导会显著地改变电磁波的传播路径与传播范围,从而影响雷达、无线电通信、无线电制导等电子系统的有效作战性能。海上蒸发波导发生频次高,持续时间长,对3GHz以上的电磁波传输影响很大,工作于C波段与X波段的舰载防空和监视雷达都会受到较大影响。现有的蒸发波导探测装置中,应用最广泛的是被动式蒸发波导探测装置,被动式蒸发波导探测装置通过建立海气模型,结合海面气象数据进行蒸发波导的预测,但其属于一种被动式的间接探测技术手段,现有技术中缺乏对蒸发波导的全天时、连续探测的主动式的直接探测技术手段。因此,急需提出一种蒸发波导探测装置以解决上述技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种蒸发波导探测装置,解决现有技术中缺乏对蒸发波导的全天时、连续探测的主动式的直接探测技术手段的技术问题。
为了实现上述目的,本发明实施例提供一种蒸发波导探测装置,包括:环境感知模块,用于获取目标大气环境中参考点的大气压强;激光发射模块,用于出射目标激光至目标大气环境中;信号接收模块,用于获取目标激光在目标大气环境中传输时与大气分子碰撞产生的不同高度的拉曼后向散射光信号;以及信号处理模块,用于根据不同高度的拉曼后向散射光信号和参考点的大气压强确定蒸发波导。
在本发明实施例中,参考点为蒸发波导探测装置使用时所处位置,环境感知模块包括气压传感器,气压传感器用于获取蒸发波导探测装置使用时所处位置的大气压强。
在本发明实施例中,环境感知模块还包括雨量传感器和风速传感器,雨量传感器用于获取蒸发波导探测装置使用时所处位置的雨量,风速传感器用于获取蒸发波导探测装置使用时所处位置的风速,信号处理模块还用于根据雨量和风速确定是否存在预设恶劣天气以及在存在预设恶劣天气的情况下控制蒸发波导探测装置关机。
在本发明实施例中,目标激光包括竖直向上照射在目标大气环境中的激光束。
在本发明实施例中,激光发射模块包括:激光器,用于发射激光束;反射镜,用于对激光束进行反射得到反射后激光束;以及扩束器,用于对反射后的激光束进行扩束准直,得到目标激光。
在本发明实施例中,激光器包括高功率固体脉冲激光器,扩束器包括凹凸透镜组合的伽利略式结构的激光准直扩束器。
在本发明实施例中,信号接收模块包括:接收镜,用于接收不同高度的拉曼后向散射光信号;以及接收光纤,用于将不同高度的拉曼后向散射光信号传输至信号处理模块。
在本发明实施例中,信号处理模块包括:光纤混光器,用于对不同高度的拉曼后向散射光信号进行变换,以得到光斑大小和光线角度均相同的变换后拉曼后向散射光信号;光谱分光器,用于对变换后拉曼后向散射光信号进行分光,以得到多个预设波段的光信号;以及光电转换滤波器,用于对多个预设波段的光信号进行光电转换和滤波,得到与多个预设波段的光信号一一对应的多个电信号;以及数据处理器,用于根据参考点的大气压强和多个电信号确定蒸发波导。
在本发明实施例中,多个预设波段的光信号包括:大气分子的高转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号、大气分子的低转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号、氮气分子的振动-转动拉曼后向散射光信号和水汽分子的振动-转动拉曼后向散射光信号。
在本发明实施例中,根据参考点的大气压强和多个电信号确定蒸发波导,包括:根据与大气分子的高转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号对应的电信号和与大气分子的低转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号对应的电信号确定目标大气环境的大气温度廓线;根据与氮气分子与水汽分子的振动-转动拉曼后向散射光信号对应的电信号确定目标大气环境的大气湿度廓线;根据参考点的大气压强和大气温度廓线确定目标大气环境的大气压强廓线;根据大气温度廓线、大气湿度廓线和大气压强廓线确定目标大气环境的大气修正折射指数廓线;以及根据大气修正折射指数廓线确定目标大气环境的蒸发波导。
本发明前述实施例通过其技术方案可以实现蒸发波导的全天时、连续、直接探测,可以有效接收0m至100m全高度范围内的有效信号,无探测盲区,还可以提高测量精度。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例,但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中:
图1是本发明实施例的蒸发波导探测装置100的结构示意图;
图2是本发明示例的蒸发波导探测装置的结构示意图;以及
图3是使用本发明实施例的蒸发波导探测装置测量得到的大气修正折射指数廓线与使用本领域探测蒸发波导常用的无线电探空仪测量得到的大气修正折射指数廓线的对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例,并不用于限制本发明实施例。
需要说明,若本申请实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,若本申请实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施方式之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本申请要求的保护范围之内。
如图1所示,在本发明实施例中,提供一种蒸发波导探测装置100,包括:环境感知模块110、激光发射模块130、信号接收模块150和信号处理模块170。
其中,环境感知模块110用于获取目标大气环境中参考点的大气压强。具体地,参考点例如为蒸发波导探测装置100使用时所处位置,环境感知模块110例如包括气压传感器,气压传感器用于获取蒸发波导探测装置100使用时所处位置的大气压强。
激光发射模块130用于出射目标激光至目标大气环境中。具体地,目标激光例如包括竖直向上照射在目标大气环境中的激光束。
信号接收模块150用于获取目标激光在目标大气环境中传输时与大气分子碰撞产生的不同高度的拉曼后向散射光信号。以及
信号处理模块170用于根据不同高度的拉曼后向散射光信号和参考点的大气压强确定蒸发波导。
环境感知模块110、激光发射模块130和信号接收模块150例如分别通过有线方式和/或无线方式直接或间接与信号处理模块170进行通信。
具体地,环境感知模块110例如还包括雨量传感器和风速传感器,雨量传感器例如用于获取蒸发波导探测装置100使用时所处位置的雨量,风速传感器例如用于获取蒸发波导探测装置100使用时所处位置的风速。相应地,信号处理模块170例如还用于根据雨量和风速确定是否存在预设恶劣天气以及在存在预设恶劣天气的情况下控制蒸发波导探测装置100关机。
具体地,激光发射模块130例如包括:激光器、反射镜和扩束器。
其中,激光器例如用于发射激光束。反射镜例如用于对激光束进行反射得到反射后激光束。扩束器例如用于对反射后的激光束进行扩束准直,得到目标激光。
更具体地,激光器例如包括高功率固体脉冲激光器。扩束器例如包括凹凸透镜组合的伽利略式结构的激光准直扩束器。
具体地,信号接收模块例如包括:接收镜和接收光纤。
其中,接收镜例如用于接收不同高度的拉曼后向散射光信号。接收光纤例如用于将不同高度的拉曼后向散射光信号传输至信号处理模块170。
具体地,信号处理模块170例如包括:光纤混光器、光谱分光器、光电转换滤波器和数据处理器。
其中,光纤混光器例如用于对不同高度的拉曼后向散射光信号进行变换,以得到光斑大小和光线角度均相同的变换后拉曼后向散射光信号。光谱分光器例如用于对变换后拉曼后向散射光信号进行分光,以得到多个预设波段的光信号。光电转换滤波器例如用于对多个预设波段的光信号进行光电转换和滤波,得到与多个预设波段的光信号一一对应的多个电信号。数据处理器例如用于根据参考点的大气压强和多个电信号确定蒸发波导。
更具体地,光纤混光器例如包括混光透镜和中继传输光纤。
光谱分光器例如包括光谱分光单元与信号传输光纤束。
光电转换滤波器例如包括光电转换单元和滤波单元。
多个预设波段的光信号例如包括:大气分子的高转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号、大气分子的低转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号、氮气分子的振动-转动拉曼后向散射光信号和水汽分子的振动-转动拉曼后向散射光信号。
根据参考点的大气压强和多个电信号确定蒸发波导例如包括:根据与大气分子的高转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号对应的电信号和与大气分子的低转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号对应的电信号确定目标大气环境的大气温度廓线;根据与氮气分子与水汽分子的振动-转动拉曼后向散射光信号对应的电信号确定目标大气环境的大气湿度廓线;根据参考点的大气压强和大气温度廓线确定目标大气环境的大气压强廓线;根据大气温度廓线、大气湿度廓线和大气压强廓线确定目标大气环境的大气修正折射指数廓线;以及根据大气修正折射指数廓线确定目标大气环境的蒸发波导。
进一步地,蒸发波导探测装置100例如还可包括电源供电模块,电源供电模块例如用于为蒸发波导探测装置100的各个模块进行供电。
下面结合具体示例,进一步说明本发明实施例的蒸发波导探测装置100的结构和工作过程。
如图2所示,为本发明示例提供的蒸发波导探测装置,包括:环境感知模块、激光发射模块、信号接收模块、光纤混光器、光谱分光器、光电转换滤波器13、数据处理器14和电源供电模块15。
环境感知模块用于感知外界大气环境,并将所得数据传输至数据处理器14。
环境感知模块包括气压传感器1、雨量传感器2和风速传感器3,气压传感器1用于测量蒸发波导探测装置所处位置的外界大气压强,并将所得大气压强数据传输至数据处理器14,作为大气压强廓线反演的初始参量之一。雨量传感器2和风速传感器3测量所得的数据用于判定是否存在雨雪、冰雹、强风等恶劣天气,如存在恶劣天气,数据处理组件14将控制蒸发波导探测装置关机,具体地控制激光发射模块如激光器和/或光电转换滤波器13断电关机。气压传感器1、雨量传感器2和风速传感器3的安装位置例如可以选择合适的使得其可以测量到蒸发波导探测装置处的外界大气压强、雨量和风速信息。
激光发射模块用于发射激光光束。激光发射模块包括激光器4、反射镜5和扩束器6。激光器4出射的激光光束经反射镜5转折后,再经扩束器6扩束准直后照射入外界大气环境中,激光光束在大气中由低空向高空传播,并在传播过程中与大气分子发生碰撞,激发外界大气中的氧气分子、氮气分子、水汽分子,使其发生拉曼散射,产生拉曼散射光。激光器4的出射激光光束经由反射镜5转折后的光束以及经扩束器6扩束准直后照射入外界大气环境中的光束例如为竖直向上射向天空的光束。
其中,激光器4例如为高功率固体脉冲激光器,高功率固体脉冲激光器可以发射脉冲激光光束。反射镜5的使用波段涵盖激光器4的出射激光波段。扩束器6为凹凸透镜组合的伽利略式结构的激光准直扩束器,表面例如镀有增透膜,扩束器6的使用波段涵盖激光器4的出射激光波段。扩束器6具体可选用小口径的扩束器。
信号接收模块用于接收激光发射模块出射的激光光束在大气中由低空向高空传输时与大气分子碰撞产生的不同高度的拉曼散射光中的后向散射光也即拉曼后向散射光。
信号接收模块包括接收镜7和接收光纤8。其中,接收镜7用于接收激光发射模块出射的激光光束在大气中由低空向高空传输时与大气分子碰撞产生的不同高度的拉曼散射光中的后向散射光,接收光纤8用于将不同高度的拉曼散射光中的后向散射光信号传输至光纤混光器。接收镜7为透镜或反射镜,接收镜7紧邻激光发射模块的扩束器6且水平放置,接收镜7具体可选用小口径的接收镜,用于接收扩束器6扩束后的光束,在接收镜7的焦点位置附近放置接收光纤8。
扩束镜6和接收镜7紧邻设置且均为小口径,可以使得蒸发波导探测装置有效接收0米至100米全高度范围内的有效信号,无探测盲区。
光纤混光器用于对信号接收模块传输来的不同高度的拉曼散射光中的后向散射光信号进行变换。
光纤混光器包括混光透镜9和中继传输光纤10。混光透镜9和中继传输光纤10用于对信号接收模块传输来的不同高度的拉曼散射光中的后向散射光信号进行变换。变换过程为:接收光纤8接收到的不同高度的拉曼散射光中的后向散射光信号,其光斑大小与光线角度均不相同,光斑大小与光线角度随高度变化而变化,经接收光纤8传输后,变换为光斑大小相同,均等于接收光纤8的纤芯直径,光线角度不同的光信号经混光透镜9后变换为光斑大小不同、光线角度相同的光信号,经中继传输光纤10传输后变换为光斑大小相同、光线角度也相同的光信号,即经中继传输光纤10传输后变换为光斑大小与光线角度不随高度变化而变化的光信号,至此完成了不同高度的拉曼散射光中的后向散射光信号的变换,变换后的光信号再进入光谱分光器中进行光谱分光时,不会因光斑大小或光线角度的不同,导致不同高度的光信号的透过率不同,进而引入测量误差,也即光纤混光器的设置可以消除测量误差,具体可以消除低空测量误差,从而具有比较高的使用价值。其中,混光透镜9为球透镜或小口径透镜。中继传输光纤10为多模光纤。
光谱分光器用于提取光纤混光器传输来的拉曼散射光中的后向散射光信号的光谱信息。
光谱分光器包括光谱分光单元11和信号传输光纤束12。其中,光谱分光单元11用于提取光纤混光器传输来的拉曼散射光中的后向散射光信号的光谱信息。光谱分光单元11具体用于对中继传输光纤10输入的拉曼散射光中的后向散射光信号进行分光,分光后的不同波段的光经信号传输光纤束12传输进入光电转换滤波器13。光纤混光器传输来的拉曼散射光中的后向散射光信号中不同波段的光信号共包括四种:大气分子的高转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号、大气分子的低转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号、氮气分子的振动-转动拉曼后向散射光信号和水汽分子的振动-转动拉曼后向散射光信号。光谱分光单元11将以上四种光信号分离后,经信号传输光纤束12传输,进入光电转换滤波器13。
光谱分光单元11使用光栅、透镜组合或滤光片、透镜组合进行分光,信号传输光纤束12由四根多模光纤组成。
光电转换滤波器13用于光信号至电信号的光电转换与滤波,并将滤波后信号传输至数据处理器14。光电转换滤波器13具体用于将光谱分光器分离出的四种光信号进行光电转换,并对光电转换后的电信号进行滤波,随后将滤波后信号传输至数据处理器14。
数据处理器14用于数据的处理主要包括蒸发波导反演。数据处理器14还用于对蒸发波导探测装置各个模块的工作进行控制以及数据的存储等。
其中,数据的处理为根据光电转换滤波器13与环境感知模块所得的测量结果,反演计算大气温度廓线、大气湿度廓线和大气压强廓线。具体地,根据大气分子的高转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号与大气分子的低转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号测量结果反演计算大气温度廓线;根据氮气分子与水汽分子的振动-转动拉曼后向散射光信号的测量结果反演计算大气湿度廓线;根据环境感知模块中的气压传感器1测量所得大气压强与上述大气温度廓线计算大气压强廓线,计算过程如下:
其中,P(z)为大气压强廓线中高度z处的大气压强,P0为环境感知模块中的气压传感器1测量所得的大气压强,T0为上述大气温度廓线最低点的大气温度,T(z)为大气温度廓线中高度z处的大气温度,n1为多方常数,n1取1.235。
根据大气温度廓线、大气湿度廓线和大气压强廓线可计算大气修正折射指数廓线,如下:
其中,M(z)为大气修正折射指数廓线中高度z处的大气修正折射指数,e(z)为高度z处的水汽分压,是大气湿度的一种表示形式。
蒸发波导由大气修正折射指数廓线唯一确定,计算过程如下。
大气修正折射指数廓线M(z)对高度z求导可得大气修正折射率梯度廓线,当大气修正折射率梯度小于零时大气折射类型为陷获折射,将这一层大气称为陷获层,此时某些频段的电磁波将在海面与陷获层顶之间来回反射传输,即发生了波导现象,陷获层顶高度处的大气修正折射率梯度为零,该高度即为蒸发波导顶部高度,受蒸发波导影响的最低电磁波频率由下式给出:
其中,fmin为受蒸发波导影响的最低电磁波频率,d为蒸发波导顶部高度,M(d)为蒸发波导顶部高度的大气修正折射指数,M(z)为高度z处的大气修正折射指数。
电源供电模块15用于为环境感知模块、激光发射模块、光电转换滤波器13和数据处理器14供电,具体为雨量传感器1、风速传感器2、气压传感器3、激光器4、光电转换滤波器13和数据处理器14供电。电源供电模块15可以包括一个电源或者多个电源。
下面给出本发明示例的蒸发波导探测装置各个组成部分的一种参数设计方案。
气压传感器1选用JC-1000HSM型气压传感器。雨量传感器2使用R2S-UMB微型多普勒雨量传感器,可有效探测雨、雪、雨夹雪、冻雨、冰雹等降水过程。风速传感器3选用Mini-C2型超声波风速传感器。
激光器4选用Nd:YAG风冷型半导体泵浦固体脉冲激光器,输出波长为354.7nm的脉冲激光束,激光器4选用Nd:YAG风冷型半导体泵浦固体脉冲激光器可以使得本发明实施例的蒸发波导探测装置适用于更加苛刻的舰载颠簸、振动工况。反射镜5用于光路转折,采用设计使用波长为354.7nm的45°高能激光反射镜。扩束器6使用伽利略式透镜组,表面镀紫外增透膜,扩束倍率5倍。
接收镜7使用直径100mm,焦距400mm的牛顿式反射式望远镜。接收光纤8放置于接收镜焦点附近,选用数值孔径0.22,纤芯直径0.3mm的多模紫外光纤。
混光透镜9选用口径2mm的熔融石英球面透镜。中继传输光纤10选用数值孔径0.22,纤芯直径0.4mm的多模紫外光纤。
光谱分光单元11使用光栅与透镜组成的光栅单色仪对传输光纤10输入的光信号进行分光,分光后的不同谱段的光经信号传输光纤束12传输进入光电转换滤波器13。信号传输光纤束12中的光纤选用4根数值孔径0.22,纤芯直径0.6mm的多模紫外光纤。光栅单色仪的数目可为多个。
如图3所示,为使用本发明实施例的蒸发波导探测装置测量得到的大气修正折射指数廓线与使用本领域探测蒸发波导常用的无线电探空仪测量得到的大气修正折射指数廓线的对比图,由图3可知,本发明实施例的蒸发波导探测装置的测量结果与无线电探空仪的测量结果一致性非常好,由于蒸发波导可以由大气修正折射指数廓线唯一确定,由此可以推断本发明实施例的蒸发波导探测装置可准确、有效地测量蒸发波导。
综上所述,本发明实施例通过前述技术方案可以实现蒸发波导的全天时、连续、直接探测,可以有效接收0m至100m全高度范围内的有效信号,无探测盲区,可以消除因不同高度后向散射回波光信号光斑大小不同与光线角度不同导致的低空测量误差,提高测量精度。
在此值得一提的是,本发明实施例未详述部分为现有技术、本领域技术人员可以根据现有技术容易得到或本领域技术人员根据本发明实施例公开的内容结合现有技术可以得到,在此不再赘述。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种蒸发波导探测装置,其特征在于,包括:
环境感知模块,用于获取目标大气环境中参考点的大气压强;
激光发射模块,用于出射目标激光至所述目标大气环境中;
信号接收模块,用于获取所述目标激光在所述目标大气环境中传输时与大气分子碰撞产生的不同高度的拉曼后向散射光信号;以及
信号处理模块,用于根据所述不同高度的拉曼后向散射光信号和所述参考点的大气压强确定所述蒸发波导。
2.根据权利要求1所述的蒸发波导探测装置,其特征在于,所述参考点为所述蒸发波导探测装置使用时所处位置,所述环境感知模块包括气压传感器,所述气压传感器用于获取所述蒸发波导探测装置使用时所处位置的大气压强。
3.根据权利要求2所述的蒸发波导探测装置,其特征在于,所述环境感知模块还包括雨量传感器和风速传感器,所述雨量传感器用于获取所述蒸发波导探测装置使用时所处位置的雨量,所述风速传感器用于获取所述蒸发波导探测装置使用时所处位置的风速,所述信号处理模块还用于根据所述雨量和所述风速确定是否存在预设恶劣天气以及在存在所述预设恶劣天气的情况下控制所述蒸发波导探测装置关机。
4.根据权利要求1所述的蒸发波导探测装置,其特征在于,所述目标激光包括竖直向上照射在所述目标大气环境中的激光束。
5.根据权利要求1所述的蒸发波导探测装置,其特征在于,所述激光发射模块包括:
激光器,用于发射激光束;
反射镜,用于对所述激光束进行反射得到反射后激光束;以及
扩束器,用于对所述反射后的所述激光束进行扩束准直,得到所述目标激光。
6.根据权利要求5所述的蒸发波导探测装置,其特征在于,所述激光器包括高功率固体脉冲激光器,所述扩束器包括凹凸透镜组合的伽利略式结构的激光准直扩束器。
7.根据权利要求1所述的蒸发波导探测装置,其特征在于,所述信号接收模块包括:
接收镜,用于接收所述不同高度的拉曼后向散射光信号;以及
接收光纤,用于将所述不同高度的拉曼后向散射光信号传输至所述信号处理模块。
8.根据权利要求1所述的蒸发波导探测装置,其特征在于,所述信号处理模块包括:
光纤混光器,用于对所述不同高度的拉曼后向散射光信号进行变换,以得到光斑大小和光线角度均相同的变换后拉曼后向散射光信号;
光谱分光器,用于对所述变换后拉曼后向散射光信号进行分光,以得到多个预设波段的光信号;以及
光电转换滤波器,用于对所述多个预设波段的光信号进行光电转换和滤波,得到与所述多个预设波段的光信号一一对应的多个电信号;以及
数据处理器,用于根据所述参考点的大气压强和所述多个电信号确定所述蒸发波导。
9.根据权利要求8所述的蒸发波导探测装置,其特征在于,所述多个预设波段的光信号包括:大气分子的高转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号、大气分子的低转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号、氮气分子的振动-转动拉曼后向散射光信号和水汽分子的振动-转动拉曼后向散射光信号。
10.根据权利要求9所述的蒸发波导探测方法,其特征在于,所述根据所述参考点的大气压强和所述多个电信号确定所述蒸发波导,包括:
根据与所述大气分子的高转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号对应的电信号和与所述大气分子的低转动量子数的纯转动拉曼后向散射光信号对应的电信号确定所述目标大气环境的大气温度廓线;
根据与所述氮气分子与水汽分子的振动-转动拉曼后向散射光信号对应的所述电信号确定所述目标大气环境的大气湿度廓线;
根据所述参考点的大气压强和所述大气温度廓线确定所述目标大气环境的大气压强廓线;
根据所述大气温度廓线、所述大气湿度廓线和所述大气压强廓线确定所述目标大气环境的大气修正折射指数廓线;以及
根据所述大气修正折射指数廓线确定所述目标大气环境的蒸发波导。
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1725031A (zh) * | 2005-06-08 | 2006-01-25 | 中国人民解放军海军大连舰艇学院 | 蒸发波导监测诊断评估方法及装置 |
KR20060011504A (ko) * | 2004-07-30 | 2006-02-03 | 한국원자력연구소 | 라만 신호를 이용하여 수증기와 물방울의 밀도를 동시에측정하기 위한 라만 라이다 수신광학계 |
WO2007017641A1 (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-15 | Qinetiq Limited | Apparatus and method for focussing an optical beam |
CN104614333A (zh) * | 2015-02-10 | 2015-05-13 | 中国人民解放军63655部队 | 一种大气水汽分子吸收系数廓线测量方法 |
CN106814371A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-06-09 | 武汉大学 | 一种测量大气温度和水汽以及气溶胶的激光雷达系统 |
CN210038203U (zh) * | 2019-05-09 | 2020-02-07 | 北方环保有限公司 | 一种风光互补远程雨量蒸发量监测装置 |
CN111638566A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-08 | 国家海洋技术中心 | 一种基于空中系留平台的海洋蒸发波导探测系统 |
CN211856952U (zh) * | 2020-05-26 | 2020-11-03 | 江西省大气探测技术中心 | 一种新型自动气象站故障智能诊断装置 |
CN112711899A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-04-27 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种蒸发波导高度的融合预测方法 |
-
2021
- 2021-10-12 CN CN202111186862.4A patent/CN113970760B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060011504A (ko) * | 2004-07-30 | 2006-02-03 | 한국원자력연구소 | 라만 신호를 이용하여 수증기와 물방울의 밀도를 동시에측정하기 위한 라만 라이다 수신광학계 |
CN1725031A (zh) * | 2005-06-08 | 2006-01-25 | 中国人民解放军海军大连舰艇学院 | 蒸发波导监测诊断评估方法及装置 |
WO2007017641A1 (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-15 | Qinetiq Limited | Apparatus and method for focussing an optical beam |
CN104614333A (zh) * | 2015-02-10 | 2015-05-13 | 中国人民解放军63655部队 | 一种大气水汽分子吸收系数廓线测量方法 |
CN106814371A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-06-09 | 武汉大学 | 一种测量大气温度和水汽以及气溶胶的激光雷达系统 |
CN210038203U (zh) * | 2019-05-09 | 2020-02-07 | 北方环保有限公司 | 一种风光互补远程雨量蒸发量监测装置 |
CN211856952U (zh) * | 2020-05-26 | 2020-11-03 | 江西省大气探测技术中心 | 一种新型自动气象站故障智能诊断装置 |
CN111638566A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-08 | 国家海洋技术中心 | 一种基于空中系留平台的海洋蒸发波导探测系统 |
CN112711899A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-04-27 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种蒸发波导高度的融合预测方法 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
A. POULIOT: "Auto-locking Waveguide Amplifier System for Lidar and Magnetometric Applications", HIGH-POWER DIODE LASER TECHNOLOGY, 31 December 2018 (2018-12-31), pages 1 - 8 * |
严豪健 等: "现代大气折射引论", 31 January 2006, 上海科技教育出版社, pages: 132 - 137 * |
成印河;钟权加;周生启;: "南海局地海域一次低空大气波导过程分析", 广东海洋大学学报, no. 06, 15 December 2012 (2012-12-15), pages 81 - 86 * |
王敏;胡顺星;苏嘉;赵培涛;汪少林;谢军;曹开法;方欣;: "纯转动拉曼激光雷达反演低层大气折射率廓线", 中国激光, no. 12, 10 December 2008 (2008-12-10), pages 1986 - 1991 * |
郭谊;王江安;李恪;: "激光探测海上蒸发波导特性的研究", 激光与红外, no. 11, 20 November 2007 (2007-11-20), pages 1141 - 1143 * |
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Publication number | Publication date |
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