一种激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统及方法

本发明属于定向能武器技术与战场效果评估的，具体公开了一种激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统及方法。

背景技术：

1、低慢小目标通常是指飞行高度低、飞行速度慢、雷达反射截面积小的空中目标，典型包括小型无人机、微小型飞行器、巡飞弹以及低空慢速侦察平台等。随着无人化装备和小型飞行器的广泛应用，低慢小目标在战场侦察、通信中继、精确打击和近距离袭扰等场景中出现频率不断增加，对要地防护、阵地安全和低空防御体系提出了新的挑战。

2、高能激光武器具有作用速度快、指向精度高、毁伤方式灵活和单次拦截成本较低等特点，已成为低慢小目标反制的重要技术途径之一。在对低慢小目标进行激光拦截或压制时，激光束通常需要穿过近地低空大气环境后作用于目标表面，而近地低空环境中的温度、湿度、气溶胶微粒、烟尘、雾霾等因素会对激光传输产生显著影响，进而引起激光吸收、散射、衍射和光束畸变等现象，导致激光能量衰减、光斑形貌变化、光束漂移以及光束质量下降，最终影响对低慢小目标的探测、跟踪、照射和毁伤效果。

3、因此，针对低慢小目标激光反制应用场景，开展复杂环境下激光传输特性测试尤为重要。特别是在温度、湿度和气溶胶微粒共同作用的动态流场介质条件下，实时获取激光能量衰减参数和光束质量变化参数，能够为激光武器作用距离评估、毁伤阈值分析、打击窗口确定以及战场效果评估提供实验依据。

4、现有实验系统多针对单一环境因素进行测试，难以同时模拟温度、湿度及气溶胶微粒等多种因素耦合作用下的动态流场环境，且对于激光穿过动态介质后的能量衰减和光束质量变化缺乏实时、连续的测量手段，因此难以满足复杂环境下激光传输规律研究的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提出一种激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统及方法，能够在光路通道内构建温度、湿度及微粒浓度可调的动态流场介质，并对激光穿过该动态流场介质后的能量衰减及光束质量变化进行实时测量。

2、本发明提供一种激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，包括激光发射端、环境模拟通道和激光参数探测端；激光发射端包括激光头，激光头用于向环境模拟通道发射测试激光束；环境模拟通道上设置有气溶胶发生器、测温计、湿度计、加热系统和湿度发生器，气溶胶发生器用于向环境模拟通道内输入气溶胶介质，加热系统用于调节环境模拟通道内的温度环境，湿度发生器用于向环境模拟通道内输入湿度介质，气溶胶发生器、加热系统与湿度发生器相配合在环境模拟通道内构建多因素耦合的动态流场介质，测温计用于实时检测环境模拟通道内的温度参数，湿度计用于实时检测环境模拟通道内的湿度参数；激光参数探测端用于实时获取测试激光束穿过动态流场介质后的激光参数。

3、上述激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统中，激光发射端还包括位移平台和支架，激光头安装在位移平台上，位移平台设置在支架上，位移平台用于调节测试激光束的发射位置和发射方向。

4、上述激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统中，环境模拟通道由多段光路通道依次连接组成，相邻光路通道之间通过通道接头连通，每段光路通道上均设置有气溶胶发生器、测温计、湿度计、加热系统和湿度发生器；通道接头上设置有阀门，用于控制不同光路通道之间的动态流场介质流通状态。

5、上述激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统中，测温计和湿度计插设于光路通道上并延伸至光路通道的内部。

6、上述激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统中，气溶胶发生器设置在光路通道的前端，气溶胶发生器连接有气溶胶控制装置，气溶胶发生器通过气溶胶控制装置控制气溶胶介质的输入量；湿度发生器设置在光路通道的后端，湿度发生器连接有湿度控制装置，湿度发生器通过湿度控制装置控制湿度介质的输入量。

7、上述激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统中，加热系统包括缠绕在光路通道外的加热管路。

8、上述激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统中，激光参数探测端包括光束探测衰减器和光束质量分析仪；光束探测衰减器用于对出射激光进行衰减检测，光束质量分析仪用于检测出射激光的光斑形貌和光束质量参数。

9、上述激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统中，光路通道的长度为5m，内径为100mm。

10、上述激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统中，加热系统、湿度发生器和湿度控制装置相配合，用于将光路通道内环境调节至温度10℃～50℃、相对湿度10%～90%rh。

11、本发明还提供一种激光穿过动态流场介质的参数实时测量方法，采用上述激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统进行，包括以下步骤：

12、s1，调节激光头的发射方向与环境模拟通道的轴线对准；

13、s2，启动加热系统、湿度发生器和湿度控制装置，在环境模拟通道内构建目标温湿度环境；

14、s3，启动气溶胶发生器和气溶胶控制装置，向环境模拟通道内输入气溶胶介质，形成动态流场介质；

15、s4，通过测温计和湿度计实时检测环境模拟通道内的温度参数和湿度参数，并根据检测结果对环境模拟通道内的温湿度环境进行调节；

16、s5，开启激光头，使激光束穿过环境模拟通道内的动态流场介质；

17、s6，通过光束探测衰减器和光束质量分析仪对穿过动态流场介质后的激光进行检测，获得激光能量衰减参数和光束质量参数。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

19、1、突破了单一因素测试局限，实现多因素深度耦合的动态流场模拟：本发明通过加热系统、湿度发生器与气溶胶发生器的协同控制，在同一光路通道内利用介质的持续注入与热对流效应，成功构建了温度（10℃～50℃）、湿度（10%～90%rh）和气溶胶微粒共同作用的动态流场介质，高度还原了真实战场中复杂大气的耦合干扰效应。

20、2、分段式环境控制架构，具备空间非均匀介质的模拟能力：本发明创新性地采用多段通道拼接并结合通道间阀门的设计，通过调节相邻通道间的阀门，不仅可以实现全通道的均匀介质流通，更能够隔断或独立调节不同通道段的介质浓度与温湿度，从而在实验室内模拟出真实大气中存在的“气象梯度”和“非均匀突变传输路径”，极大拓展了定向能武器传输规律的研究维度。

21、3、实现了高能激光传输效应的无损、实时、多维参数同步评估：本发明在出射端科学配置了光束探测衰减器与光束质量分析仪，既有效避免了高能激光对后级精密探测器的损伤，又能够在动态流场持续变化的过程中，实时、连续、同步地捕获激光能量衰减率与光斑形貌（如光束畸变、漂移）的演变规律，为激光武器的自适应光学补偿提供了精准的实验依据。

1.一种激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，其特征在于，包括激光发射端、环境模拟通道和激光参数探测端；

2.根据权利要求1所述的激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，其特征在于，激光发射端还包括位移平台（2）和支架（3），激光头（1）安装在位移平台（2）上，位移平台（2）设置在支架（3）上，位移平台（2）用于调节测试激光束的发射位置和发射方向。

3.根据权利要求1所述的激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，其特征在于，所述环境模拟通道由多段光路通道（5）依次连接组成，相邻光路通道（5）之间通过通道接头（11）连通，每段光路通道（5）上均设置有气溶胶发生器（4）、测温计（6）、湿度计（7）、加热系统（8）和湿度发生器（12）；

4.根据权利要求3所述的激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，其特征在于，测温计（6）和湿度计（7）插设于光路通道（5）上并延伸至光路通道（5）的内部。

5.根据权利要求4所述的激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，其特征在于，气溶胶发生器（4）设置在光路通道（5）的前端，气溶胶发生器（4）连接有气溶胶控制装置（9），气溶胶发生器（4）通过气溶胶控制装置（9）控制气溶胶介质的输入量；

6.根据权利要求5所述的激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，其特征在于，加热系统（8）包括缠绕在光路通道（5）外的加热管路。

7.根据权利要求6所述的激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，其特征在于，激光参数探测端包括光束探测衰减器（14）和光束质量分析仪（15）；

8.根据权利要求3所述的激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，其特征在于，所述光路通道（5）的长度为5m，内径为100mm。

9.根据权利要求5所述的激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统，其特征在于，加热系统（8）、湿度发生器（12）和湿度控制装置（13）相配合，用于将光路通道（5）内环境调节至温度10℃～50℃、相对湿度10%～90%rh。

10.一种激光穿过动态流场介质的参数实时测量方法，其特征在于，采用权利要求7所述的激光穿过动态流场介质的参数实时测量系统进行，包括以下步骤：