单基线双光路透射表

【摘要】：由于透射表的光发射强度稳定性和窗口污染都将直接影响能见度探测和反演的精度,而且这两个影响精度的主要问题都很难与能见度的实时变化区分开来,特别是在气象光学视程(MOR)大于5000m的“高端”能见度情况下,若光发射或窗口污染引入5‰的误差,将引起能见度反演计算近20%的误差,这超出了WMO关于MOR测量精度的要求。因此,如何最大限度地稳定光发射强度和消除系统窗口污染的影响是实现透射表实用技术最为关键和必须解决的问题。本文介绍了一种全新的“单基线双光路透射表”及其探测方法,该方法的特点是:将光发射和接收并为一端,另一端为光学角反射器,同时在发射和接收端配置了一个相同的光学角反射器来形成“0”基线的参考光路,这样就形成了一个具有相同窗口透过路径的参考和探测双光路系统。虽然整体上“疑似”单基线,但却是一种可以提高透射表探测精度、克服光学窗口污染的双光路探测方法和系统。该探测方法通过参考光路与探测光路光信号参量进行“准实时”比较,最大限度地消除了两个光路共同的光强度和污染参量,基本实现了系统对发射光强和污染的影响不敏感,极大地提高了系统的探测精度,这是任何单光路或者经典三端双光路系统所不能比拟的。虽然这种双光路探测方法对发射光强的波动不敏感,但是鉴于半导体激光辐射强度随温度的漂移较大,为了获得高质量、高稳定度的探测光束,本系统采用了辐射波长为650nm的半导体激光器,配合精密的准直光学系统和恒能量控制电路系统,使其激光束散角控制在1mrad之内,在-40～+50℃环境温度下,保证其辐射光强稳定在2‰之内。为了给出跑道视程(RVR)和灯光能见度,一般的透射表系统还要附加一个高精度的背景照度表,本系统采用探测激光间歇发射的方法,在不发射激光的暂短时间内,同一探测模拟处理系统转为探测背景照度。另外,该模拟信号处理系统与三端双光路系统最大的区别在于:本方法的参考光路和探测光路共用一个模拟信号处理系统,完全消除了三端双光路系统分别使用两个独立模拟信号处理系统带来的不一致性误差。本文同时也给出了该探测方法和系统实用的校准方案。