利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开的利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的系统及方法，属于光电探测技术领域。本发明专利技术公开的系统包括脉冲激光器、准直透镜组、发射透镜、接收透镜、分光镜、APD探测器、四象限探测器、回波处理电路和光斑处理电路。本发明专利技术还公开基于所述系统实现的方法，通过分析激光回波获取目标的位置信息，降低算法复杂度并节省成像处理时间；同时利用四象限探测器接收目标反射回波的激光光斑，精确地捕获目标的姿态变化，实现目标的快速定位和精确姿态测量。本发明专利技术能够对动态目标进行快速定位和精确姿态测量，同时分辨目标偏转角度和方向，提高探测效率。本发明专利技术硬件系统结构简单，算法复杂度低，有利于扩展到需要快速定位与精确姿态测量的应用场合。

System and Method of Detecting Target Position and Attitude Using Laser Echo and Spot

The invention discloses a system and method for detecting the position and attitude of a target by using laser echo and spot, belonging to the field of photoelectric detection technology. The system disclosed by the invention comprises a pulse laser, a collimating lens group, a transmitting lens, a receiving lens, a spectroscope, an APD detector, a four-quadrant detector, an echo processing circuit and a spot processing circuit. The invention also discloses a method based on the system implementation, which obtains the position information of the target by analyzing the laser echo, reduces the complexity of the algorithm and saves the imaging processing time; at the same time, it uses four quadrant detector to receive the laser spot of the reflected echo of the target, accurately captures the attitude change of the target, and realizes the fast positioning and accurate attitude measurement of the target. The invention can quickly locate and precisely measure the attitude of the dynamic target, at the same time distinguish the deflection angle and direction of the target, and improve the detection efficiency. The hardware system of the invention has simple structure and low algorithm complexity, and is advantageous to extend to applications requiring fast positioning and accurate attitude measurement.

【技术实现步骤摘要】
利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的系统及方法
本专利技术涉及利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的系统及方法，特别是涉及同时获取目标位置与精确姿态的方法，属于光电探测

技术介绍
随着光电探测技术的发展，激光雷达因分辨率高、隐蔽性好、体积小、重量轻等优点得到了广泛的应用。在军事侦察领域，多采用激光雷达三维成像技术进行目标定位与跟踪，利用目标反射的激光回波数据得到强度像与距离像，经图像融合形成三维像并获取三维点云数据，利用多种图像处理算法提取目标特征，进而实现目标定位与跟踪。这种方法具有分辨率高、测量精度高、抗干扰性好等特点，但同时存在图像数据量大、处理效率低的问题，难以对动态目标快速成像，无法准确捕获动态目标的姿态。相对于激光三维成像技术，激光回波分析方法能够利用目标回波波形分析出目标的距离和偏转角度，实现目标的快速定位，具有获取方便、数据量小的优点。利用这种技术，西安电子科技大学公开了一种用激光一维距离曲线识别动态锥形目标的姿态角和几何尺寸的方法，该方法能够根据激光回波反演计算出目标的偏转角度，但对于目标的偏转方向仍具有歧义，且所用的反演算法较复杂，不利于精确、快速地捕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的系统，其特征在于：包括脉冲激光器(1)、准直透镜组(2)、发射透镜(3)、接收透镜(4)、分光镜(5)、APD探测器(6)、四象限探测器(7)、回波处理电路(8)和光斑处理电路(9)；脉冲激光器(1)用于发射脉冲激光；准直透镜组(2)和发射透镜(3)用于对激光光束进行准直和扩束；接收透镜(4)用于接收目标反射的回波光束，将回波光束调整到合适的波束半径，透过分光镜(5)传输到APD探测器(6)的靶面上；APD探测器(6)的靶面将回波光束分为两束光，一束进入APD探测器(6)进行光电转换，输出电信号到回波处理电路(8)中，另一束光在APD靶面上和分光镜(5...

【技术特征摘要】
1.利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的系统，其特征在于：包括脉冲激光器(1)、准直透镜组(2)、发射透镜(3)、接收透镜(4)、分光镜(5)、APD探测器(6)、四象限探测器(7)、回波处理电路(8)和光斑处理电路(9)；脉冲激光器(1)用于发射脉冲激光；准直透镜组(2)和发射透镜(3)用于对激光光束进行准直和扩束；接收透镜(4)用于接收目标反射的回波光束，将回波光束调整到合适的波束半径，透过分光镜(5)传输到APD探测器(6)的靶面上；APD探测器(6)的靶面将回波光束分为两束光，一束进入APD探测器(6)进行光电转换，输出电信号到回波处理电路(8)中，另一束光在APD靶面上和分光镜(5)处发生两次反射，并到达四象限探测器(7)形成光斑；四象限探测器(7)将不同象限内的光信号转换成电信号，输出给光斑处理电路(9)；回波处理电路(8)用于对回波信号进行高速采样和处理，得到动态目标的距离信息和偏转角度；光斑处理电路(9)用于计算分析回波光斑的能量分布情况，获得动态目标的偏转方向。2.如权利要求1所述的利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的系统，其特征在于：所述的脉冲激光器(1)、准直透镜组(2)和发射透镜(3)的光轴重合，接收透镜(4)的中心与APD探测器(6)的靶面中心在同一水平线上，分光镜(5)与水平方向成45°角；所述的APD探测器(6)和四象限探测器(7)均位于接收透镜(4)的焦平面上，当动态目标发生偏转时，反射的回波光束随之偏转，光斑仍聚焦于焦平面的APD探测器(6)和四象限探测器(7)上，但光斑位置会发生移动，光斑移动方向与目标偏转方向相对应。3.利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的方法，基于如权利要求1或2所述的利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的系统实现，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：获取目标不同偏转角度时的回波信号；步骤二：根据目标的回波信号提取距离信息，即实现对动态目标的快速定位，并计算目标偏转角度；步骤三：实时获取目标的激光回波光斑，并输出与激光回波光斑对应的电流信号；步骤四：利用步骤三产生的电流信号计算得出光斑中心坐标，实时获取目标的偏转方向；步骤五：结合步骤二得到的目标偏转角度和步骤四获取的目标的偏转方向，实现对动态目标的精确姿态测量。4.如权利要求3所述的利用激光回波与光斑探测目标位置与姿态的方法，其特征在于：步骤一具体实现方法为，脉冲激光器(1)发射脉冲激光，光束由准直透镜组(2)和发射透镜(3)进行准直和扩束，照射探测目标；随着目标的偏转，所述偏转角度范围：-90°～90°，光束在目标表面处发生反射，形成不同偏转角度的回波光束；回波光束被接收透镜(4)调整至合适的波束半径，透过分光镜(5)传输到APD探测器(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹杰，郝群，王非，闫雷，张芳华，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11