[发明专利]适用于大口径激光闪烁仪的调制解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气探测、光电检测领域，具体是一种适用于测量大气折射率结构常数的大口径激光闪烁仪的调制解调方法。

背景技术

大气折射率结构常数C_n²是光学湍流强度的定量描述，是反映大气湍流光学特性的最重要的参数之一，大口径激光闪烁仪是一种能够在一定程度上抑制闪烁饱和效应、在更大范围内测量C_n²的光学测量仪器，基于光传输闪烁效应的孔径平均效应，利用激光点光源发射，经过大气传输后，由接收望远镜收集，根据探测到的光强起伏，计算路径平均的大气折射率结构常数。由于光传输实验需在室外进行，探测器噪声、背景辐射等噪声因素严重影响了测量精度，探索提高仪器信噪比的方法和技术对于理论和工程应用都显得非常重要。在激光大气传输的实验研究和工程应用中，常用的提高信噪比的方法有：在探测器之前使用窄带干涉滤波片，只有位于中心波长附近很小波长范围内的入射光能够通过滤波片，其他波长的光则被滤除，然而自然界中总是存在与信号光同样波长的辐射，因此对于微弱光探测，即使使用了干涉滤光片依然不能获得很高的信噪比；采用望远镜作为接收装置，在焦点附近放置探测器，一方面可以提高集光能力，另一方面利用望远镜视场相对较小的特点，仅有与光轴平行的光能够到达探测器，其余光则被镜筒内壁吸收而无法到达探测器，从而提高信噪比，但是随着接收口径的增大，信号光增强的同时，入射的背景光也增多；通过对有信号和无信号两种情况分别进行测量，在后续数据处理时，用包含信号和背景的数据扣除背景数据，仅保留信号数据，从而提高测量精度，但由于昼夜背景辐射相差很大，要求仪器有很宽的动态线性范围，增加了系统设计和数学计算的复杂性。调制解调技术是信号处理的重要方法，被广泛地应用在通信、广播、测量仪器等诸多领域中，如果在设计大口径激光闪烁仪时，除了参考上文提到的方法外，同时采用调制解调技术，通过此技术将信号与噪声分离，随后再从已经调制的信号中提取测量信号，就可以实现微弱信号的精密测量，极大的改善仪器性能，提高信噪比和测量精度。该方法同样适用于利用光电倍增管(Photomultiplier Tube，简称PMT)进行微弱信号探测的其他领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于大口径激光闪烁仪的调制解调方法，大口径激光闪烁仪是用来测量大气折射率结构常数的设备，调制解调技术的运用能够极大的改善设备的信噪比，提高测量精度。

本发明的技术方案如下：

适用于大口径激光闪烁仪的调制解调方法，其特征在于：

(1)、利用数字逻辑电路组成多谐振荡电路，输出频率和占空比可调的直流方波信号，控制半导体激光器发出载波信号f_c(t)；

(2)、载波信号在湍流大气中传输，受到湍流波动信号的调制作用，且为振幅调制模式，得到调幅波f_m(t)；

(3)、利用PMT探测器接收调幅波f_m(t)，进行光电转换后，获得包含背景的调幅信号n(t)，此信号表征光电子的数量；

(4)、PMT探测器采用阴极接地型供电电路，其电信号输出端外接电容耦合式信号输出电路，以消除慢变的背景杂散光和系统噪声的影响，避免后续信号放大器的饱和，电容耦合式信号输出电路输出不含慢变背景的电流型直流调幅信号i(t)；

(5)、调幅信号i(t)经放大器放大后为电压型直流信号u_a(t)；

(6)、直流信号u_a(t)经过电容耦合，成为正负对称的交流方波信号u_c(t)，信号幅值保持不变，信号随后进入电压跟随器，电压跟随器对信号没有影响，只进行阻抗变换，隔离前后电路；

(7)、交流方波信号u_c(t)经绝对值检波电路全波整流后为直流信号u_d(t)；

(8)、用低通滤波电路滤除方波信号u_c(t)中高频成分，最终得到反映湍流脉动信息的直流脉动信号f_t(t)。