[发明专利]一种基于梯形镜片的多指定高度CCD成像系统及方法

说明书

本发明涉及大气光学探测和光学成像领域，尤其涉及一种基于梯形镜片的多指定高度CCD成像系统及方法，系统包括激光发射器和接收装置，所述接收装置包括接收望远镜和CCD相机，所述接收望远镜包括梯形镜片；所述激光发射器发出的激光经过所述梯形镜片反射，反射光被所述CCD相机的探测端捕捉；所述梯形镜片由n片反射面镀有高反膜的矩形镜片组成，所述矩形镜片呈阶梯状设置，其中n大于或等于2。该发明解决了原先的DCIM探测方案中为了使得CCD探测面与对于高度形成的焦平面相重合，需要对CCD的探测面进行特定角度的倾斜放置时，角度精度难以准确保证的问题。

技术领域

本发明属于大气光学探测和光学成像领域，尤其涉及一种基于梯形镜片的多指定高度CCD成像系统及方法。

背景技术

激光在大气中传输中，在其传输路径上受大气湍流影响会发生随机起伏，会对光束产生闪烁、能量重分布、随机漂移等现象。大气相干长度的大小可以反应激光在传输路径上的传输过程中受到大气湍流影响的强弱，对激光大气传输研究有重要意义。

激光雷达等设备对大气相干长度进行实时测量是较为直接与方便的设备，激光雷达测量可对不同路径进行测量，并且受天气状况的影响较小，代表的有差分像移激光雷达(DIM)、差分光柱像运动激光雷达法(DCIM)等设备。DIM方法克服了仪器抖动对大气相干长度测量的干扰，但DIM雷达分时测量大气相干长度时易受地面湍流的扰动。DCIM雷达在DIM雷达的基础上改进而来，克服了DIM雷达的不足，能够同时获得一定高度范围内的大气相干长度信息，其工作方式发射激光器发射脉冲光，通过探测器的门控功能来确定DCIM雷达的起始探测高度，由于起始探测高度在焦平面成像时有锐利边缘，再根据此锐利边缘来标定信标高度与信标成像的位置关系，以确定其他成像点所对应的探测高度，以此获得大气相干长度数据。这种探测方法只适用于脉冲光，且探测器的门控存在误差的可能，如何确定连续激光的测量高度仍然是一个难题。

发明内容

为了解决原先的DCIM探测方案中，CCD的探测面倾斜放置时的角度精度难以准确保证，以及使用连续光时探测高度如何确定的问题，为此，本发明提供一种基于梯形镜片的多指定高度CCD成像系统及方法。本发明采用以下技术方案：

一种基于梯形镜片的多指定高度CCD成像系统，包括激光发射器和接收装置，所述接收装置包括接收望远镜和CCD相机，所述接收望远镜包括梯形镜片；

所述激光发射器发出的激光,在大气中传输产生的散射光接收后，经过所述梯形镜片反射，反射光被所述CCD相机的探测端捕捉；

所述梯形镜片由n片反射面镀有高反膜的矩形镜片组成，所述矩形镜片呈阶梯状设置，其中n大于或等于2。

使用上述一种基于梯形镜片的多指定高度CCD成像系统的方法，所述矩形镜片呈阶梯状设置，所述镜片的摆放相对高度与所成角度经预先计算，预先计算的步骤如下：

S1：预先确定成像点的数量和每个成像点相对于发射位置的相对高度；

S2：根据每个高度点的物象关系式，确定每个成像点处成像的实际像距；

S3：根据各个成像点的实际像距，计算确定梯形镜片的相对高度和角度，从而对不同高度的成像点的成像距离差做出补偿。

本发明的优点在于：

(1)解决了原先的DCIM探测方案中，为了使得CCD探测面与对于高度形成的焦平面相重合，需要对CCD的探测面进行特定角度的倾斜放置时，角度精度难以准确保证的问题。

(2)本发明解决了原先的DCIM探测方案中，由于缺乏对连续光的成像高度的分辨能力，只能使用脉冲光再结合探测器门控功能进行探测的问题，实现了对连续光探测高度的确定。

(3)本发明可实现对多个指定高度的同时探测，对实时分析大气湍流作用有着重要意义。