專利名稱：通過編碼發(fā)送的遠(yuǎn)程吸收光譜法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遠(yuǎn)程吸收光譜法。
背景技術(shù)：
用于分析諸如C02、CH4、02等氣體的常規(guī)活性源吸收光譜法系統(tǒng)實(shí)施并置的發(fā)送器和接收器組件，并且這樣需要短路徑長度或者反射以向源位置返回發(fā)送的信號(hào)。經(jīng)過長距離，從鏡或者地面反射發(fā)送的信號(hào)以實(shí)現(xiàn)信號(hào)向搭配的接收器的返回。從這些系統(tǒng)中的懸浮成分或者粒子的散射返回引起來自反向散射輻射的附加誤差。這一誤差有效減少測量的吸收，因?yàn)榉聪蛏⑸浞祷貎H完成經(jīng)過被分析介質(zhì)的部分路徑。此外，如果所用反射體擴(kuò)散，則產(chǎn)生系統(tǒng)中的大范圍平方損耗從而阻止整個(gè)系統(tǒng)的長范圍實(shí)施。鑒于這些和其它技術(shù)的缺點(diǎn)，已經(jīng)感覺需要一種用于測量介質(zhì)或者大氣中的組份，從而忽略部分路徑散射返回并且在僅存在用于反射發(fā)送的輻射的擴(kuò)散目標(biāo)時(shí)減少發(fā)送功率損耗的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
這里描述一種可應(yīng)用于使用空間隔離和任意定位的發(fā)送器和接收器子系統(tǒng)的遠(yuǎn)程吸收光譜法的技術(shù)?？梢陨啥喙庾V電磁輻射以具有與介質(zhì)的吸收帶和線外帶二者一致的光譜內(nèi)容?？梢员热缤ㄟ^代碼集在發(fā)送之前修改輻射以限定在吸收帶中的至少一個(gè)光譜分量與線外帶中的至少一個(gè)光譜分量之間的關(guān)系。這一關(guān)系被控制成在時(shí)間上恒定并且在接收器處已知。接收器通過經(jīng)過介質(zhì)的視線傳播接受發(fā)送的輻射并且分析所接收的輻射的光譜內(nèi)容。所接收的輻射的光譜內(nèi)容從發(fā)送器限定的關(guān)系的偏離可以可歸因于介質(zhì)對(duì)吸收帶內(nèi)的光譜分量的吸收。本發(fā)明構(gòu)思的上述和更多其它特征以及優(yōu)點(diǎn)將在考慮本發(fā)明具體實(shí)施例的以下限定、描述和描述圖時(shí)變得清楚。盡管這些描述討論發(fā)明構(gòu)思的某些實(shí)施例的具體細(xì)節(jié)，但是將理解變化可以并且確實(shí)存在而且在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本公開內(nèi)容之后將是顯然的。


圖1A-1C圖示了用于體現(xiàn)本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的遠(yuǎn)程吸收光譜法的各種系統(tǒng)配置；圖2是體現(xiàn)本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的示例遠(yuǎn)程吸收光譜儀(RAS)的高級(jí)示圖；圖3A是體現(xiàn)本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的示例光學(xué)RAS發(fā)送器的示意框圖；圖3B是體現(xiàn)本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的示例光學(xué)RAS接收器的示意框圖；圖4是體現(xiàn)本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的發(fā)送過程的流程圖；以及圖5是體現(xiàn)本發(fā)明總的發(fā)明構(gòu)思的示例分析過程的流程圖。
具體實(shí)施方式
通過本發(fā)明構(gòu)思的某些實(shí)施例來最好地描述本發(fā)明構(gòu)思，這里參照附圖詳細(xì)地描述這些實(shí)施例，附圖中相似標(biāo)號(hào)全篇指代相似特征。將理解措詞“發(fā)明”在這里使用時(shí)旨在于表明下文描述的實(shí)施例的基本發(fā)明構(gòu)思而并非僅為實(shí)施例本身。還將理解總的發(fā)明構(gòu)思不限于下文描述的示例實(shí)施例并且應(yīng)當(dāng)據(jù)此解讀下文描述。此外，這里可以包含數(shù)學(xué)表達(dá)，并且由此傳達(dá)的那些原理將視為隨之透徹地加以描述。將理解當(dāng)使用數(shù)學(xué)時(shí)，這樣是為了簡潔描述解釋的基本原理，并且除非另有表達(dá)，則未暗示或者不應(yīng)推斷其它目的。根據(jù)本公開內(nèi)容整體將清楚這里的數(shù)學(xué)屬于本發(fā)明，并且當(dāng)旨在于數(shù)學(xué)表達(dá)的基本原理的實(shí)施例時(shí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)表達(dá)的原理的物理表現(xiàn)的諸多技術(shù)。在圖1A中，圖示了可以體現(xiàn)本發(fā)明的示例遠(yuǎn)程吸收光譜儀(RAS) 100。發(fā)送器110和接收器130相隔距離D，并且在發(fā)送器110與接收器130之間的體積由待分析的介質(zhì)120占據(jù)。為此，發(fā)送器110經(jīng)過介質(zhì)120向接收器130發(fā)送多光譜電磁束125，該接收器接受和分析如利用介質(zhì)120的性質(zhì)所變換的電磁束125。選擇束125的至少一個(gè)光譜帶以對(duì)應(yīng)于待測量的介質(zhì)120的組份的吸收帶?？梢赃x擇束125的其它光譜帶以與其它吸收帶一致，并且還可以使用其它光譜帶作為參考信號(hào)。發(fā)送器110可以限定和控制在束125的某些光譜成分之間的關(guān)系并且向接收器130提供這樣的關(guān)系的知識(shí)。如這里所用，術(shù)語光譜成分指代電磁輻射的組成光譜元素，并且術(shù)語光譜內(nèi)容指代輻射在其預(yù)定范圍內(nèi)的光譜構(gòu)成。因此，光譜成分分布于輻射的光譜以包括其光譜內(nèi)容。接收器130可以分析束125的接收的光譜分量并且根據(jù)發(fā)送的光譜的知識(shí)解析介質(zhì)120的吸收性質(zhì)。接收器130可以進(jìn)行某些校正以補(bǔ)償系統(tǒng)配置和這樣的配置所引起的依賴于路徑的變量。RAS100可以部署于基本上無邊界的介質(zhì)120如大氣中，并且如圖1A中所示，可以經(jīng)過視線傳播從發(fā)送器Iio向接收器130發(fā)送125。如這里所用，術(shù)語視線傳播指代在從發(fā)送器110到接收器130的方向上電磁輻射的傳播以便排除檢測和處理比如通過圖1A中所示散射122朝著發(fā)送器110傳播的電磁輻射。在這一定義之下，只要從穿越發(fā)送的束排除這樣的反射，視線傳播就不排除使用反射器。發(fā)送器110和接收器130可以任意地可定位，從而可以在部署基礎(chǔ)上變化經(jīng)過介質(zhì)120的路徑長度D。在發(fā)送器110與接收器130之間的距離D可能受系統(tǒng)配置如發(fā)送器功率和接收器靈敏度限制，但是如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀本公開內(nèi)容時(shí)將理解的那樣，可以針對(duì)范圍從數(shù)米到數(shù)百公里的距離實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在圖1B中，一個(gè)替代實(shí)施例允許發(fā)送器110經(jīng)過介質(zhì)122發(fā)送束127，其中這樣的束有足夠的寬度以在多個(gè)接收器132、134處經(jīng)過視線傳播被同時(shí)接收。電磁束127可以光譜上類似于參照?qǐng)D1A描述的電磁束、但是具有在發(fā)送器110處通過適當(dāng)波束形成技術(shù)建立的更寬束寬。在圖1C中所示又一實(shí)施方式中，發(fā)送器110可以比如由飛行器或者由衛(wèi)星經(jīng)過軌跡140運(yùn)送，并且可以在發(fā)送器110沿著軌跡140移動(dòng)時(shí)在分布式接收器136-138處通過經(jīng)過介質(zhì)124的視線傳播接收代表性地圖示為束128、128’和128”的電磁束。當(dāng)比如在圖1B和圖1C的配置中使用多個(gè)接收器時(shí)，可以用如下方式聚合在每個(gè)接收器處執(zhí)行的吸收分析，該方式提供擴(kuò)展的空間區(qū)域的吸收概況。在圖2中所示示例實(shí)施例中，RAS200包括用于發(fā)送表示為發(fā)送束240’的電磁束240的發(fā)送器210和用于接收表示為接收束240”的束240并且據(jù)此確定束240穿過的介質(zhì)的吸收性質(zhì)的接收器260。經(jīng)過輻射生成器212實(shí)施示例發(fā)送器212，該輻射生成器可以包括諸如激光器、二極管、磁控管、真空管等輻射源和諸如聚焦光學(xué)器件、調(diào)制器、濾波器、電平監(jiān)視器等輻射處理系統(tǒng)。發(fā)送器210還可以包括波束形成系統(tǒng)220，經(jīng)過該波束形成系統(tǒng)形成并且向研究的介質(zhì)遞送發(fā)送束240’。波束形成系統(tǒng)220可以包括適合于RAS200的操作電磁帶的波束形成部件，這些部件包括但不限于折射元件(比如透鏡)、反射元件(比如鏡)、輻射器(比如天線)、頻率選擇元件(比如濾波器)和可以用來以所需束圖案發(fā)送束240的其它元件。示例發(fā)送器210包括控制器218，經(jīng)過該控制器建立和控制發(fā)送束240，的光譜內(nèi)容。束240例如包括這里稱為分量242的光譜分量CaU abs)和這里稱為分量244的光譜分量Cb ( λ EEF)，其中Ca (.)和Cb (.)分別是對(duì)具有波長λ ABS和λ EEF的電磁輻射的調(diào)制編碼函數(shù)。將理解符號(hào)CxUx)攜帶有包含輻射源(如激光器)生成的光譜分量通過對(duì)λ χ應(yīng)用編碼函數(shù)(；(.)(比如通過調(diào)制)而生成的光譜分量的電磁光譜的暗示。作為參考，可以選擇波長λΑΚ以與研究的介質(zhì)的化學(xué)組份的吸收帶一致，并且可以選擇λΚΕΡ以落在線外帶中。如這里所用，線外帶是束240的電磁光譜中的排除Xabs的帶。在某些實(shí)施例中，選擇λΚΕΡ以落在其中吸收比在λΑΚ處更少的光譜區(qū)域。編碼函數(shù)CA(.)和CB(.)可以被選擇成在接收器260處區(qū)分光譜分量242、244并且可以被選擇成比如在幅度、相位等上呈現(xiàn)時(shí)間可變的狀態(tài)，從而可以按照指定標(biāo)準(zhǔn)控制束240的光譜性質(zhì)。例如CA(.)和CB(.)可以是可以標(biāo)識(shí)相應(yīng)分量242、244的不同調(diào)制頻率的獨(dú)立幅度調(diào)制函數(shù)?？梢元?dú)立變化調(diào)制函數(shù)的幅度以控制每個(gè)發(fā)送分量242、244中的光譜能量(這里分別表示為P(Xabs)和P(Xkef))。例如可以控制調(diào)制幅度使得根據(jù)例如可以是比例性的指定關(guān)系相對(duì)維持PUabs)和UKEF)。在接收器260處，在P(Xabs)與(入KEF)之間的關(guān)系在發(fā)送器210處恒定的假設(shè)之下，該關(guān)系在接收器260處的變化可以置信地歸因于介質(zhì)的吸收。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到可以在不脫離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)和預(yù)計(jì)范圍前提下與本發(fā)明結(jié)合地使用其它編碼方案。本發(fā)明的范圍旨在于涵蓋這樣的替代方案。對(duì)λ ABS和λ KEF應(yīng)用CA(.)和CB(.)可以使束240的光譜內(nèi)容的能量再分布。這樣的再分布可以在很大光譜范圍內(nèi)。例如為了測量CO2的吸收，Xabs可以是1.5711194微米，并且Xkef可以是1.57116194微米。CA(.)可以是在比如50kHz的正弦幅度調(diào)制，并且CB(.)可以是在比如53kHz的正弦幅度調(diào)制。當(dāng)向Xabs應(yīng)用CA(.)時(shí)，原先在1.5711194微米的一些能量再分布至6.0km。類似地，向Akef應(yīng)用CB(.)將原先在1.57116194微米的一些能量再分布至5.7km。接收器260可以被配置成拒絕在比如微米范圍以外的輻射并且這樣將確信不檢測公里范圍中的能量水平的改變。然而包含1.5711194-1.57116194微米的帶中的能量水平的改變可以是在接收器260處可檢測的，這樣50Hz和53kHz調(diào)制可以用來控制在那些波長中包含的能量的可檢測水平。本發(fā)明的實(shí)施例可以利用這一控制以在發(fā)送器210處維持Xabs與之間的關(guān)系并且在接收器260處檢測該關(guān)系的改變。如圖2中所示，控制器218可以生成電信號(hào)213以限定和維持在發(fā)送束240，中的分量242、244之間的關(guān)系。此外，生成器212可以向控制器218提供一個(gè)或者多個(gè)指示發(fā)送束240’的光譜內(nèi)容電信號(hào)215。根據(jù)在信號(hào)215中提供的這種指示，控制器218可以確定在分量242、244之間的指定關(guān)系是否被恰當(dāng)維持并且可以相應(yīng)地對(duì)電信號(hào)213做出適當(dāng)調(diào)整。示例接收器260包括收集器250，經(jīng)過該收集器接收束240”被接受并且提供至檢測器262。收集器250可以包括聚焦兀件，響應(yīng)于可以生成哪一個(gè)或者多個(gè)電信號(hào)263,束240”經(jīng)過這些聚焦元件聚焦至檢測器262的有源區(qū)域上。電信號(hào)263可以代表接收束240”的光譜內(nèi)容、即如束240已經(jīng)行進(jìn)穿過的介質(zhì)所變換的束240的光譜內(nèi)容。可以向分析器264提供電信號(hào)263，該分析器可以對(duì)接收束240”執(zhí)行適當(dāng)光譜分析以確定是否在發(fā)送束240’的光譜分量242、244之間的關(guān)系中攜帶其光譜內(nèi)容的偏離。如果是這樣，則如上文討論的那樣，可以報(bào)告偏離為由于介質(zhì)吸收那些光譜分量中的一個(gè)或者多個(gè)光譜分量。發(fā)送器210和接收器250可以沿著視線路徑定位，從而束240可以單向穿過檢查的介質(zhì)。也就是說，發(fā)送器210和接收器260可以定位于空間中使得在除了來自發(fā)送器210的前向方向之外的方向上來自束240的散射輻射與檢測器隔離。因此RAS200的吸收測量免于如利用常規(guī)大氣吸收光譜儀的情況那樣的受反向散射引起的噪聲污染。圖3A圖示了光學(xué)RAS300的示例發(fā)送器303，并且圖3B圖示了光學(xué)RAS300的示例接收器307。先參照?qǐng)D3A，示例發(fā)送器303包括兩個(gè)光學(xué)信道:吸收波長信道302和參考波形信道304。光學(xué)信道302、304包含相應(yīng)的光學(xué)輻射源310、320、光學(xué)調(diào)制器312、322、分束器314、424和準(zhǔn)直器316、326。吸收信道302的輸出是光譜分量集382，并且參考信道304的輸出是光譜分量集384，可以在束380中經(jīng)過共同孔徑370發(fā)送二者。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)和理解孔徑370可以不是物理光闌，并且將理解孔徑370的顯式圖示是出于描述和而非限制的目的來限定發(fā)送器303的光學(xué)邊界。輻射源310、320可以由在波長Xabs和λ KEF發(fā)射這里分別稱為激光311和激光321的相干光的相應(yīng)激光器實(shí)施。激光311、312可以根據(jù)所選代碼由光學(xué)調(diào)制器312、322調(diào)制。光學(xué)調(diào)制器312、322可以是適于對(duì)激光311、312應(yīng)用相應(yīng)代碼的在調(diào)制頻率獨(dú)立操作的光電器件?？梢匀缦挛膶⒚枋龅哪菢油ㄟ^使用分束器314、324對(duì)調(diào)制的激光313、323采樣并且提供給準(zhǔn)直器316、326。準(zhǔn)直器316、326可以由適當(dāng)?shù)氖鴶U(kuò)展器實(shí)施，調(diào)制光313、323經(jīng)過這些束擴(kuò)展器從孔徑370顯現(xiàn)為束380。將理解盡管在某些實(shí)施例中分量382、383可以在單獨(dú)束中從發(fā)送器303顯現(xiàn)，但是出于描述而非限制的目的，這里將引用這樣的分離束如同在單個(gè)束380中包含這樣的束一樣。還將理解盡管在圖3A中圖示了單獨(dú)準(zhǔn)直器316、326，但是如光學(xué)領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)的那樣可以經(jīng)過單個(gè)共同準(zhǔn)直器擴(kuò)展調(diào)制光313,323ο示例發(fā)送器303包括控制信道306，通過該控制信道建立和控制光學(xué)信道302、304的光譜內(nèi)容?？梢酝ㄟ^適當(dāng)硬件、固件和/或執(zhí)行軟件的可編程處理硬件實(shí)施并且可以通過模擬和/或數(shù)字硬件構(gòu)建控制信道306。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將在閱讀本公開內(nèi)容時(shí)容易認(rèn)識(shí)到可以用來實(shí)現(xiàn)控制信道306的許多控制方案。本發(fā)明的范圍旨在于涵蓋控制信道306的所有這樣的實(shí)施例。示例控制信道306包括編碼器340，該編碼器用于根據(jù)向編碼器提供的電信號(hào)332生成調(diào)制代碼。RAS300不限于特定調(diào)制代碼；并且可以在應(yīng)用基礎(chǔ)上例如考慮RAS300的系統(tǒng)部件的調(diào)制和檢測能力選擇代碼。編碼器340可以生成電信號(hào)342、344，通過這些電信號(hào)獨(dú)立操作調(diào)制器312、322以對(duì)每個(gè)光學(xué)信道302、304應(yīng)用調(diào)制代碼。編碼器340可以生成例如在頻率上固定的幅度調(diào)制代碼。控制信號(hào)332可以向編碼器340指示向信道302、304應(yīng)用的相應(yīng)代碼的幅度水平，從而維持在光譜分量382、384之間的關(guān)系。在某些實(shí)施例中，該關(guān)系是在分量382中的發(fā)送光學(xué)能量與分量384的發(fā)送光學(xué)能量之間的預(yù)定比值。當(dāng)這樣實(shí)現(xiàn)時(shí)，示例編碼器340修改每個(gè)光學(xué)信道302、304中的一個(gè)或者兩個(gè)代碼的幅度以便維持發(fā)送能量比值?？梢韵蛘{(diào)制器312、322提供電信號(hào)342、344，由此在每個(gè)信道302、304中產(chǎn)生調(diào)制的激光313、323。可以出于監(jiān)視和控制在光譜分量382、384之間的關(guān)系而比如經(jīng)過分束器314、324和光學(xué)檢測器350對(duì)調(diào)制光313、323采樣。光學(xué)檢測器350可以是單片光學(xué)器件，該光學(xué)器件具有在尺度上足以接收采樣束315、325的單個(gè)有源區(qū)域。在某些實(shí)施例中，可以向在采樣束315、325與檢測器350的有源區(qū)域之間的路徑中插入聚焦光學(xué)器件(未圖示)。光學(xué)檢測器350應(yīng)當(dāng)具有充分動(dòng)態(tài)范圍以便在每個(gè)光學(xué)信道302、304中的調(diào)制變化時(shí)對(duì)涵蓋λ abS和λ ref的光譜范圍的改變作出響應(yīng)。檢測器350可以生成可以向鑒別器360提供的電信號(hào)352,該電信號(hào)代表束380中的變化光譜條件。鑒別器又可以生成可以向控制器330提供的電信號(hào)334、336，這些電信號(hào)指示每個(gè)信道302、304中的變化光譜條件。示例鑒別器362包括各自根據(jù)對(duì)應(yīng)光學(xué)信道302,304的調(diào)制代碼來配置的相關(guān)器362、364?？梢酝ㄟ^調(diào)諧至對(duì)應(yīng)光學(xué)信道302、304中的調(diào)制代碼的匹配濾波器實(shí)施這樣的相關(guān)器362、364。當(dāng)這樣實(shí)現(xiàn)時(shí)，每個(gè)相關(guān)器362、364的輸出是時(shí)變電信號(hào)334、336，該電信號(hào)指示與分別在波長Xabs和發(fā)送的能量成比例的在分量382、384中發(fā)送的光譜能量。示例控制器330提供有信號(hào)334、336，由此監(jiān)視和控制在每個(gè)信道302、304中的發(fā)送能量之間的關(guān)系。例如，如果指定關(guān)系是PU J =Γ(1.ρ(λΚΕΡ)，其中P(X)是在檢測器350針對(duì)信道X測量的并且由鑒別器360提取的功率，則控制器330可以評(píng)估來自信號(hào)334、336的P( λ ABS)/P( λ KEF)以確定評(píng)估的比值與指定比值!Ttl的偏離Ar、例如Ar = (r~r0),其中r是根據(jù)信號(hào)334、336計(jì)算的比值。可`以在控制信號(hào)332中反映非零偏離Ar，編碼器340可以響應(yīng)于此對(duì)信號(hào)342、344作出適當(dāng)調(diào)整以增加和/或減少調(diào)制光束313、323中的一個(gè)或者兩個(gè)中的P ( λ ABS)和/或P ( λ EEF)。圖3B圖示了用于RAS300的示例接收器307。接收器307可以包括接收光學(xué)器件(比如望遠(yuǎn)鏡370)，通過該光學(xué)器件，如發(fā)送器303發(fā)送的并且研究的介質(zhì)所變換的束380被接受并且被聚焦到檢測器373上。檢測器373的構(gòu)造可以類似于解碼器350的構(gòu)造(如果不相同的話)，但是本發(fā)明不限于此。檢測器373可以生成電信號(hào)374，該電信號(hào)指示接收束380中的變化光譜條件?？梢韵蜩b別器375，即經(jīng)過相關(guān)器377、379提供檢測器信號(hào)374，其中鑒別器375的構(gòu)造可以類似于鑒別器360的構(gòu)造(如果不相同的話)，但是本發(fā)明不限于此。鑒別器375的輸出與每個(gè)光譜分量λΑΚ和的光譜能量成比例并且可以提供給相應(yīng)積分器388、389以增加信號(hào)391、392中的信噪比。積分器388、389的積分可以通過根據(jù)比如發(fā)送器303與接收器307之間的距離D以及介質(zhì)的組成這樣的因素通過在數(shù)秒到數(shù)十小時(shí)之間的時(shí)間段的適當(dāng)求和技術(shù)進(jìn)行。可以向接收比值處理器390提供信號(hào)391、392，由此以與控制器330執(zhí)行的評(píng)估類似的方式(如果不相同的話)評(píng)估關(guān)系reval =P(Aabs)/Ρ(λ EEF)，但是本發(fā)明不限于此。接收比值處理器390可以生成可以向吸收處理器397提供的電信號(hào)396，該電信號(hào)指示評(píng)估的比值reval。
示例吸收處理器395根據(jù)reval/r(l的評(píng)估來確定介質(zhì)在入ABS的吸收。如討論的那樣，RAS300被實(shí)現(xiàn)為精確支配束380的光譜內(nèi)容，從而λ ABS落在感興趣的吸收帶中、Akef在感興趣的吸收帶以外并且將發(fā)送比值P(Xabs)/P(Xkef)維持于a。因而介質(zhì)在Xabs無任何吸收時(shí)，本上為I。reval/r0的評(píng)估從I的偏離可以合理置信程度地歸因于介質(zhì)在Aabs的吸收。吸收處理器395可以對(duì)匕…/^應(yīng)用校正措施以考慮發(fā)送路徑的長度、經(jīng)過介質(zhì)的束380的方向、束發(fā)散、接收器數(shù)目和由此接受發(fā)送輻射的方式(諸如同時(shí)接收、時(shí)間依序等)以及其它因素?？梢栽谛盘?hào)396中向報(bào)告器397傳達(dá)補(bǔ)償?shù)膔eval/rQ的指示，該報(bào)告器可以用人類用戶可感知的方式格式化由吸收處理器460進(jìn)行的分析的結(jié)果。將理解圖3A-圖3B中所示部件的功能分離僅是出于描述而非限制的目的。許多替代系統(tǒng)配置可以實(shí)施RAS300而未脫離其精神實(shí)質(zhì)和預(yù)計(jì)范圍。圖4圖示了示例發(fā)送過程400，RAS可以通過該發(fā)送過程發(fā)送輻射用于由接收器進(jìn)行分析。在操作405中，根據(jù)向每個(gè)信道分配的代碼調(diào)制相應(yīng)信道(比如RAS300的信道302、304所示的信道)中的輻射。在操作410中比如通過提供給共同檢測器350來組合調(diào)制的輻射，并且在操作415中，比如由鑒別器360將組合輻射區(qū)分成單獨(dú)分量，例如吸收帶中的光譜分量和線外帶中的光譜分量。在操作420和425中，評(píng)估區(qū)分的光譜分量以確定在代碼限定的分量之間的關(guān)系是否在預(yù)定范圍內(nèi)。如果不是，則在操作430中比如通過增加或者減少調(diào)制幅度來調(diào)整調(diào)制以維持關(guān)系。如果該關(guān)系在操作425中確定的容限內(nèi)，則在操作435中在束中發(fā)送分量。圖5圖示了可與發(fā)送過程400 —起使用的示例分析過程500。在操作505，比如由檢測器420從發(fā)送束獲得電信號(hào)。在操作510中，比如以與過程400中的操作415的方式相似的方式區(qū)分光譜分量，并且比如由積分器430在操作515中在所選時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)信號(hào)積分。在操作520中，評(píng)估積分的光譜分量以確定偏離是否存在于由代碼限定的光譜分量之間的關(guān)系中和在接收的光譜分量之間的關(guān)系中。在操作525針對(duì)依賴于系統(tǒng)和發(fā)送路徑的變化而補(bǔ)償這樣的偏離，并且在操作530中報(bào)告校正的偏離為介質(zhì)的吸收。

上文描述旨在于舉例說明本發(fā)明構(gòu)思的可能實(shí)施方式而非限制。許多變化、修改和替代將在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本公開內(nèi)容時(shí)變得明顯。例如與示出和描述的部件等效的部件可以替換前者，可以組合單獨(dú)描述的元件和方法，并且描述為分立的元件可以分布于許多部件。因此不應(yīng)參照上文描述、而是參照所附權(quán)利要求及其完全等效范圍確定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括: 生成器，用于生成具有與介質(zhì)的吸收帶和與其線外帶一致的光譜內(nèi)容的多光譜電磁輻射； 發(fā)送器，用于修改所述生成的光譜內(nèi)容以限定在所述吸收帶以內(nèi)的其至少一個(gè)光譜分量與在所述線外帶中的其至少一個(gè)光譜分量之間的關(guān)系并且經(jīng)過所述介質(zhì)發(fā)送所述修改的輻射；以及 至少一個(gè)接收器，其在空間上與所述發(fā)送器隔離并且相對(duì)于所述發(fā)送器任意可定位，以通過經(jīng)過所述介質(zhì)的視線傳播來接受所發(fā)送的輻射，所述接收器評(píng)估所接收輻射的所述光譜內(nèi)容以獲得其與由所述發(fā)送器限定的所述關(guān)系的偏離，并且據(jù)此確定所述介質(zhì)對(duì)所述吸收帶內(nèi)的所述光譜分量的吸收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述發(fā)送器包括: 輻射信道，用于所述吸收帶中的每個(gè)光譜分量和用于所述線外帶中的每個(gè)光譜分量，每個(gè)輻射信道修改對(duì)應(yīng)的光譜分量，從而維持其之間的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述發(fā)送器包括: 每個(gè)輻射信道中的調(diào)制器，用于根據(jù)向其提供的相應(yīng)控制信號(hào)通過相應(yīng)調(diào)制代碼調(diào)制所述對(duì)應(yīng)的光譜分量； 檢測器，用于 根據(jù)其上入射的所調(diào)制的輻射生成電信號(hào)，所述輻射至少來自所述吸收帶中的所述光譜分量的所述輻射信道和所述線外帶中的所述光譜分量的所述輻射信道；以及 控制器，用于響應(yīng)于所述檢測器信號(hào)生成所述控制信號(hào)以便維持所述吸收帶中的所述光譜分量與所述線外帶中的所述光譜分量之間的所述關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述控制器包括用于生成用于相應(yīng)輻射信道的調(diào)制代碼并且在所述控制信號(hào)中提供所述代碼的指示的編碼器，所述編碼器修改所述代碼的參數(shù)以便維持所述吸收帶中的所述光譜分量與所述線外帶中的所述光譜分量之間的所述關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述代碼在所述接收器處識(shí)別所述發(fā)送器的相應(yīng)輻射信道。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述代碼是幅度調(diào)制代碼，并且其所述參數(shù)是信號(hào)幅度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述控制器包括鑒別器，所述鑒別器用于響應(yīng)于來自所述檢測器的所述信號(hào)生成電信號(hào)，從而所述鑒別器的信號(hào)代表所述吸收帶中的所述調(diào)制的光譜分量中的和所述線外帶中的所述調(diào)制的光譜分量中的發(fā)送能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述鑒別器包括用于每個(gè)輻射信道的相關(guān)器，所述相關(guān)器響應(yīng)于所述檢測器信號(hào)被調(diào)諧至向?qū)?yīng)輻射信道分配的所述代碼以提供所述鑒別器信號(hào)中的對(duì)應(yīng)鑒別器信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述接收器包括: 檢測器，用于根據(jù)其上入射的所述調(diào)制的輻射來生成接收器信號(hào)；以及分析器，用于響應(yīng)于所述檢測器信號(hào)生成所述控制信號(hào)以便維持所述吸收帶中的所述光譜分量與所述線外帶中的所述光譜分量之間的所述關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述分析器包括鑒別器，所述鑒別器用于響應(yīng)于來自所述檢測器的所述信號(hào)生成電信號(hào)，從而所述鑒別器信號(hào)代表所述吸收帶中的所述調(diào)制的光譜分量中的和所述線外帶中的所述調(diào)制的光譜分量中的能量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述鑒別器包括用于每個(gè)輻射信道的相關(guān)器，所述相關(guān)器響應(yīng)于所述檢測器信號(hào)被調(diào)諧至分配給對(duì)應(yīng)輻射信道的所述代碼以提供所述鑒別器信號(hào)中的對(duì)應(yīng)鑒別器信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述發(fā)送器和接收器獨(dú)立可定位于基本上無邊界的介質(zhì)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述至少一個(gè)接收器包括與所述至少一個(gè)接收器基本上相同的多個(gè)接收器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的 裝置，其中所述發(fā)送器包括波束形成器，所述發(fā)送的輻射由所述波束形成器分布以由所述接收器同時(shí)接受。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述發(fā)送器包括可移動(dòng)平臺(tái)，所述發(fā)送器通過所述可移動(dòng)平臺(tái)穿越軌跡，從其發(fā)送的穿過所述軌跡的所述輻射按照由所述軌跡限定的順序由所述接收器接受。
16.一種方法,包括: 由發(fā)送器生成具有與介質(zhì)的吸收帶和與其線外帶一致的光譜內(nèi)容的多光譜電磁輻射； 修改所生成的光譜內(nèi)容以限定所述吸收帶以內(nèi)的其至少一個(gè)光譜分量與所述線外帶中的其至少一個(gè)光譜分量之間的關(guān)系； 經(jīng)過所述介質(zhì)發(fā)送所述修改的輻射； 在接收器處通過經(jīng)過所述介質(zhì)的視線傳播接受所發(fā)送的輻射； 評(píng)估所接收的輻射的所述光譜內(nèi)容與被修改成限定所述關(guān)系的所述發(fā)送的輻射的所述光譜內(nèi)容的偏離；以及 根據(jù)所述偏離確定所述介質(zhì)對(duì)所述吸收帶內(nèi)的所述光譜分量的吸收。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述修改包括: 用相應(yīng)調(diào)制代碼對(duì)所述吸收帶內(nèi)的所述光譜分量和所述線外帶中的所述光譜分量編碼；以及 修改所述代碼的參數(shù)以便維持所述吸收帶中的所述光譜分量與所述線外帶中的所述光譜分量之間的所述關(guān)系。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述評(píng)估包括: 將所述接收的輻射的表示與所述代碼相關(guān)以產(chǎn)生所述吸收帶內(nèi)的所述接收的光譜分量的表示和所述線外帶中的所述光譜分量的表示； 確定所述吸收帶內(nèi)的所述光譜分量與所述線外帶中的所述光譜分量之間的所述關(guān)系與在所述吸收帶內(nèi)的所述接收的光譜分量和所述線外帶中的所述接收的光譜分量之間的關(guān)系之間的差異；以及 將所述差異建立為所述偏離。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 將所述吸收帶內(nèi)的所述光譜分量中的能量與所述線外帶中的所述光譜分量中的能量之間的比例建立為所述關(guān)系。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述確定所述吸收包括: 將所述吸收帶內(nèi)的所述光譜分量中的能量和所述線外帶中的所述光譜分量中的能量的所述比例與在所述吸收帶內(nèi)的所述接收的光譜分量中的能量和所述線外帶中的所述接收的光譜分量中的能量的所述 比例之間的差異歸因于所述介質(zhì)中的所述吸收。
全文摘要
遠(yuǎn)程吸收光譜法使用經(jīng)過考察的介質(zhì)指向一個(gè)或者多個(gè)遠(yuǎn)程接收器的編碼電磁發(fā)送。編碼發(fā)送包括與感興趣的吸收帶一致的至少一個(gè)波長和線外帶中的一個(gè)波長，并且控制在吸收帶中和以外的光譜分量之間的預(yù)定關(guān)系?？梢栽诮邮掌魈幵u(píng)估光譜分量之間的關(guān)系以確定該關(guān)系與在發(fā)送器處的受控關(guān)系的偏離是否存在于接收器處。處理接收的光學(xué)信號(hào)與指定關(guān)系的偏離以指示吸收帶中的輻射吸收。
文檔編號(hào)G01N21/31GK103091263SQ20121040703
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者M·G·布勞恩, J·T·多布勒 申請(qǐng)人:安立世公司