[发明专利]一种能够实现湍流廓线激光雷达像面温漂补偿的装置

说明书

技术领域

本发明属于大气湍流激光雷达测量领域，具体涉及一种用于补偿因温度变化造成湍流廓线激光雷达成像面位置发生改变的装置。

背景技术

大气湍流廓线激光雷达是一种利用主动探测的方式来测量垂直路径不同高度大气折射率结构常数的设备。该设备分为激光发射和后向散射光信号接收2个单元。测量时，激光发射单元将经过扩束后的激光束垂直射向天空，对旁轴系统而言，接收单元在发射单元旁以一定的角度和距离放置以接收高空的后向散射光信号。由于高空后向散射光比较弱，接收单元一般采用大口径的卡塞格林望远镜进行接收，望远镜的后端安装ICCD（或EMCCD）相机实现对光信号的成像测量。

用于接收的卡塞格林望远镜的光学结构如图1所示，一般由施密特校正板、抛物面的主镜和双曲面的次镜构成，为望远镜的接收像面，镜筒采用铝合金材料加工而成。当进行昼夜观测时，由于铝合金材料的热特性，较大的温差会造成主次镜相对位置变化，进而接收面的位置会出现向前或向后的漂移，若不进行补偿，成像面接收到的光斑将会是离焦图像，这会给测量引入较大的误差。通常的补偿方法是：当发现由于温度的影响造成成像面漂移时，人为的向前或向后调节像面的位置(即向前或向后移动CCD)，直至系统能够成完善像为止。但是湍流廓线激光雷达所用的弱光成像探测器ICCD或EMCCD体积和重量较大，为保证系统的刚性，探测器一般采用固定安装的方式，不适宜经常性的前后移动，否则会对系统的测量带来一定的影响。

因此，本发明设计了一种自动光学调节装置，在保证系统焦距及成像面位置不变的情况下通过光学手段对成像面的温度漂移进行自补偿，以消除环境温度变化对湍流廓线测量结果的影响。

发明内容

本发明针对的大气湍流廓线激光雷达的望远镜接收系统使用卡塞格林望远镜时面临的温度变化造成主次镜相对位置变化进而造成望远镜系统成像面漂移，影响成像探测系统的接收的成像质量问题，提出一种安装在卡塞格林望远镜成像面上的自适应光学补偿装置，实现了因温度变化引起的成像漂移的像面自动调整，保证当温度变化造成接收望远镜主次镜相对位置有微小变化时CCD接收像面的位置保持不变。

本发明采用的技术方案如下：

一种能够实现湍流廓线激光雷达像面温漂补偿的装置，包括望远镜系统，所述望远镜系统包括前端主镜筒和后端支架，其特征在于：所述主镜筒后端设有温漂补偿装置，所述温漂补偿装置位于望远镜成像系统的焦面前方，所述支架上设有接收探测装置，所述接收探测装置设望远镜成像系统的焦面上，所述温漂补偿装置包括可滑动调节镜筒，沿着望远镜系统主轴方向，所述可滑动调节镜筒的一端设正透镜，另一端设负透镜，所述正透镜和负透镜相对设置，其间距50mm；所述接收探测装置包括直角棱形分光镜，所述直角棱形分光镜设置在望远镜成像系统的焦点上，所述直角棱形分光镜将光路分为焦面上垂直主轴的探测光路，还包括依次设置在探测光路上的窄带滤光片以及接收相机。

所述正透镜和负透镜均为球面镜，每面透镜均双面镀透过率超过99.9%增透膜。

所述可滑动调节镜筒两端内部开设有盛放正透镜和负透镜的凹槽，所述正透镜和负透镜通过压圈紧固在凹槽内。

所述可滑动调节镜筒在电机控制下可以位置微调。

所述接收相机为ICCD相机和EMCCD相机。

所述的望远镜系统为卡塞格林望远镜接收系统，所述卡塞格林望远镜前端设有望远镜主镜筒，后端设有支架，所述望远镜主镜筒内安装有抛物面主镜和双曲面次镜，主镜前端安装有施密特校正板。所述的望远镜系统为卡塞格林望远镜接收系统，所述卡塞格林望远镜前端设有望远镜主镜筒，后端设有支架，所述望远镜主镜筒内安装有抛物面主镜和双曲面次镜，主镜前端安装有施密特校正板。

本发明的有益效果体现在：

本发明采用了两片对称式正透镜和负透镜组成完整的温漂补偿装置克服大气湍流廓线激光雷达的望远镜接收系统使用卡塞格林望远镜时面临的温度变化造成主次镜相对位置变化进而造成望远镜系统成像面漂移，影响成像探测系统的接收的成像质量问题；由于采用两面焦距相等的正、负透镜构成了一个放大倍率为1的子系统，使得该光学系统插入原有测量系统后不改变原有系统的焦距等光学参数，且可校正系统的固有球差；同时，达到通过电动控制补偿镜组的微调实现像面温漂的自补偿。

附图说明

图1 本发明的整体解结构示意图；

图 2 为本发明的温漂补偿装置光学结构示意图。

具体实施方式