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专利号: 2025105450192
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于临近空间探测的全静态干涉测风仪,其特征在于:包括迈克尔逊式干涉仪,所述迈克尔逊式干涉仪包括内部设有半反半透膜的实体分光棱镜,所述实体分光棱镜相对出射端间隔空气隙后设有环形分区镀膜反射镜,所述环形分区镀膜反射镜由四层及以上厚度相同的圆形反射膜系同轴叠加设置于玻璃基底上形成,各层圆形反射膜系面积随叠加方向依次减小,各层圆形反射膜系形成的反射面的面积相等;实体分光棱镜相对入射端胶合有高折射率玻璃臂,高折射率玻璃臂远离实体分光棱镜一端设有平面反射镀膜;

所述迈克尔逊式干涉仪的入射端沿光线入射方向依次同轴设有前置圆锥反射镜、高折射率光学窗口、视场光阑a、大口径双胶合透镜、圆锥棱镜和视场光阑b;

所述迈克尔逊式干涉仪的出射端沿光线出射方向依次设有窄带干涉滤光片和成像相机;

临近空间气辉层的光线,经过前置圆锥反射镜、高折射率光学窗口、视场光阑a、大口径双胶合透镜、圆锥棱镜和视场光阑b后形成环状平行光入射到迈克尔逊式干涉仪,迈克尔逊式干涉仪将环状平行光分成两组相干光束,两组相干光束入射到成像相机,形成用于反演矢量风的圆形图像。

2.根据权利要求1所述用于临近空间探测的全静态干涉测风仪,其特征在于:所述前置圆锥反射镜尖端与高折射率光学窗口紧贴,视场光阑a位于前置圆锥反射镜反射光线的相交处,视场光阑a与大口径双胶合透镜的距离为大口径双胶合透镜的一倍焦距,圆锥棱镜与大口径双胶合透镜紧贴设置,圆锥棱镜到平面反射镀膜的距离不超过大口径双胶合透镜的一倍焦距。

3.根据权利要求2所述用于临近空间探测的全静态干涉测风仪,其特征在于:所述圆形反射膜系的厚度为λ/4,λ为光线波长,所述环形分区镀膜反射镜靠近实体分光棱镜一端的中心设有微型光陷阱,所述微型光陷阱的面积为最小圆形反射膜系面积的1/10。

4.根据权利要求3所述用于临近空间探测的全静态干涉测风仪,其特征在于:所述前置圆锥反射镜由玻璃材质磨制而成,表面精度不低于λ/4,前置圆锥反射镜镀有反射膜系,且锥角为7.5°22.5°。

~

5.根据权利要求4所述用于临近空间探测的全静态干涉测风仪,其特征在于:所述高折射率玻璃臂采用掺入稀土元素的玻璃,折射率为1.9 2.2,所述半反半透膜的透射、反射比~率为1:1。

6.根据权利要求1至5之一所述用于临近空间探测的全静态干涉测风仪,其特征在于:所述窄带干涉滤光片和成像相机之间设有与光线方向成45°角设置的平面反射镜。

7.根据权利要求6所述用于临近空间探测的全静态干涉测风仪,其特征在于:所述成像相机包括依次同轴设置的成像镜头和科学级深度制冷相机,科学级深度制冷相机内部设有CCD传感器芯片,且CCD传感器芯片位于成像镜头的焦平面上。

8.根据权利要求7所述用于临近空间探测的全静态干涉测风仪,其特征在于:还包括环绕前置圆锥反射镜底部设置的石英玻璃镜筒、与石英玻璃镜筒连接的遮光镜筒a、用于放置迈克尔逊式干涉仪的干涉仪固定腔体、用于放置窄带干涉滤光片的电动滤光轮、用于放置平面反射镜的遮光镜筒b以及设置于成像镜头外的遮光镜筒c;

所述遮光镜筒a设置于干涉仪固定腔体的入射端,且高折射率光学窗口、视场光阑a、大口径双胶合透镜、圆锥棱镜和视场光阑b沿光线入射方向依次同轴设置于遮光镜筒a上;所述电动滤光轮的两个出口分别连接干涉仪固定腔体的出射端和遮光镜筒b,所述遮光镜筒c与遮光镜筒b连接。

9.根据权利要求8所述用于临近空间探测的全静态干涉测风仪,其特征在于:还包括仪器外壳,所述前置圆锥反射镜和石英玻璃镜筒穿过仪器外壳的顶盖位于仪器外壳顶盖上方,其余元件位于仪器外壳内部;

所述仪器外壳内壁贴有隔热层,仪器外壳侧板上方设有TEC半导体空调,仪器外壳顶盖内壁固定有电子罗盘指南针。

10.一种矢量风场反演方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1、进行包括有效信号阈值定标、暗噪声图像定标、平场图像定标、实时图像大气背景辐射定标、图像中心位置定标和分布边缘像素值定标的多参数的标定;

步骤2、采用权利要求9所述干涉测风仪进行一次观测得到圆形图像;

步骤3、借助有效信号阈值定标去除圆形图像中的宇宙射线;借助暗噪声图像定标去除圆形图像中的暗电流信号;借助平常图像定标去除圆形图像边缘的渐晕效应;借助实时图像大气背景辐射定标剔除杂散信号噪声;基于图像中心位置定标和分布边缘像素值定标,将处理后的圆形图像进行8个或16个罗盘扇形分区处理;

步骤4、计算各罗盘扇形分区内4个等面积区域的平均强度;

步骤5、利用四强度法计算出各罗盘扇形分区内的径向风速;

步骤6、以正北、正东为x轴、y轴正方向建立坐标系,令第i个罗盘方向测得的径向风速为Vi,将该径向风速投影至x轴和y轴上,获取分量Vix和Viy,如下式所示:;

其中,βi为第i个罗盘方向与x轴的夹角,然后对所有罗盘方向的Vix和Viy求算术平均,得到下式:;

对 和 作下式的处理,得到最终的风速V和风向β,从而得到本次观测的矢量风;