一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差测风干涉仪

本发明属于干涉成像，涉及一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干测风涉仪。

背景技术：

1、大气风场影响着天气变化、各种航天器的飞行轨道参数以及导弹的精确制导等；因此，大气风场探测是研究大气科学的重要手段。自2006年起，多普勒非对称空间外差技术(doppler asymmetric spatial heterodyne,dash)被用于探测中高层大气风场，系统采用额外的偏置量增加了系统的光程差，相位灵敏度足以探测大气风场。dash干测仪主要以中高层大气中携带大气风场信息的气辉谱线作为探测源，通过目标谱线的多普勒效应，反演风场参数，最后风速通过干涉绝对相位差分获得。dash是将干涉条纹成像于探测器面上，利用干涉绝对相位差分计算风速。

2、但dash干涉仪需要成像光学系统将干涉条纹成像至探测器，并需要增加柱面镜实现光谱信息和图像信息的同时获取，用以探测不同高度的大气风场信息，这将会增加系统体积和重量，不利于搭载小型化卫星。由于环境温度变化的不确定性，温度的变化会引起相位漂移，从而引起风速测量误差。

3、中国专利公开号为“cn109324023a”，专利名称为“一种紧凑型差分干涉成像光谱仪及其成像方法”，其采用沿光路设置的望远系统、滤波片、低色散模块、高色散模块、检偏器及探测器，用于接收干涉图像并将实现光谱辐射成像，可以通过获得的光谱信息获得大气成分。该技术方案采用的低色散模块和高色散模块均采用等臂设计，使得系统光程差较小，探测相位灵敏度较低，只能实现大气成分的获取，无法进行大气风场中不同高度风速的探测，并且受环境温度变化影响较大，易造成较大的探测误差。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术存在的系统光程差较小，探测相位灵敏度较低，只能实现大气成分的获取，无法进行大气风场中不同高度风速的探测，并且受环境温度变化影响较大，易造成较大的探测误差的技术问题，提出一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干涉测风仪。

2、本发明解决技术问题的技术方案为：

3、一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干涉测风仪,其包括入口光学镜组、窄带滤波片、偏振分束棱镜一、四分之一波片一、四分之一波片二、楔形中空垫片一、楔形中空垫片二、扩视场棱镜一、扩视场棱镜二、光栅中空垫片一、光栅中空垫片二、衍射光栅一、衍射光栅二、偏振分束棱镜二、四分之一波片三、四分之一波片四、楔形中空垫片三、楔形中空垫片四、扩视场棱镜三、扩视场棱镜四、光栅中空垫片三、光栅中空垫片四、衍射光栅三、衍射光栅四、平行偏置板、检偏器和ccd探测器；

4、目标光以一定的视场角和光通量入射到入口光学镜组，经过窄带滤光片滤除非目标谱段，提高有用信息，减少干扰信号；

5、从窄带滤光片出射的目标光进入偏振分束棱镜一，经偏振分束棱镜一分为强度相同，偏振相互垂直的两束光，分别进入干涉仪两支路；其中一束平行偏振光透射通过偏振分束棱镜一，经过四分之一波片一变为圆偏振光，再经过楔形中空垫片一入射至扩视场棱镜一，经过光栅中空垫片一入射衍射光栅一，由衍射光栅一反射后，经过光栅中空垫片一、扩视场棱镜一、楔形中空垫片一，再次入射到四分之一波片一上，圆偏振光变成垂直偏振光，返回至偏振分束棱镜一上；另一束垂直偏振光经偏振分束棱镜一反射，然后经过四分之一波片二变为圆偏振光，再经过楔形中空垫片二入射至扩视场棱镜二，经过光栅中空垫片二入射衍射光栅二，由衍射光栅二反射后，经过光栅中空垫片二、扩视场棱镜二、楔形中空垫片二，再次入射到四分之一波片二上，圆偏振光变成平行偏振光，返回至偏振分束棱镜一上，两束偏振相互垂直的光再次通过偏振分束棱镜一出射；

6、偏振分束棱镜一出射的光束进入偏振分束棱镜二，其中平行偏振光透射，经过四分之一波片四变为圆偏振光，再经过楔形中空垫片四入射至扩视场棱镜四，经过光栅中空垫片四入射衍射光栅四，由衍射光栅四反射后，经光栅中空垫片四、扩视场棱镜四、楔形中空垫片四，再次入射到四分之一波片四上，圆偏振光变成垂直偏振光，经过偏振分束棱镜二出射至检偏器；另一束垂直偏振光反射，经过四分之一波片三变为圆偏振光，经过平行偏置片，楔形中空垫片三入射至扩视场棱镜三，经过光栅中空垫片三入射衍射光栅三，由衍射光栅三反射后，经过光栅中空垫片三、扩视场棱镜三、楔形中空垫片三，经过平行偏置板，再次入射到四分之一波片三上，圆偏振光变成平行偏振光，透射偏振分束棱镜二入射至检偏器；

7、经过检偏器的垂直偏振光和平行偏振光在ccd探测器上形成干涉条纹；入口光学镜组所接收到的气辉的图像信息也将同时叠加在干涉条纹上，因此该干涉测风仪可以成功获取目标气辉的干涉条纹和叠加在干涉条纹上的图像信息，由此得出不同高度的大气风场信息。

8、所述入口光学镜组、窄带滤光片、偏振分束棱镜一、四分之一波片一，楔形中空垫片一、扩视场棱镜一、光栅中空垫片一和衍射光栅一同轴放置，偏振分束棱镜一、四分之一波片一、楔形中空垫片一、扩视场棱镜一、光栅中空垫片一、衍射光栅一相互之间胶合安装。

9、所述偏振分束棱镜一、四分之一波片二，楔形中空垫片二、扩视场棱镜二、光栅中空垫片二和衍射光栅二同轴放置且胶合安装。

10、所述偏振分束棱镜一与偏振分束棱镜二同光轴放置。

11、所述偏振分束棱镜二、四分之一波片四、楔形中空垫片四、扩视场棱镜四、光栅中空垫片四、衍射光栅四同轴放置且胶合安装。

12、所述检偏器、ccd探测器、偏振分束棱镜二、四分之一波片四、平行偏置片，楔形中空垫片四、扩视场棱镜四、光栅中空垫片四和衍射光栅四同轴放置，偏振分束棱镜二、四分之一波片四、平行偏置片、楔形中空垫片四、扩视场棱镜四、光栅中空垫片四、衍射光栅四胶合安装。

13、本发明的有益效果是:

14、1.本测风干涉仪可以实现中高层大气风场信息的获取。采用平行偏置板、楔形中空垫片三和楔形中空垫片四以上三者之间的材料和厚度的组合设计，增加了系统的光程差,提高了干涉仪的相位灵敏度,可以获得大气风场的多普勒相位频移，实现大气风场的探测。

15、2.本测风干涉仪可以实现系统的轻量化和小型化，结构紧凑化。本发明采用新的结构形式替代了传统多普勒非对称空间空间外差干涉仪的成像光学系统，实现了目标气辉的光谱信息和图像信息的同时获取，可以获得不同高度的大气风场信息，易于搭载在小型化卫星上实现探测任务。

16、3.本测风干涉仪具有热稳定性，可以降低温度变化时对于风场探测精度的影响。采用平行偏置板和楔形中空垫片三、楔形中空垫片四以上三者之间的材料和厚度的组合设计,降低了温度引起的风速测量误差，可以提高大气风场的探测精度。

技术特征：

1.一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干涉测风仪，其特征是，其包括入口光学镜组(1)、窄带滤波片(2)、偏振分束棱镜一(3)、四分之一波片一(4)、四分之一波片二(5)、楔形中空垫片一(6)、楔形中空垫片二(7)、扩视场棱镜一(8)、扩视场棱镜二(9)、光栅中空垫片一(10)、光栅中空垫片二(11)、衍射光栅一(12)、衍射光栅二(13)、偏振分束棱镜二(14)、四分之一波片三(15)、四分之一波片四(16)、楔形中空垫片三(17)、楔形中空垫片四(18)、扩视场棱镜三(19)、扩视场棱镜四(20)、光栅中空垫片三(21)、光栅中空垫片四(22)、衍射光栅三(23)、衍射光栅四(24)、平行偏置板(25)、检偏器(26)和ccd探测器(27)；

2.根据权利要求1所述的一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干涉测风仪，其特征在于，所述入口光学镜组(1)、窄带滤光片(2)、偏振分束棱镜一(3)、四分之一波片一(4)，楔形中空垫片一(6)、扩视场棱镜一(8)、光栅中空垫片一(10)和衍射光栅一(12)同轴放置，偏振分束棱镜一(3)、四分之一波片一(4)，楔形中空垫片一(6)、扩视场棱镜一(8)、光栅中空垫片一(10)、衍射光栅一(12)相互之间胶合安装。

3.根据权利要求1所述的一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干涉测风仪，其特征在于，所述偏振分束棱镜一(3)、四分之一波片二(5)，楔形中空垫片二(7)、扩视场棱镜二(9)、光栅中空垫片二(11)和衍射光栅二(13)同轴放置且胶合安装。

4.根据权利要求1所述的一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干涉测风仪，其特征在于，所述偏振分束棱镜一(3)与偏振分束棱镜二(14)同光轴放置。

5.根据权利要求1所述的一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干涉测风仪，其特征在于，所述偏振分束棱镜二(14)、四分之一波片四(16)、楔形中空垫片四(18)、扩视场棱镜四(20)、光栅中空垫片四(22)、衍射光栅四(24)同轴放置且胶合安装。

6.根据权利要求1所述的一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干涉测风仪，其特征在于，所述检偏器(26)、ccd探测器(27)、偏振分束棱镜二(14)、四分之一波片四(15)、平行偏置片(25)，楔形中空垫片四(17)、扩视场棱镜四(19)、光栅中空垫片四(21)和衍射光栅四(23)同轴放置，偏振分束棱镜二(14)、四分之一波片四(15)、平行偏置片(25)、楔形中空垫片四(17)、扩视场棱镜四(19)、光栅中空垫片四(21)、衍射光栅四(23)胶合安装。

技术总结
一种热稳定的实条纹多普勒非对称空间外差干测风涉仪，属于干涉成像技术领域，为了解决现有技术存在易造成较大的探测误差的问题，其包括入口光学镜组、窄带滤波片、偏振分束棱镜一、四分之一波片一、四分之一波片二、楔形中空垫片一、楔形中空垫片二、扩视场棱镜一、扩视场棱镜二、光栅中空垫片一、光栅中空垫片二、衍射光栅一、衍射光栅二、偏振分束棱镜二、四分之一波片三、四分之一波片四、楔形中空垫片三、楔形中空垫片四、扩视场棱镜三、扩视场棱镜四、光栅中空垫片三、光栅中空垫片四、衍射光栅三、衍射光栅四、平行偏置板、检偏器和CCD探测器；本测风干涉仪具有热稳定性，降低了温度引起的风速测量误差，可以提高大气风场的探测精度。

技术研发人员：江伦,王锦疆,付芸,张晓菲,董岩,宋延嵩,李小明,李响,张家齐,安岩,张磊,高亮,董科研
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15