[发明专利]一种多功能大气流场二维成像探测装置及探测方法

权利要求书

1.一种多功能大气流场二维成像探测装置，其特征在于，如图3，包括摄像机(1)、镜头(2)、光学调整架(10)、激光器(11)、倾斜反射镜(12)、光学平板(6)、二维旋转升降台(7)、移动基座(8)、计算机数据采集与处理系统(9)、照明光源(3)和背景幕(402)；

所述二维旋转升降台(7)设置于所述移动基座(8)之上；所述光学平板(6)位于所述二维旋转升降台(7)的台面上；

所述光学调整架(10)、激光器(11)和倾斜反射镜(12)均位于所述光学平板(6)上，且所述光学调整架(10)、激光器(11)和倾斜反射镜(12)依次设置；

所述摄像机(1)和镜头(2)均位于所述光学调整架(10)上。

2.根据权利要求1所述的多功能大气流场二维成像探测装置，其特征在于，所述摄像机(1)为数字CCD摄像机。

3.根据权利要求1所述的多功能大气流场二维成像探测装置，其特征在于，所述镜头(2)采用变焦镜头。

4.根据权利要求1所述的多功能大气流场二维成像探测装置，其特征在于，所述激光器(11)为可调节发散角的可见光激光器。

5.根据权利要求1所述的多功能大气流场二维成像探测装置，其特征在于，所述移动基座(8)包括底板(81)和多个支脚(82)，所述每个支脚包括一个支脚高度调整装置(83)；

所述支脚高度调整装置(83)沿着所述底板(81)的厚度方向穿过所述底板(81)，所述支脚(82)位于所述支脚高度调整装置(83)的下端部。

6.根据权利要求1、2、3、4和5所述的多功能大气流场二维成像探测装置，其特征在于，所述二维旋转升降台(7)包括多个支柱(71)，所述支柱(71)设置于所述移动基座(8)上；

所述多个支柱(71)的顶端设置有第一顶板(72)；所述第一顶板(72)之上设置有多个精密导轨(73)；

所述多个精密导轨(73)的顶端设置有第二顶板(75)，所述第二顶板(75)之上设置有俯仰角调整装置(76)、俯仰角锁紧装置(77)和方位角调整装置(78)；

所述俯仰角锁紧装置(77)的顶端设置有用于安装所述光学平板(6)的安装板(79)，所述光学平板(6)设置于所述安装板(79)之上。

7.一种多功能大气流场二维成像探测方法，其特征在于，采用激光阴影法测量大气光学湍流参数的过程包括如下步骤：

步骤1：移动移动基座(8)并固定，调整旋转升降台(7)；打开计算机数据采集与处理系统和激光器；

步骤2：激光器发出的圆形高斯光束经过大气湍流场后到达背景幕，经背景幕上的微晶棱镜反光膜反射后返回发射端，被摄像机(1)探测到并转换为数字图像信号；

步骤3：统计激光光斑的能量分布，获得光斑质心位置(x_c,y_c)；

步骤4：计算质心像元上的光强I(x_c,y_c)的归一化起伏方差并将该起伏方差作为闪烁指数输出；

步骤5：以质心为圆心，计算若干不同直径D的圆域内的光强均值的闪烁指数采用多项式拟合法得出孔径平均因子A和理想点的闪烁指数

步骤6：根据湍流强度点闪烁指数路径距离L之间的函数关系式，计算得出光学湍流强度

步骤7：根据平均因子A、湍流内尺度l₀和直径D间的函数关系式，计算得出湍流内尺度l₀。

8.一种多功能大气流场二维成像探测方法，其特征在于，采用激光阴影法测量大气透过率的过程包括如下步骤：

步骤S1：移动移动基座(8)并固定，调整旋转升降台(7)；打开计算机数据采集与处理系统和激光器；

步骤S2：利用积分球对CCD相机进行绝对辐射定标，得出定标系数_η＝E/DN；其中E为激光能量，DN为图像灰度值；

步骤S3：利用光功率计测出初始激光束的能量E₁；

步骤S4：根据定标系数，计算出CCD摄像机在靶面上探测到的激光能量

步骤S5：将能量E₂和能量E₁相除，再除以光学系统本身的透过率T_o，即得到单程传输的大气透过率T_a。