[发明专利]一种激光大气数据系统及计算方法

权利要求书

1.一种激光大气数据系统，其特征在于，包括紫外激光器、光学窗口、收发天线、接收准直组件、多通道标准具、光电探测组件和数据采集处理组件；其中：

紫外激光器，用于产生探测光和参考光；其中参考光直接输送到接收准直组件；探测光通过收发天线和光学窗口发射到外界，与飞行器外部的大气环境发生散射作用生成携带大气数据信息的散射光，散射光经光学窗口被收发天线收集后输送到接收准直组件；

接收准直组件，用于将散射光和参考光进行准直和滤波后分别输送到多通道标准具；

多通道标准具包含一个参考光通道和至少三个信号光通道；其中参考光通道用于通过准直和滤波后的参考光产生一个参考光频率点光信号；信号光通道用于通过准直和滤波后的散射光产生信号光频率点光信号；

光电探测组件包括数量大于等于多通道标准具通道数的光电探测器，用于将频率点的光信号强度转化为光强电信号，得到一个参考光强度特征点和一组由至少三个信号光强度点组成的信号光强度特征值；

数据采集处理组件，用于对信号光强度特征值进行拟合，得到散射光频谱信号；基于参考光强度特征点对散射光频谱信号进行修正，得到散射光频谱标定信号；对散射光频谱标定信号进行处理，得到大气数据并输出；

其中数据采集处理组件对信号光强度特征值进行拟合的方法包括以下子步骤：

S6-1、根据公式：

构建拟合特征矩阵F；其中第1个信号光的信号频率；为第2个信号光的信号频率；为第n个信号光的信号频率；

S6-2、根据公式：

构建信号光特征向量I；其中为第n个信号光强度特征值；为的调节系数；

S6-3、根据公式：

获取特征值向量v；其中表示矩阵的转置；

S6-4、根据公式：

获取散射光频谱信号；其中为频谱信号的曲线方程；

其中基于参考光强度特征点对散射光频谱信号进行修正的公式为：；为散射光频谱标定信号，为散射谱校准方程，为参考光特征值，为的调节系数。

2.根据权利要求1所述的激光大气数据系统，其特征在于，收发天线为旁轴收发天线，包括并排设置的发射天线和接收天线，光学窗口设置在并排设置的发射天线和接收天线前方；发射天线用于发射探测光；接收天线用于接收散射光。

3.根据权利要求1所述的激光大气数据系统，其特征在于，收发天线为同轴收发天线，光学窗口设置在同轴收发天线的前方。

4.根据权利要求1所述的激光大气数据系统，其特征在于，收发天线为棱镜扫描式收发天线，包括依次设置的卡塞格林天线、反射镜和扫描棱镜；其中，探测光从紫外激光器发射并通过反射镜将探测光反射至扫描棱镜，通过扫描棱镜将探测光折射至光学窗口；

外部反射回的散射光通过扫描棱镜折射至卡塞格林天线边缘部分，通过卡塞格林天线将散射光反射至反射镜，通过反射镜将散射光反射至卡塞格林天线中心部分并穿过卡塞格林天线。

5.根据权利要求1所述的激光大气数据系统，其特征在于，收发天线为关断式光开关的收发天线，包括第一分束器、合束器、至少三个关断式光开关、至少三个发射天线和至少三个接收天线；

第一分束器的输入端与紫外激光器的输出端相连，第一分束器的输出端分别与所有关断式光开关的输入端相连，每个关断式光开关的输出端与一个发射天线相连；

合束器的输出端与接收准直组件相连，合束器的输入端分别与每个接收天线相连。

6.根据权利要求5所述的激光大气数据系统，其特征在于，相邻两个发射天线之间的夹角均为J；相邻两个接收天线之间的夹角均为J。