高空大气密度在线探测及计算方法与流程

技术特征：

1.高空大气密度在线探测及计算方法，其特征在于，以连续激光为发射光源，利用摄像机接收来自大气的激光回波信号，通过对激光回波图像进行分析处理，得到大气密度信息；具体包括以下步骤：

(1)采用二极管泵浦连续激光器发射激光，激光器的前方光路上设置分光镜，分光镜的反射光路上设置功率监测仪，激光器、功率监测仪与计算机连接；

(2)激光器输出的激光束，一部分激光束透过分光镜射向大气中，一部分激光束镜反光镜反射后进入功率监测仪；

(3)射向大气中的激光束，受到大气中大气分子的作用，产生瑞利散射，瑞利散射的一部分散射光，被光学接收部分收集，光学接收部分包括有滤光片、CCD摄像机，CCD摄像机通过A/D转换器与计算机连接；

(4)通过CCD摄像机采集激光回波图像，每幅图像曝光时间一定，激光回波图像由几列光点和背景组成，几列长条光点由密到疏对应高度分布，计算机对采集得到的激光回波图像进行图像处理、平均和去噪，再进行计算分析，反演得出大气密度；

(5)数据反演方程可表示为：

E_r＝KE_lAT_atmzT_atmRn(z)σ_Raydθ/D (1)

其中，E_r为发射距离z处视场角dθ内单位象素接收能量，在光斑图像区域内假设dθ不变；

σ_Ray为所用波长的瑞利分子后项散射截面；

D为CCD与激光器的距离；

E_L曝光时间内激光脉冲总能量；

A为接收有效孔径面积；

dθ为光斑图像单位角度对应距离分辨率；

K是设备定标常数，取决于系统光学效率；

n(z)为距离z处大气分子数密度；

T_atmz为从激光器到z处的大气透过率；

T_atmR为测量点到CCD摄像机间的大气透过率；

大气密度与大气分子数密度n有如下关系：

ρ(z)＝n(z)k/R (2)

ρ(z)为z高度上的大气密度；k为波尔兹曼常数,R气体常数；

(6)最后，根据公式(1)和(2)计算得到大气密度。

2.根据权利要求1所述的高空大气密度在线探测及计算方法，其特征在于，所述激光器采用激光二极管泵浦连续激光器，波长532nm，能量2W。

3.根据权利要求1或2所述的高空大气密度在线探测及计算方法，其特征在于，所述CCD摄像机的像素单元数为1004x 1002，使用中焦距镜头，镜头口径为60mm、焦距为50mm。