一種有限距離等暈角實(shí)時(shí)測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光波大氣傳輸領(lǐng)域，涉及大氣光學(xué)湍流參數(shù)的測量，具體為一種有限 距離等暈角實(shí)時(shí)測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光波在大氣中傳輸時(shí)，由于大氣光學(xué)端流（大氣折射率的隨機(jī)起伏）的影響，光波 的波面會(huì)發(fā)生畸變、強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生起伏。角度非等暈性是指有一定夾角的兩束光波面相位之 間的差異，這種相位差異是由于經(jīng)過不同的大氣湍流路徑而產(chǎn)生的。等暈角，表征角度非等 暈性的大小，在這個(gè)角度范圍內(nèi)大氣湍流造成的相位畸變可認(rèn)為基本相同，超出這個(gè)范圍， 角非等暈性誤差較大，自適應(yīng)光學(xué)校正嚴(yán)重受影響，進(jìn)而影響激光工程以及高分辨率成像。 因而等暈角對(duì)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的性能評(píng)估具有重要意義。
[0003] 等暈角Θ。的表達(dá)式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種有限距離等暈角實(shí)時(shí)測量裝置，包括接收望遠(yuǎn)鏡、光電探測器件和計(jì)算機(jī)、衰減 片、濾光片、成像透鏡，其特征在于：所述的接收望遠(yuǎn)鏡前端設(shè)有三孔面罩，所述三孔面罩上 設(shè)有三個(gè)圓形子光瞳，任意兩個(gè)圓形子光瞳上裝有分光楔鏡，所述的接收望遠(yuǎn)鏡的后方光 路上依次設(shè)有衰減片、濾光片、光學(xué)成像透鏡，所述成像透鏡的像平面上放置有光電探測器 件，所述光電探測器件的輸出端連接至計(jì)算機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有限距離等暈角實(shí)時(shí)測量裝置，其特征在于：所述三個(gè)圓形 子光瞳的直徑均為D，任意一個(gè)圓形子光瞳與另外兩個(gè)圓形子光瞳之間的中心間距為屯、 d2，其中滿足屯=1. 2D,d2= 2. 3D。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的有限距離等暈角實(shí)時(shí)測量裝置，其特征在于：所述圓形子光 瞳的直徑均D的取值范圍為[0. 8 (A丄)5,1. 2 (A丄)5]，其中A^為點(diǎn)信標(biāo)光等效波長，由 所用信標(biāo)、濾光片、光電探測器的光譜特性來確定，L為所測的湍流有限距離，即點(diǎn)信標(biāo)與接 收望遠(yuǎn)鏡之間的距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有限距離等暈角實(shí)時(shí)測量裝置，其特征在于：所述衰減片為 中性衰減片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有限距離等暈角實(shí)時(shí)測量裝置，其特征在于：所述光電探測 器為C⑶探測器。
6. -種有限距離等暈角實(shí)時(shí)測量方法，利用三個(gè)圓形子光瞳接收點(diǎn)信標(biāo)光強(qiáng)，并統(tǒng)計(jì) 間距分別為0、屯、d2的圓形子光瞳接收的相對(duì)光強(qiáng)起伏協(xié)方差CK(0)、cjcg、CK(d2)，再利 用計(jì)算公式將三個(gè)協(xié)方差轉(zhuǎn)換成等暈角，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、計(jì)算間距分別為〇、屯、d2的相對(duì)光強(qiáng)起伏協(xié)方差CK (0)、CK (屯）、CK (d2)。相對(duì)光強(qiáng) 起伏協(xié)方差CK(d)的計(jì)算方式為：
其中，〈> 代表統(tǒng)計(jì)平均，Ip12代表間距為d的兩個(gè)圓形子光瞳的光強(qiáng)灰度值； (2) 、將CK(d)轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)振幅起伏協(xié)方差Cx (d):
(3) 、將相應(yīng)的Cx (d)代入以下計(jì)算公式得出有限距離等暈角，
其中L為測量的大氣湍流有限距離，^為點(diǎn)信標(biāo)光等效波長，對(duì)于激光信標(biāo)，X^為激 光波長。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種有限距離等暈角實(shí)時(shí)測量裝置及方法，涉及光波大氣傳輸領(lǐng)域，安裝在望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)前端的三個(gè)圓形子光瞳（設(shè)置在一個(gè)三孔面罩上）接收點(diǎn)信標(biāo)光強(qiáng)，在任兩子孔上加楔鏡將入射光分成對(duì)應(yīng)于三子孔的三束光，三束光經(jīng)過一些光學(xué)元件后最終被光電探測器接收；計(jì)算機(jī)處理得到接收的光斑強(qiáng)度與質(zhì)心，統(tǒng)計(jì)三孔接收到的相對(duì)光強(qiáng)起伏協(xié)方差與兩孔的差分像運(yùn)動(dòng)方差，分別得到有限距離等暈角與球面波大氣相干長度。本發(fā)明方法簡單易行，能實(shí)時(shí)連續(xù)測量有限距離等暈角，且同時(shí)給出大氣相干長度，在自適應(yīng)光學(xué)、高分辨率成像、激光大氣傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有重要意義。
【IPC分類】G01C1-00
【公開號(hào)】CN104776825
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510033300
【發(fā)明人】于龍昆, 侯再紅, 吳毅, 秦來安, 靖旭, 何楓, 張巳龍, 譚逢富
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日