[发明专利]大气激光掩星信号生成与探测设备

说明书

大气激光掩星信号生成与探测设备，属于大气遥感测量技术领域，为解决现有掩星信号生成系统无法测量特征气体成分和浓度问题，包括频率与功率稳定电路、量子阱激光器阵列、光束耦合器、光纤隔离器、功率放大器、光学发射天线、第一滤光片、第一准直镜、第一二维振镜、第二滤光片、第一耦合透镜、第一信标光激光器、第二耦合透镜、第一成像相机、光学接收天线、第三滤光片、第二准直镜、第二二维振镜、第四滤光片、第三耦合透镜、第二信标光激光器、第四耦合透镜、第二成像相机、第三准直镜、柱面镜、衍射光栅、成像反射镜、成像CCD、信号处理电路和数据反演模块；该设备在大气化学、全球气候变化、军事战场飞行器监视等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种激光掩星信号生成与探测设备，具体涉及一种测量温度场、风场、特征气体成分浓度的大气激光掩星探测设备，属于大气遥感测量技术领域。

背景技术

掩星技术是众多大气遥感测量方法之一，对大气化学和全球气候变化监测具有重要价值。现有的掩星技术是以无线电信号为载体，具体工作过程为当无线电信号穿过行星大气层时，由于折射率梯度的存在，电波信号会弯曲.利用这种弯曲信息，可以反演大气折射率，并在一定的近似条件下可以进一步反演对应的大气物理参量包括密度、温度、水汽等。相比于传统的探空气球和探空火箭，无线电掩星技术具有区域、高测量范围广、测量精度高等优点。不过由于无线电信号在电磁波谱中波长较长，测量精度受限，且无法测量温室气体如甲烷、二氧化碳等的成分和浓度。而激光掩星技术以激光为载体，能较好的弥补无线电掩星技术的缺点，具有较好的测量精度，同时激光信号覆盖温室气体的吸收峰，可以较好测量温室气体的成分和浓度。所以大气激光掩星技术是未来掩星技术的发展趋势之一。

中国专利“一种单载体多天线掩星信号生成系统”，公开号为CN103675845A，专利提出了单载体多天线掩星信号生成系统，具体包括直达星-掩星数据实时生成单元和直达星-掩星实时承担单元。发明能够仿真处导航定位信号、电离层掩星信号和中性大气掩星信号，实现了对单载体多天线掩星信号的真实生成，并可以组成掩星信号源仿真网络进行多颗星掩星信号仿真模拟。该专利掩星信号为无线电信号，无法测量大气特征气体的成分和浓度。无线电信号与激光掩星信号产生和探测有较大区别。国外仅是报道了激光掩星地面实验结果和部分反演算法，没见有探测设备的具体设计，国内大气激光掩星技术未见报道。

发明内容

本发明为解决现有掩星信号生成系统掩星信号为无线电信号，无法测量大气特征气体的成分和浓度的问题，提出一种大气激光掩星信号生成与探测设备。

本发明采取以下技术方案：

大气激光掩星信号生成与探测设备，其特征是，频率与功率稳定电路与量子阱激光器阵列电路连接；量子阱激光器阵列、光束耦合器、光纤隔离器和功率放大器依次光纤连接；功率放大器的输出光纤位于光学发射天线的焦点位置；第一滤光片位于功率放大器和光学发射天线光路之间，并与光轴成45°夹角放置；第一准直镜与第一滤光片反射光路对准；第一二维振镜与第一准直镜的光轴成135°夹角放置，第二滤光片与第一二维振镜平行放置，第一耦合透镜与第二滤光片透射光路对准，第一信标光激光器输出端口位于第一耦合透镜的焦点处；第二耦合透镜与第二滤光片反射光路对准，第一成像相机靶面位于第二耦合透镜的焦点处；光学接收天线和第三准直镜组合形成无焦系统；第三滤光片位于光学接收天线和第三准直镜之间，且与光轴成135°夹角放置；第二准直镜与第三滤光片的反射光路对准；第二二维振镜与第二准直镜的光轴成45°夹角放置，第四滤光片与第二二维振镜平行放置，第三耦合透镜与第四滤光片透射光路对准，第二信标光激光器输出端口位于第三耦合透镜的焦点处；第四耦合透镜与第四滤光片反射光路对准，第二成像相机靶面位于第四耦合透镜的焦点处；第三准直镜、柱面镜与衍射光栅同轴设置，衍射光栅倾斜放置；成像反射镜接收衍射光栅的衍射光；成像CCD位于成像反射镜的焦点处；成像CCD、信号处理电路和数据反演模块依次电路连接。