本发明专利技术公开了一种基于双路机敏量子点复眼结构的飞行目标检测系统，该系统由主控制器、连杆、左眼三轴旋转器、右眼三轴旋转器及左右两只复眼组成。左右复眼结构完全一致，主要由复眼电路系统及多个结构相同的小眼单元组成。本发明专利技术的有益效果是，在复眼内部同时构建与各小眼通道相匹配的主动量子点激光发射源及回波探测单元，通过对波长及强度的选择，使复眼能适应不同的环境；同时，通过双复眼三轴连续扫描探测的方式，解决空间目标精细跟踪精度问题，本发明专利技术的系统与方法较之传统的探测系统更适合飞行目标的三维轨迹探测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种飞行目标空间轨迹检测系统，尤其涉及一种基于复眼仿生光学的双路机敏量子点激光动目标三维轨迹检测系统。
技术介绍
人工复眼(ACE)是一种模拟自然界昆虫复眼结构的光学系统，其将目前广泛使用的单孔径光学系统用多孔径光学系统所代替,从而达到使整个系统小型化、轻量化、以及视场增大的目的。近年来国外研究人员已成功制作了各种不同结构及用途的人工复眼系统。如美国伯克利加州大学LukeP.Lee等采用高分子微透镜、高分子锥管及自排列波导实现了半球型ACE；俄亥俄州立大学L.Li等采用光学微棱镜阵列制成了半球ACE，通过精确计算各小眼微棱镜剖面形状，实现了广视野景物在平面探测器上的成像。基于ACE系统的优点，其可广泛应用于各种不同的领域。再加之复眼系统大视场的特点，其光电检测的潜在能力在国内外航空等领域都得到了广泛的重视。目前的人工复眼大都属于被动复眼，即被动地接收外部各波段的电磁波信息，然后进行分析处理，易受环境因素的制约，影响探测的信噪比、灵敏度，进而使探测的效果恶化。在传统的飞行目标探测中，常采用雷达等探测手段，对于目标三维飞行轨迹的探测及描述较为困难，由于主动型人工复眼可在复眼内部构建与各小眼通道相匹配的主动发射源及回波探测单元，通过对波长及强度的选择，使复眼能适应不同的环境，较之传统的雷达系统更适合飞行目标的三维轨迹探测。基于单个复眼的探测系统，由于其各小眼光轴之间夹角恒定，导致在远距离探测时各小眼光轴空间距离较大，难以满足探测需求。针对该问题，本专利技术模拟自然界昆虫复眼结构，提出一种基于双路机敏量子点主动复眼的飞行目标检测系统及方法，实现高效、高精度的动目标三维轨迹探测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双路机敏量子点主动复眼系统的飞行目标检测系统，可满足不同环境下空间动目标三维轨迹的探测。本专利技术的技术方案是这样来实现的，本专利技术是在基于双路机敏量子点复眼结构的飞行目标检测系统上实现的，该系统采用左右两个复眼，每个复眼结构相同。该系统由主控制器、连杆、左眼三轴旋转器、右眼三轴旋转器及左右两只复眼组成。其中：左右两只复眼分别安装在左眼三轴旋转器及右眼三轴旋转器上，连杆用于联接左眼三轴旋转器及右眼三轴旋转器；主控制器用于对左右两只复眼的复眼控制器发送指令，从而控制左右两只复眼进行激光发射、回波接收；对左眼三轴旋转器、右眼三轴旋转器发送指令，控制两者工作，从而带动两只复眼绕三轴精确旋转；左右复眼结构完全一致，主要由复眼电路系统及多个结构相同的小眼单元组成。其中每个小眼单元均由量子点激光单元和PIN光电二极管组成；量子点激光单元由小眼激光发射窗口、外电极、上层P-DBR、上阻断层、有源区、量子点、下阻断层、下层N-DBR、N+型衬底、内电极组成，可实现量子点连续激光发射；PIN光电二极管由P型半导体层、本征半导体层、N型半导体层、二极管上电极及二极管下电极组成，可实现回波信号接收；复眼电路系统由复眼控制器、恒流驱动源、矩阵驱动模组及矩阵信号处理模组组成；复眼控制器用于控制恒流驱动源、矩阵驱动模组，并接收矩阵信号处理模组的输出信号；恒流驱动源为各量子点激光单元提供驱动注入电流；矩阵驱动模组由若干数量的驱动电路单元组成；驱动电路单元含有二极管联接引脚，通过二极管引线与各PIN光电二极管的二极管上电极及二极管下电极联连，为各PIN光电二极管提供反向偏置电压；驱动电路单元还含有信号输出引脚，通过信号引线与矩阵信号处理模组联连，将PIN光电二极管的传感电压信号交给矩阵信号处理模组分析处理；复眼外形为半球形，半球形底部圆形平面为复眼底面，复眼中轴为通过复眼底面圆心的垂直于复眼底面的直线，与半球面相交于一点，即复眼中轴为直线o1o1'(左复眼)和o2o2'(右复眼)。通过复眼中轴作一系列垂直于复眼底面的剖面，即为复眼子午面，小眼单元均位于复眼子午面内，各小眼单元呈等间角排列，即各小眼光轴之间的小眼光轴夹角均为β；各相邻复眼子午面夹角均为α，每个复眼共包含N＝(180°/β-1)×(180°/α)-[(180°/α)-1]个小眼单元，则这N个小眼单元可根据小眼光轴的空间方位角不同进行编号排序。左复眼以o1为原点建立左复眼直角坐标系x1y1z1，左眼三轴旋转器带动左复眼以o1为旋转中心绕x1轴、y1轴、z1轴转动；类似地，右复眼以o2为原点建立右复眼直角坐标系x2y2z2，右眼三轴旋转器带动右复眼以o2为旋转中心绕x2轴、y2轴、z2轴转动；o1o2的距离为L，探测坐标系原点为o1o2的中点o，探测坐标系为xyz。x、x1、x2三轴相互平行；y、y1、y2三轴相互平行；z、z1、z2三轴相互平行；动目标三维轨迹在探测坐标系下描述；基于双路机敏量子点复眼系统的飞行目标检测方法按以下步骤实现：(1)激光发射主控制器给左右两只复眼的复眼控制器发出控制指令，开始工作。复眼控制器收到控制指令后，开启恒流驱动源，使其产生恒定电流输出。该恒定电流由各小眼单元的外电极注入，然后分别经过上层P-DBR、上阻断层、有源区、量子点、下阻断层、下层N-DBR、N+型衬底，然后经内电极流出。上层P-DBR与下层N-DBR提供沿小眼光轴方向的受激辐射的高反射，形成激光谐振腔。上阻断层与下阻断层提供电光限制，降低阈值电流。当恒流驱动源提供的注入电流大于阈值电流时，有源区中的量子点的受激辐射在激光谐振腔中经过多次反射将产生光放大，最终满足激光出射的条件，沿小眼光轴方向发射出波长为λ的连续激光，并经小眼激光发射窗口发射出去。注入电流均匀地流入N个量子点小眼激光单元，由于这N个量子点小眼激光单元具有相同的几何结构与物质分布，因此其发出的激光具有相同的波长特性，每个复眼最终得到N束分别沿各小眼光轴方向，由小眼激光发射窗口发出的波长为λ的连续激光。(2)粗跟踪左右两个复眼共2N束波长为λ的连续激光沿各小眼光轴方向发射，当探测的空间区域没有目标时，这些激光束没有回波产生；反之，当探测的空间区域存在动目标时，左复眼某个小眼单元发射的连续激光遇到动目标时将产生反射回波，其回波信号沿原路返回，穿过该小眼单元的小眼激光发射窗口后的PIN光电二极管接收，从而产生传感电压信号交给矩阵信号处理模组分析处理；矩阵信号处理模组接收到该电压信号后，判定产生该信号小眼单元的序号，并将其小眼光轴对应的空间方位角A10、B10、C10通过左复眼的复眼控制器送给主控制器；类似地，右复眼某个小眼单元发射的连续激光遇到动目标时将产生反射回波，其回波信号沿原路返回，穿过该小眼单元的小眼激光发射窗口后的PIN光电二极管接收，从而产生传感电压信号交给矩阵信号处理模组分析处理；矩阵信号处理模组接收到该电压信号后，判定产生该信号小眼单元的序号，并将其小眼光轴对应的空间方位角A20、B20、C20通过右复眼的复眼控制器送给主控制器；(3)初始定位动目标在左复眼直角坐标系x1y1z1下的初始位置矢量为在右复眼直角坐标系x2y2z2下的初始位置矢量为在探测坐标系xyz下的初始位置矢量为根据空间几何约束关系可得到初始位置矢量与根据下列矢量关系可得初始位置矢量(4)精细跟踪由于各小眼光轴之间的小眼光轴夹角(即为β)，以及各相邻复眼子午面夹角α相对较大，在远距离探测时，只有当动目标飞行了较长距离本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于双路机敏量子点复眼结构的飞行目标检测系统，包括主控制器(35)、连杆(39)、左眼三轴旋转器(36)、右眼三轴旋转器(37)及左右两只复眼，其特征在于：所述的左右两只复眼结构完全相同，分别安装在左眼三轴旋转器(36)及右眼三轴旋转器(37)上，连杆(39)用于联接左眼三轴旋转器(36)及右眼三轴旋转器(37)；左右两只复眼均由复眼电路系统(33)及多个结构相同的小眼单元(17)组成，其中每个小眼单元(17)均由量子点激光单元和PIN光电二极管(23)组成；量子点激光单元由小眼激光发射窗口(6)、外电极(5)、上层P‑DBR(7)、上阻断层(8)、有源区(9)、量子点(10)、下阻断层(12)、下层N‑DBR(13)、N+型衬底(14)、内电极(15)组成，可实现量子点连续激光发射；PIN光电二极管(23)由P型半导体层(22)、本征半导体层(21)、N型半导体层(20)、二极管上电极(25)及二极管下电极(24)组成，可实现回波信号接收；复眼电路系统(33)由复眼控制器(1)、恒流驱动源(2)、矩阵驱动模组(26)及矩阵信号处理模组(28)组成；复眼控制器(1)用于控制恒流驱动源(2)、矩阵驱动模组(26)，并接收矩阵信号处理模组(28)的输出信号；恒流驱动源(2)为各量子点激光单元提供驱动注入电流；矩阵驱动模组(26)由若干数量的驱动电路单元(27)组成；驱动电路单元(27)含有二极管联接引脚(30)，通过二极管引线(29)与各PIN光电二极管(23)的二极管上电极(25)及二极管下电极(24)联连，为各PIN光电二极管(23)提供反向偏置电压；驱动电路单元(27)还含有信号输出引脚(31)，通过信号引线(32)与矩阵信号处理模组(28)联连，将PIN光电二极管(23)的传感电压信号交给矩阵信号处理模组(28)分析处理；所述的主控制器(35)用于对左右两只复眼的复眼控制器(1)发送指令，从而控制左右两只复眼进行激光发射、回波接收；对左眼三轴旋转器(36)、右眼三轴旋转器(37)发送指令，控制两者工作，从而带动两只复眼绕三轴精确旋转；所述的左右两只复眼外形为半球形，半球形底部圆形平面为复眼底面(3)，复眼中轴(11)为通过复眼底面(3)圆心的垂直于复眼底面(3)的直线与半球面相交于一点，左右两只复眼底面圆心分别为o1和o2；左复眼该点为o1'，右复眼该点为o2'，即复眼中轴(11)为直线o1o1'和o2o2；通过复眼中轴(11)作一系列垂直于复眼底面(3)的剖面，即为复眼子午面(18)，小眼单元(17)均位于复眼子午面(18)内，各小眼单元(17)呈等间角排列，即各小眼光轴(4)之间的小眼光轴夹角(16)均为β；各相邻复眼子午面(18)夹角均为α，每个复眼共包含N＝(180°/β‑1)×(180°/α)‑[(180°/α)‑1]个小眼单元(17)，则这N个小眼单元(17)可根据小眼光轴(4)的空间方位角不同进行编号排序；左复眼以o1为原点建立左复眼直角坐标系x1y1z1，左眼三轴旋转器(36)带动左复眼以o1为旋转中心绕x1轴、y1轴、z1轴转动；类似地，右复眼以o2为原点建立右复眼直角坐标系x2y2z2，右眼三轴旋转器(37)带动右复眼以o2为旋转中心绕x2轴、y2轴、z2轴转动；o1o2的距离为L，探测坐标系原点(34)为o1o2的中点o，探测坐标系为xyz；x、x1、x2三轴相互平行；y、y1、y2三轴相互平行；z、z1、z2三轴相互平行；动目标(38)三维轨迹在探测坐标系下描述。...
【技术特征摘要】
1.一种基于双路机敏量子点复眼结构的飞行目标检测系统，包括主控制器(35)、连杆(39)、左眼三轴旋转器(36)、右眼三轴旋转器(37)及左右两只复眼，其特征在于：所述的左右两只复眼结构完全相同，分别安装在左眼三轴旋转器(36)及右眼三轴旋转器(37)上，连杆(39)用于联接左眼三轴旋转器(36)及右眼三轴旋转器(37)；左右两只复眼均由复眼电路系统(33)及多个结构相同的小眼单元(17)组成，其中每个小眼单元(17)均由量子点激光单元和PIN光电二极管(23)组成；量子点激光单元由小眼激光发射窗口(6)、外电极(5)、上层P-DBR(7)、上阻断层(8)、有源区(9)、量子点(10)、下阻断层(12)、下层N-DBR(13)、N+型衬底(14)、内电极(15)组成，可实现量子点连续激光发射；PIN光电二极管(23)由P型半导体层(22)、本征半导体层(21)、N型半导体层(20)、二极管上电极(25)及二极管下电极(24)组成，可实现回波信号接收；复眼电路系统(33)由复眼控制器(1)、恒流驱动源(2)、矩阵驱动模组(26)及矩阵信号处理模组(28)组成；复眼控制器(1)用于控制恒流驱动源(2)、矩阵驱动模组(26)，并接收矩阵信号处理模组(28)的输出信号；恒流驱动源(2)为各量子点激光单元提供驱动注入电流；矩阵驱动模组(26)由若干数量的驱动电路单元(27)组成；驱动电路单元(27)含有二极管联接引脚(30)，通过二极管引线(29)与各PIN光电二极管(23)的二极管上电极(25)及二极管下电极(24)联连，为各PIN光电二极管(23)提供反向偏置电压；驱动电路单元(27)还含有信号输出引脚(31)，通过信号引线(32)与矩阵信号处理模组(28)联...
【专利技术属性】
技术研发人员：万雄，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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