[发明专利]一种消除天光背景影响的脉冲激光信标波前探测装置及方法

权利要求书

1.一种消除天光背景影响的脉冲激光信标波前探测方法，利用消除天光背景影响的脉冲激光信标波前探测装置进行探测，该脉冲激光信标波前探测装置包括望远镜（1）、光学变倍系统（2）、光学调焦系统、视场光阑（4）、转盘式机械快门、光学滤光片（6）、微透镜组（7）、光学匹配透镜（8）、CCD相机（9）、处理机（10）、脉冲信标激光器（11）、信标激光发射控制倾斜镜（12）、以及时序同步控制模块（13）；其中，所述光学变倍系统（2）的前组物镜、后组物镜采用全透射式结构，或者反射与透射结合式结构；所述光学调焦系统由电动式调焦机构（31）和调焦控制器（32）组成，所述电动式调焦机构（31）安装于所述光学变倍系统（2）前组物镜的底部，其调焦位置受所述调焦控制器（32）控制；所述视场光阑（4）的通光孔径根据所述微透镜组（7）的子孔径视场进行精密调节；所述转盘式机械快门由盘片（51）、安装在所述盘片（51）两边的光电开关（52）、以及驱动所述盘片（51）稳定转动的控制电机（53）组成，所述盘片（51）上通光凹槽对应快门周期内的通光门宽根据脉冲激光信标工作体制设计；垂直于该探测装置的接收光轴，所述视场光阑（4）、所述盘片（51）分别沿接收光路传输正向紧密安装于所述光学变倍系统（2）前组物镜的成像焦点位置，所述视场光阑（4）的通光孔径对应几何中心、所述盘片（51）的通光凹槽对应径向中心分别与该探测装置的接收光轴相重合；垂直于装置接收光轴，所述光学变倍系统（2）后组物镜与所述微透镜组（7）之间安装有光学滤光片（6），所述光学滤光片（6）根据脉冲激光信标工作体制、工作时段设置为不同中心波长、不同通带宽度的窄带滤光片；所述微透镜组（7）能够实现对大气波前畸变像差的探测；所述信标激光发射控制倾斜镜（12）控制所述脉冲信标激光器（11）的天空发射指向，其闭环控制量通过所述处理机（10）进行设置；所述时序同步控制模块（13）接收由所述转盘式机械快门的光电开关（52）提供的同步定位基准信号，对所述脉冲信标激光器（11）的出光触发时延、所述CCD相机（9）的图像输出触发时延进行统一控制；脉冲信标激光发射方式根据不同应用需求采用旁轴发射方式，或者同轴发射方式，其特征在于：包括下列步骤：

（1）、预先根据脉冲激光信标的天空指向需求，通过处理机（10）对信标激光发射控制倾斜镜（12）的闭环控制量进行设置；

（2）、调整望远镜（1）的接收光轴、及其后端接收光路的接收光轴，以保证脉冲激光信标回光成像子光斑阵列位于CCD相机（9）的视场中心；

（3）、预先根据脉冲激光信标的工作体制，利用调焦控制器（32）对电动式调焦机构（31）的调焦距离进行自动设置，使其对应至待测脉冲激光信标高度；

（4）、转盘式机械快门的盘片（51）在控制电机（53）驱动下稳定转动，以光电开关（52）检测到相对于脉冲信标激光器发射重频二倍频的周期性开门/关门信号作为控制脉冲信标激光器（11）发射时序与CCD相机（9）图像输出时序的同步定位基准信号，并提供至时序同步控制模块（13）；

（5）、时序同步控制模块（13）将所述同步定位基准信号分成两路后，分别进行二分频与ΔT_Laser延时处理、以及ΔT_Sensor延时与反相处理，分别控制脉冲信标激光器（11）的同步发射、以及CCD相机（9）对选通高度范围脉冲激光信标回光曝光后图像的同步输出，从而实现对应单脉冲信标激光发射周期内CCD相机（9）对激光信标回光成像子光斑阵列与天光背景混合信号、以及纯天光背景信号的分时采集；其中ΔT_Laser延时即脉冲信标激光器（11）出光时刻相对于二分频同步定位基准信号开门时刻的时间延迟，ΔT_Sensor延时即对应选通高度范围脉冲激光信标回光进入CCD相机（9）曝光后图像输出时刻相对于同步定位基准信号开门时刻的时间延迟；

（6）、对应每个脉冲信标激光发射周期内，由处理机（10）将CCD相机（9）分时采集到的激光信标回光成像子光斑阵列与天光背景混合信号、纯天光背景信号进行相减处理，获取消除天光背景影响的脉冲激光信标回光成像子光斑阵列信号；

（7）、利用处理机（10）对已消除天光背景影响的脉冲激光信标回光成像子光斑阵列信号进行对应微透镜组（7）分割各子孔径内的二维平均斜率（G_X-GS, G_Y-GS）计算；

（8）、通过相应复原算法对二维平均斜率矩阵G_GS=[G_X-GS(1), G_Y-GS(1),…, G_X-GS(m),G_Y-GS(m)]^T进行波前复原，获得脉冲激光信标回光所携带的大气波前畸变信息，m为微透镜组对应的有效子孔径数。