增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置及方法，包括双激光增强式照明设计和声呐辅助目标距离和方位预探测系统。本发明专利技术通过增强式双激光照明系统提高对目标的照射光强，从而可以提高对目标的探测距离；另外声呐探测系统可以完成对目标的距离和方位的预先探知，并由此通过嵌入式处理模块对距离选通控制电路接受探测器窗口时间进行更精确的控制，并对激光光源的强度，方位和偏振状态进行控制，以期到达对目标远距离高质量成像探测。本发明专利技术采用倒三角结构设计，将进一步优化增强式声呐辅助水下激光探测效果。

Enhanced Sonar-assisted Range-gated Laser Underwater Imaging Device and Method

【技术实现步骤摘要】
增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置及方法
本专利技术属于激光水下成像和探测领域，涉及一种增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置及方法。
技术介绍
众所周知，地球的表面当中，大约60%的面积为海洋。为开发海洋资源，人们势必需要详细了解海洋的信息，因此世界各国都投入大力进行海洋探测技术的研究。在目前主要的探测技术当中，激光水下成像技术是一个炙手可热的技术。激光水下成像一般分为两种类型，一种是激光扫描成像，另外是距离选通激光成像；前者是以连续激光照射兴趣目标，并通过窄视窗高灵敏度图像探测器ICCD接收目标图像信息，主要特点是激光器与ICCD分离安装，ICCD接受主要前向散射光线信息；而距离选通激光成像是采用极短的脉冲激光照射目标，并通过控制ICCD接收窗口的开启时间达到过滤水中环境物的散射杂光，从而只接受目标物体的前向散射光信息的目的。与激光扫描成像相比，距离选通能够在很短的时间，在有效时域上对目标的前向散射光进行收集，因此其成像效果比激光扫描要好，由此得到世界各国的重视和积极开发。距离选通的技术优势主要在于控制ICCD接受窗口的开启时间，是建立在目标距离已知的情况下，但事实上，在水下探测时，往往没有目标的精确的方位信息，得不到最优玄同时间，因此距离选通一般都是粗略的扫描，无法对探测目标所需的激光的能量，方位，和光学状态进行有效控制，定向投放，从而限制了其成像效果和探测距离。
技术实现思路
1、所要解决的技术问题：现有的距离选通激光成像在水下探测时，往往没有目标的精确的方位信息，因此距离选通一般都是粗略的扫描，得不到最优的选通时间，不能对探测目标所需的激光的能量、方位和光学状态进行有效控制，定向投放，因而限制了其成像效果和探测距离。2、技术方案：为了解决以上问题，本专利技术提供了一种增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置，包括距离选通控制电路、嵌入式处理模块、显示器、激光器系统、光学接收系统，ICCD、距离选通控制电路、显示器601都和嵌入式处理模块连接，所述的激光器通过距离选通控制电路和嵌入式处理模块连接，所述的ICCD分别和距离选通控制电路和嵌入式处理模块连接，所述ICCD还和接收光学系统连接，还包括声呐探测系统，所述的声呐探测系统通过距离选通控制电路和嵌入式处理模块连接。所述的激光系统设有两个激光器，分别为第一激光器和第二激光器，所述第一激光器和第一光学整形发射系统连接，所述第二激光器和第二光学整形发射系统连接。所述第一激光器和第二激光器都为固体YAG激光器，波长为532nm，重复频率范围从0.2Hz到22.5kHz;，单脉冲能量范围为0.02mj到5000mj;平均功率从50mW到2000mW;脉宽范围从0.5ns到7ns.。所述声呐探测系统为工业级声呐，探测方式为主动式探测声呐，其控制方式采用RC-21控制器，发射脉宽范围在0.2ms到2.4ms内，最小发射周期时长为133ms，输出能量级别为0-10级，发射周期为目标距离探测周期的2—3倍。所述的ICCD的最小门宽范围是0.2ns到7ns。所述激光器系统、声呐探测系统、ICCD、接收光学系统通过三角形框架801真空绑定，处于一个水密封的箱体当中，其中声呐探测系统和距离选通控制电路绑定在一起。所述的声呐探测系统位于倒三角的中心。所述的声呐探测系统也可位于倒三角的下面底端。本专利技术还提供了一种利用所述的增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置进行成像的方法，包括以下步骤：第一步：开启声呐探测系统；第二步：通过声呐探测系统201、嵌入式处理模块、以及显示器601确定目标的距离和方位，并将距离和方位信息输入到嵌入式处理模块；第三步：嵌入式处理模块给距离选通控制电路发出指令，开启激光器系统，然后嵌入式处理模块通过距离选通控制电路给ICCD发出选通门开启及时长的命令；第四步：目标的前向散射光信息通过接收光学系统被ICCD接收，第五步：嵌入式处理模块通过初始的探测信息对激光器系统，距离选通控制电路，ICCD以及激光的状态进行调制和优化，直至观察到目标图像，同时操作者通过显示器601，观察是否收到清晰地目标图像。3、有益效果：本专利技术利用声呐预先探测目标距离，并将由此所得目标的距离信息输入到激光器的发射控制中，从而有效控制对已知目标的探测器接受窗口的开启时间，进而有效过滤水体的杂散光，提高图像的成像清晰度，并有效提高对目标的探测距离。同时为了进一步提高对目标的照度，特增加为双激光光源，进一步提高光源亮度。附图说明图1是增强式声呐辅助激光水下成像系统的结构简图。图2是声呐位于中心的倒三角双激光水下成像系统的正视图。图3是声呐位于底部的倒三角双激光水下成像系统的正视图。具体实施方式下面通过附图来对本专利技术进行详细说明。声呐在水下的监控中一直起着举足轻重的作用。其原因是因为声呐具有强大的方向性特征和在水下远距离传播能力。声纳可以对水中目标的距离预先做出判断，从而可以反馈给光学成像系统，对出射光的能量，状态以及照射角度进行控制，使操作者可以采用更为定向的方法对目标进行监控。由于目标的距离与尺寸信息可知，那么对目标发射的激光能量就可以有的放矢的控制。这样可以更为有效地利用激光光源的特性，包括偏振。随之而来的就是利用目标物体反射前向散射和散射光的强度的分布进一步得到物体的更多细节，由此提升探测距离。目前的激光水下成像装置不含声呐辅助设备，所以激光水下成像首先通过激光照射进行目标寻访，而在目标距离和方位未知的情况下，很难精确控制激光照射的能量，时间和激光器的状态。相反如果增加声呐的距离和方位探测功能，那么整个激光的照射和反射前向散射光的接收将变得有的放矢。基于此，如图1所示，本专利技术提供了一种增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置，包括距离选通控制电路401、嵌入式处理模块501、显示器601、激光器系统、ICCD302。其中距离选通控制电路401、显示器601都和嵌入式处理模块501连接，所述的激光器通过距离选通控制电路401和嵌入式处理模块501连接，所述的ICCD302分别和距离选通控制电路401和处理控制模块501连接，所述ICCD302还和接收光学系统301连接，还包括声呐探测系统201，所述的声呐探测系统201通过距离选通控制电路401和嵌入式处理模块501连接。本专利技术是通过声呐辅助，对目标的距离和方位进行预先探测。由于声音在水中的衰减很小，而且声音的传输速度很快，因此在很短的时间内就可以对目标进行扫描，并快速进行定位，然后依据目标的距离，通过嵌入式处理模块501进行前向散射时间和探测窗口时长的计算，从而有效的控制激光开启时间和门控窗口的开启时长，以此对目标前向散射的光学信号进行有效捕捉，实现有的放矢的探测。由于目标的距离和方位的已知，本光学系统可以有效地控制激光器的输出功率，频率，和光学状态。由于ICCD302可以更为有效的选择对目标前向散射光的探测时间和时长，因此可以更为有效地对水体杂散光进行过滤，从而提高对目标的图像识别和增强，也即可以进一步提高对目标的探测距离。声呐探测系统201开启对目标的探测和扫描，因为声音在水下的衰减很小，而且因为声音的传输距离很远，对近距离目标探测可以非常迅速。当将目标的距离和方位确定以后，其数据将被送入嵌入式处理模块501和距离选通控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置，包括距离选通控制电路（401）、嵌入式处理模块（501）、显示器（601）、激光器系统、ICCD（302），距离选通控制电路（401）、显示器（601）都和嵌入式处理模块（501）连接，所述的激光器通过距离选通控制电路（401）和嵌入式处理模块（501）连接，所述的ICCD（302）分别和距离选通控制电路（401）和嵌入式处理模块（501）连接，所述ICCD（302）还和接收光学系统（301）连接，其特征在于：还包括声呐探测系统（201），所述的声呐探测系统（201）通过距离选通控制电路（401）和嵌入式处理模块（501）连接。

【技术特征摘要】
1.一种增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置，包括距离选通控制电路（401）、嵌入式处理模块（501）、显示器（601）、激光器系统、ICCD（302），距离选通控制电路（401）、显示器（601）都和嵌入式处理模块（501）连接，所述的激光器通过距离选通控制电路（401）和嵌入式处理模块（501）连接，所述的ICCD（302）分别和距离选通控制电路（401）和嵌入式处理模块（501）连接，所述ICCD（302）还和接收光学系统（301）连接，其特征在于：还包括声呐探测系统（201），所述的声呐探测系统（201）通过距离选通控制电路（401）和嵌入式处理模块（501）连接。2.如权利要求1所述的增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置，其特征在于：所述的激光系统设有两个激光器，分别为第一激光器（1012）和第二激光器（1022），所述第一激光器（1012）和第一光学整形发射系统（1011）连接，所述第二激光器（1022）和第二光学整形发射系统（1021）连接。3.如权利要求2所述的增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置，其特征在于：所述第一激光器（1012）和第二激光器（1022）都为固体YAG激光器，波长为532nm，重复频率范围从0.2Hz到22.5kHz;，单脉冲能量范围为0.02mj到5000mj;平均功率从50mW到2000mW;脉宽范围从0.5ns到7ns.。4.如权利要求1-3任一权利要求所述的增强式声呐辅助距离选通激光水下成像装置，其特征在于：所述声呐探测系统（201）为工业级声呐，探测方式为主动式探测声呐，其控制方式采用RC-21控制器，发射脉宽范围在0.2ms到2.4ms内，最小发射周期时长为133ms，输出能量级别为0-10级，发射周期为目标距离探测周期的2—3倍。5.如权利要求1-3任一权利要求所述的增强式声呐辅助距离选通激光水下成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉平，
申请(专利权)人：南京第五十五所技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32