本发明专利技术公开了一种基于调制激光的主动式测速方法及测速装置，采用调制激光光幕的二次强度调制技术获得弹丸的速度，实现对振动、冲击、火光等各种干扰的抑制；采用相干解调方法对已调过靶信号进行解调，有效抑制干扰，提高信噪比，提高探测识别能力；测速装置采用一对光幕实现高速目标对激光散射光的光电探测，无需光反射合作目标即实现了测速，该装置结构简单且使用方便。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及运动目标（包括弹丸、破片等）速度的光电检测领域，尤其涉及一种基 于调制激光的主动式测速方法及测速装置。
技术介绍
弹丸、破片等高速目标的速度在武器系统中是一项重要指标。目前国内外广泛采 用区截测速方法，具体包括通断靶、线圈靶、声靶、天幕靶、LED光幕靶、激光光幕靶等。其中 激光光幕靶因采用激光光源，波长单一、能量集中、方向性强、光束整形质量好，使得该方法 具有灵敏度高、测试精度高、抗干扰能力强、室内户外均可可靠工作等突出特点，可实现高 速目标速度的高精度、全天候、非接触光电测量。尤其是原向反射式激光光幕系统因其采用 激光光幕发射接收一体化技术，测试时主机可置于地面下，使得在爆炸区域内能够得到有 效防护，而在破片速度测试中独具优势。但现有的激光光幕测速技术因采用静态（非调制） 光幕接收探测技术，对于振动、火光等外界干扰因素的抑制能力有限，对于淹没在振动、火 光中的目标过靶信号无法有效提取，而且目前的激光光幕测速装置无论采用框架结构还是 采用分体结构，均需要反射合作目标配合，结构复杂、光路调整繁琐、使用（尤其是外场测 试场合）不便。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于调制激光的主动式测速方法及测试装置，其中 采用调制激光的相干解调方法探测目标速度，现对振动、冲击、火光等各种干扰的抑制，有 效抑制干扰，提高信噪比，提高探测识别能力；测速装置无需采用光反射合作目标即实现了 测速，该装置结构简单且使用方便。 本专利技术的一种基于调制激光的主动式测速方法，包括如下步骤： 步骤1、产生光强随时间变化的调制激光信号，并控制2个激光器发射所述调制激 光信号，从而同时形成2个平行的激光光幕，分别作为目标测速的启动靶和停止靶； 步骤2、在垂直激光光幕的方向发射目标，在所述目标先后穿过两激光光幕时，探 测目标反射的激光信号，得到2个待测信号； 步骤3、对所述2个待测信号分别进行放大和滤波处理，滤除待测信号的基带部 分，保留频带部分； 步骤4、将所述调制激光信号分出2路，并分别进行移相处理，使得2路调制激光信 号的相位分别与步骤3中经放大和滤波后的2个待测信号的相位一致； 步骤5、将2路待测信号的频带部分分别与各自相位一致的移相后调制激光信号 相乘，得到2个调制过靶信号； 步骤6、将所述2个调制过靶信号的频带部分滤除，保留的基带部分即为目标经过 启动靶和停止靶时的2个过靶信号； 步骤7、根据所述2个过靶信号，得到目标在启动靶和停止靶之间飞行的时间，依 据启动靶和停止靶之间的距离，得到目标速度。 进一步的，所述步骤3中，对待测信号进行滤波处理还包括滤除噪声信号。 较佳的，所述步骤7中，得到目标在启动靶和停止靶之间飞行的时间的方法为： 获得2个所述过靶信号进行互相关函数，求解使该互相关函数的绝对值取最大值 时所对应的两个时间点，则该两个时间点之间的时间间隔即为目标的飞行时间。 较佳的，所述步骤7中，得到目标在启动靶和停止靶之间飞行的时间的方法为： 分别找到过靶信号的幅值从信号峰值跌落至信号峰值一半时对应的时间点，两个 过靶信号的两个时间点之差即为目标飞行时间。 较佳的，所述步骤7中，采用重心算法得到目标在启动靶和停止靶之间飞行的时 间，具体为：针对过靶信号的各个离散点，求各时间与对应的幅值的乘积，将所有时间点的 乘积求和，再将和值除以所有点的幅值之和，得到的即是该过靶信号的时间重心；将两个过 靶信号的时间重心求差值，即为目标的飞行的时间。 本专利技术的一种基于调制激光的主动式测速装置，括：数据处理终端、调制驱动器、 光电探测器、信号解调模块、滤波放大模块、2个一字线激光器以及2个光学镜头； 所述调制驱动器产生光强随时间变化的调制激光信号，并送至2个互相靠近放置 的一字线激光器； 所述2个一字线激光器产生2个平行的激光光幕，分别作为目标测速的启动靶和 停止靶； 每个所述一字线激光器的附近各布置一个光学镜头；两个光学镜头各连接一个光 电探测器； 所述光电探测器接收目标穿过激光光幕时反射的激光信号，作为待测信号； 所述滤波放大模块从2个所述光电探测器各接收1个待测信号，并分别进行放大 和滤波处理，滤除待测信号的基带部分，保留频带部分； 所述信号解调模块从所述调制驱动器接收调制激光信号后，首先将所述调制激光 信号分出2路，并分别进行移相处理，使得2路调制激光信号的相位分别与滤波放大模块输 出的2个待测信号的相位一致；然后再将所述2路待测信号的频带部分分别与各自相位一 致的移相后调制激光信号相乘，得到2个调制过靶信号；最后，将所述2个调制过靶信号的 频带部分滤除，保留的基带部分即为目标经过启动靶和停止靶时的2个过靶信号； 所述数据处理终端从所述信号解调模块接收2个过靶信号后，计算目标飞行时 间，再依据启动靶和停止靶之间的距离，得到目标速度。 较佳的，还包括置于光学镜头后端与所述光电探测器之间的滤光片。 较佳的，所述光学镜头的接收面与所述一字线激光器的激光出射面平行共面放 置。 本专利技术具有如下有益效果： 1)本专利技术采用调制激光光幕的二次强度调制技术获得弹丸的速度，实现对振动、 冲击、火光等各种干扰的抑制；采用相干解调方法对已调过靶信号进行解调，有效抑制干 扰，提尚?目噪比，提尚探测识别能力。 2)本专利技术通过采用重心算法、相关算法、峰值跌落一半等算法，确定目标飞行穿越 两光幕时的计时时刻，从而获得精确的速度。 3)本专利技术的测速装置，采用一对光幕实现高速目标对激光散射光的光电探测，无 需光反射合作目标即实现了测速，该装置结构简单且使用方便；采用一维扩束激光光源与 透射式光学镜头平行共面放置结构，确保激光光幕的有效靶面与光学镜头的成像平面重 合，使得目标在有效靶面内任何位置穿过时，其表面漫反射光经光学镜头后均能汇聚于线 阵光电探测器上，便于空间滤波和窄带滤光，消除背景光引起的光电转换输出饱和等问题； 同时该结构可有效提尚测速精度。【附图说明】 图1为本专利技术的相干解调原理示意图。 图2为主动式激光测速仪原理示意图。 图3为启动靶（或停止靶）原理示意图。 I -启动革m，II -停止革m，1-一字线激光器，2-光学镜头，3-弹丸，4-滤光片，5-光 电探测器，6-数据处理终端，7-调制驱动器，8-信号解调模块，9-滤波放大模块。【具体实施方式】 下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。 本专利技术的一种基于调制激光的主动式测速方法，包括如下步骤： 步骤1、产生光强随时间变化的调制激光信号，并控制激光器发射所述调制激光信 号，从而同时形成2个平行的激光光幕，分别作为弹丸3测速的启动靶I和停止靶II。其 中，一维扩束激光光源在正弦调制信号驱动下，改变半导体激光器的注入电流，使得激光器 的输出光强随注入电流的变化而产生变化，从而形成高频调制的激光调制信号，该信号强 随时间的表达式为： 式1中，其中1"、Coni和I分别为激光调制信号的峰值光强、调制信号的角频率和 初始相位。 步骤2、在垂直激光光幕的方向发射弹丸3,在弹丸3先后穿过两激光光幕时，探测 弹丸3反射的激光信号，得到2个待测信号。 当弹丸3飞行穿过激光光幕时，产生的表面漫反射光经透射式光学镜头收集、整 形、会聚后由光电探测器5接收并进行光电转换；由于激光光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于调制激光的主动式测速方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、产生光强随时间变化的调制激光信号，并控制2个激光器发射所述调制激光信号，从而同时形成2个平行的激光光幕，分别作为目标测速的启动靶和停止靶；步骤2、在垂直激光光幕的方向发射目标，在所述目标先后穿过两激光光幕时，探测目标反射的激光信号，得到2个待测信号；步骤3、对所述2个待测信号分别进行放大和滤波处理，滤除待测信号的基带部分，保留频带部分；步骤4、将所述调制激光信号分出2路，并分别进行移相处理，使得2路调制激光信号的相位分别与步骤3中经放大和滤波后的2个待测信号的相位一致；步骤5、将2路待测信号的频带部分分别与各自相位一致的移相后调制激光信号相乘，得到2个调制过靶信号；步骤6、将所述2个调制过靶信号的频带部分滤除，保留的基带部分即为目标经过启动靶和停止靶时的2个过靶信号；步骤7、根据所述2个过靶信号，得到目标在启动靶和停止靶之间飞行的时间，依据启动靶和停止靶之间的距离，得到目标速度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵冬娥，张斌，刘吉，周汉昌，邓均，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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