一种有合作目标的激光探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种有合作目标的激光探测系统，发射光学系统、半导体激光器、调制驱动电路、激光高压生成电路和微控制器处理电路顺序连接后通过RS422总线连接计算机，接收光学系统、光电探测器、前端处理电路、主放大电路、带通滤波电路、A/D采样电路和比较电路顺序连接后再与微控制器处理电路连接，当四路信号放大滤波后，两路信号幅度大于设定的阈值则响应，微控制器处理电路读取四路采样结果算出角度信息和距离信息给计算机；本发明专利技术能同时测量移动目标的距离信息和角度信息，可以实现对近距离移动目标高精度定位，受目标背景复杂度影响比较小，抗干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光
，是一种以激光角锥反射器为合作目标、以波长为1550nm半导体激光器为光源的激光探测系统，适用于对移动目标的精确定位。
技术介绍
用于激光探测的合作目标，应具有较高的激光反射率并在反射时，对激光光束有较小的发散特性，激光角锥反射器是一种特殊的逆向反射器，它是由三个互相垂直的反射面和一个入（出）射面构成的四面体椎状棱镜，其主要光学性质是：在理想情况下，一束激光从角反射器的底面入射，经过三个直角面的反射后，出射光线将与入射光线平行的方向反向射出，基于该特征，用于激光探测的合作目标可以用激光角锥反射器。目前国内外探测移动目标主要采用图像进行定位，移动目标距离较远时，图像跟踪的定位精度可以满足系统跟踪要求，但当对移动目标上的某一部位进行精跟踪时，受限于移动目标姿态和大气条件对图像跟踪特征点影响较大，使得图像跟踪的定位精度已不能满足系统的跟踪要求。而移动目标上装有激光角锥反射器后，移动目标在近距离时，入射到激光角锥反射器的激光会以很小的发散角，并和入射光保持平行反射到探测系统的接收光学系统中，探测器四个象限上接收到的光强不同而产生不同的电流信号，转换成电压信号后，通过比较四个电压信号，判断光信号的位置，定位精度可达0.1mrad—0.2mrad。中国北京环境特性研究所在“图像跟踪系统及其图像数据处理方法”专利（公开号CN103647937A）中，提出了将采集的图像数据进行灰度变换和中值变化后DSP根据变化的图像数据进行目标搜索与跟踪。中国沈阳飞机工业（集团）有限公司在“图像跟踪测量数据与雷达测量数据互补融合的实现方法”专利（公开号CN104064057A）提出了在远距离采用雷达接收目标数据进行跟踪目标，近距离采用图像信息和激光测距仪辅助测距进行跟踪。上述几种方案的不足在于：当目标距离在3公里外时，定位精度可以满足系统的要求，目标距离较近时，利用上述图像算法定位精度差，并且随着目标背景复杂，图像的识别效果会更差。
技术实现思路
为了克服上述存在的不足，本专利技术提供了一种有合作目标的激光探测跟踪系统，具有探测定位精度高、重复频率高、激光人眼安全性等特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种有合作目标的激光探测系统，包括发射光学系统和半导体激光器，所述的发射光学系统包括柱面镜和两片透镜组成的透镜组，柱面镜对半导体激光器慢轴方向进行压缩，再采用透镜组对快慢轴两个方向进行压缩；还包括调制驱动电路，控制半导体激光器的发射；接收光学系统，用于收集、汇聚信号光，由接收物镜和窄带滤光片组成；光电探测器，进行光电转换；前端处理电路，将电流信号转换成电压信号；主放大电路，对电压信号进行放大；带通滤波电路，对放大后的信号进行滤波，以提高信噪比；A/D采样电路，对放大后的四路电压信号进行幅度采样；微控制器处理电路（10），用于接收发射激光指令；激光高压生成电路，为半导体激光器放电电容充满高压；比较电路，用于设定阈值；所述的发射光学系统、半导体激光器、调制驱动电路、激光高压生成电路和微控制器处理电路顺序连接后通过RS422总线连接计算机，所述的接收光学系统、光电探测器、前端处理电路、主放大电路、带通滤波电路、A/D采样电路和比较电路顺序连接后再与微控制器处理电路连接；当四路信号放大滤波后，两路信号幅度大于设定的阈值则响应，微控制器处理电路读取四路采样结果算出角度信息和距离信息给计算机。所述的一种有合作目标的激光探测系统，其半导体激光器为脉冲半导体激光器。所述的一种有合作目标的激光探测系统，其接收光学系统包括卡式镜头、窄带滤光片和结构件。所述的一种有合作目标的激光探测系统，其发射光学系统和接收光学系统共窗口。所述的一种有合作目标的激光探测系统，其光电探测器采用四象限探测器，根据接收到的光强不同而产生不同的电流信号，转换成电压信号后，比较四个电压信号，判断光信号的位置。所述的一种有合作目标的激光探测系统，其发射光学系统由柱面镜和扩束准直系统、第一卡式镜头透镜、第二卡式镜头透镜和小孔光阑和滤光片组成。本专利技术的有益效果是：1.采用铟镓砷四象限探测器作为光电探测器，同时实现了距离探测器和定位探测器的功能。2.采用半导体激光器作为激光发射光源，体积下、效率高、工作稳定、寿命长、发射峰值功率10W左右，激光器波长为1550nm，对人眼安全。3.采用发射光学系统和接收光学系统共窗口，解决了近距离跟踪盲区问题。4.采用激光角反射器作为合作目标，探测距离远，精度高，定位精度0.1mrad—0.2mrad，测距精度1米。5.采用带有合作目标的激光探测系统抗干扰能力强。附图说明图1是本专利技术系统的组成原理框图；图2是本专利技术发射光学系统和接收光学系统共窗口的原理图；图3是四象限探测器探测区域和激光光斑。各附图标记为：1—发射光学系统，2—半导体激光器，3—调制驱动电路，4—接收光学系统，5—光电探测器，6—前端处理电路，7—主放大电路，8—带通滤波电路，9—A/D采样电路，10—微控制器处理电路，11—计算机，12—RS422总线，13—激光高压生成电路，14—比较电路，15—柱面镜和扩束准直系统，16—第一卡式镜头透镜，17—第二卡式镜头透镜，18—小孔光阑和滤光片，19—探测器靶面，20—激光光斑。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。参照图1所示，一种有合作目标的激光探测系统，包括发射光学系统1和半导体激光器2，所述的发射光学系统1包括柱面镜和两片透镜组成的透镜组，柱面镜对半导体激光器2慢轴方向进行压缩，再采用透镜组对快慢轴两个方向进行压缩。所述的半导体激光器2为脉冲半导体激光器，体积小、效率高、工作稳定、寿命长、发射峰值功率10W左右，激光器波长为1550nm，对人眼安全，半导体激光器2准直后的发散角在3mrad左右。还包括调制驱动电路3，控制半导体激光器2的发射。还包括接收光学系统4，用于收集、汇聚信号光，由卡式镜头、窄带滤光片和结构件组成。发射光学系统1和接收光学系统4共窗口，解决了近距离跟踪盲区问题。还包括光电探测器5，进行光电转换，采用四象限探测器，根据接收到的光强不同而产生不同的电流信号，转换成电压信号后，比较四个电压信号，判断光信号的位置。还包括前端处理电路6，将电流信号转换成电压信号。还包括主放大电路7，对电压信号进行放大。还包括带通滤波电路8，对放大后的信号进行滤波，以提高信噪比。还包括A/D采样电路9，对放大后的四路电压信号进行幅度采样。还包括微控制器处理电路10，为整个系统的控制核心，用于接收发射激光指，与外部通信接口为RS422，进行数据信息的传输。还包括激光高压生成电路13，为半导体激光器2放电电容充满高压。还包括比较电路14，用于设定阈值。本系统由9—12V的直流电源供电。所述的发射光学系统1、半导体激光器2、调制驱动电路3、激光高压生成电路13和微控制器处理电路10顺序连接后通过RS422总线12连接计算机11，所述的接收光学系统4、光电探测器5、前端处理电路6、主放大电路7、带通滤波电路8、A/D采样电路9和比较电路14顺序连接后再与微控制器处理电路10连接；当四路信号放大滤波后，两路信号幅度大于设定的阈值则响应，微控制器处理电路10读取四路采样结果算出角度信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有合作目标的激光探测系统，其特征在于：包括发射光学系统（1）和半导体激光器（2），所述的发射光学系统（1）包括柱面镜和两片透镜组成的透镜组，柱面镜对半导体激光器（2）慢轴方向进行压缩，再采用透镜组对快慢轴两个方向进行压缩；还包括调制驱动电路（3），控制半导体激光器（2）的发射；接收光学系统（4），用于收集、汇聚信号光；光电探测器（5），进行光电转换；前端处理电路（6），将电流信号转换成电压信号；主放大电路（7），对电压信号进行放大；带通滤波电路（8），对放大后的信号进行滤波，以提高信噪比；A/D采样电路（9），对放大后的四路电压信号进行幅度采样；微控制器处理电路（10），用于接收发射激光指令；激光高压生成电路（13），为半导体激光器（2）放电电容充满高压；比较电路（14），用于设定阈值；所述的发射光学系统（1）、半导体激光器（2）、调制驱动电路（3）、激光高压生成电路（13）和微控制器处理电路（10）顺序连接后通过RS422总线（12）连接计算机（11），所述的接收光学系统（4）、光电探测器（5）、前端处理电路（6）、主放大电路（7）、带通滤波电路（8）、A/D采样电路（9）和比较电路（14）顺序连接后再与微控制器处理电路（10）连接；当四路信号放大滤波后，两路信号幅度大于设定的阈值则响应，微控制器处理电路（10）读取四路采样结果算出角度信息和距离信息给计算机（11）。...

【技术特征摘要】
1.一种有合作目标的激光探测系统，其特征在于：包括发射光学系统（1）和半导体激光器（2），所述的发射光学系统（1）包括柱面镜和两片透镜组成的透镜组，柱面镜对半导体激光器（2）慢轴方向进行压缩，再采用透镜组对快慢轴两个方向进行压缩；还包括调制驱动电路（3），控制半导体激光器（2）的发射；接收光学系统（4），用于收集、汇聚信号光；光电探测器（5），进行光电转换；前端处理电路（6），将电流信号转换成电压信号；主放大电路（7），对电压信号进行放大；带通滤波电路（8），对放大后的信号进行滤波，以提高信噪比；A/D采样电路（9），对放大后的四路电压信号进行幅度采样；微控制器处理电路（10），用于接收发射激光指令；激光高压生成电路（13），为半导体激光器（2）放电电容充满高压；比较电路（14），用于设定阈值；所述的发射光学系统（1）、半导体激光器（2）、调制驱动电路（3）、激光高压生成电路（13）和微控制器处理电路（10）顺序连接后通过RS422总线（12）连接计算机（11），所述的接收光学系统（4）、光电探测器（5）、前端处理电路（6）、主放大电路（7）、带通滤波电路（8）...

【专利技术属性】
技术研发人员：林承飞，高彦伟，郭良贤，席文强，余龙，刘全强，孙峰，耿安兵，
申请(专利权)人：湖北久之洋红外系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42