一种激光多层目标回波模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光主动成像技术领域，并具体公开了一种激光多层目标回波模拟装置及方法。包括：用于生成待模拟目标的N个不同延时二维切面图像以及二维切面图像对应的强度分布的目标三维图距

【技术实现步骤摘要】
一种激光多层目标回波模拟装置及方法


[0001]本专利技术属于激光主动成像
，更具体地，涉及一种激光多层目标回波模拟装置及方法。

技术介绍

[0002]激光成像制导技术属于主动成像制导，不但可以获取目标的强度信息，还可以获得目标的三维距离像、强度像等信息，是一种应用于导弹武器系统实现精确打击的重要制导模式。随着激光成像探测技术的不断发展，激光主动成像探测已采用基于APD的面阵探测器作为信号探测单元，即每发射一次激光脉冲信号即可得到一幅视场范围内的三维图像，因此其对应的制导闭环控制半实物仿真则要求能够实时高频的产生高精度三维激光回波信号。
[0003]目前国内外有光激光回波信号模拟的技术方案，主要有直接电信号注入、光信号投影和光学MEMS微镜阵列方案。（1）直接电信号注入方案将生成的回波电信号直接注入被试激光成像雷达的信号处理系统，不输入光学回波，因而无法充分测试被测系统的光电探测性能。（2）光信号投影方案将光学回波信号投影到接收光学系统的入瞳处，该方案目前的回波通道数量较少，只能通过扫描方式实现大阵列规模的二维面阵回波信号的生成，系统复杂度高，实时性较差。（3）MEMS微镜阵列基于分层延时切片原理，每个像元对应一个回波通道，采用对每个回波通道进行延时切片组合控制的方式，实现该像元通道上目标点不同延时信息的融合模拟。若激光成像雷达探测器对应128
×
128像元阵列规模，则需要实现对16384路线阵回波通道的同步控制；同时为了实现高精度距离分辨率激光回波模拟器的每个像元通道都需要大量延时切片构成，因而需要大规模的光开关阵列实现对激光三维场景的实时空间重构，光开关阵列器件研发难度极大，且成像帧频受限于光开关的速度，也很难满足kHz级成像帧频模拟测试的要求。
[0004]中国专利CN 112698350 A公开了“一种激光主动成像雷达目标信号模拟系统和方法”，其通过信号发生系统产一级光学延时脉冲信号和不同延时切面图像像元导通信息，采用光纤阵列实现二级光学延时脉冲信号，系统固化后，距离分辨率调节难度大，且系统不具备目标回波强度信息的模拟。中国专利CN 108519590 A公开了一种“激光成像雷达回信号模拟方法及模拟器”，采用被测设备的激光信号作为分成图像照明光源，可消除系统部分电子触发抖动，但其激光信号需要耦合至光纤束中，经历光源与光纤束的横向和纵向的压缩和耦合，且光纤束规模与模拟图像像元数成正相关，当系统分辨率提高时，系统光学对准、调试难度大。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发基于激光主动成像探测的内场仿真试验需求，提供一种分层延时切片原理的激光主动成像雷达目标回波模拟装置及方法，采用百万像素的DMD数字微镜作为目标图像投影器，结合高精度延迟触发器，触发光源按照设定
延时照明按区划分的分层目标图像，用于解决现有激光成像雷达目标回波信号模拟技术方案中光学回波频率低、距离分辨率调节不灵活、照明光学系统复杂等问题，形成高重复频率、带有强度信息的目标回波模拟信号。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种激光多层目标回波模拟装置，包括：用于生成待模拟目标的N个不同延时二维切面图像以及二维切面图像对应的强度分布的目标三维图距
‑
强度信息生成系统，其中，二维切面图像阵列为A
×
B，强度分布序列为I
j
， j=1
…
N；用于产生N个延时脉冲驱动信号t
j
的同步延时信号生成系统；用于将N个不同延时t
j
、不同强度I
j
二维切面图像进行空间平行投射的分层图像投影系统；以及用于将平行投射出的N个二维切面图像叠加成三维距离
‑
强度图像，并将该三维距离
‑
强度图像投影至被测设备的入瞳处、以实现激光回波信号飞行时间信息和强度信息的实时空间重构的图像重构系统。
[0007]作为进一步优选的，所述目标三维图距
‑
强度信息生成系统根据待模拟目标材质、背景、形状、距离、纵向分辨率、观测角度及被测设备的APD阵列像素数X
×
Y参数，生成目标的N个不同延时二维切面图像及对应的强度分布，二维切面图像阵列为A
×
B；强度分布序列为I
j
。
[0008]作为进一步优选的，所述同步延时信号生成系统包括控制器和脉冲信号发生器，所述控制器用于接收同步信号，所述同步信号用于启动脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器用于产生不同延时二维切面图像对应的延时脉冲驱动信号，逐个触发分层图像投影系统中激光源阵列的N个点光源；N个点光源的驱动电流根据强度分布序列I
j
确定。
[0009]作为进一步优选的，所述分层图像投影系统包括DMD数字微镜阵列、激光源阵列和照明光学模块，所述DMD数字微镜阵列按时间延迟顺序分布N个不同延时二维切面图像的每个像元反射状态信息，所述激光源阵列用于产生模拟信号所需的激光脉冲，每个激光源通过照明光学模块均匀准直照明所述DMD数字微镜阵列上的与其对应的一个二维切面图像。
[0010]作为进一步优选的，所述DMD数字微镜阵列每个像素的反射状态可调；N个不同延时二维切面图像在DMD数字微镜阵列上分布成A
×
B的区块阵列，其中N=A
×
B。
[0011]作为进一步优选的，所述图像重构系统包括微透镜阵列和合像镜头，所述微透镜阵列包括与A
×
B个区块阵列一一对应的A
×
B个微透镜。
[0012]按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种激光多层目标回波模拟方法，采用上述的装置实现，包括以下步骤：S1生成待模拟目标的N个不同延时二维切面图像以及二维切面图像对应的强度分布，其中，二维切面图像阵列为A
×
B，强度分布序列为I
j
， j=1
…
N；S2采用N个延时脉冲驱动信号t
j
将将N个不同延时t
j
、不同强度I
j
二维切面图像进行空间平行投射；S3将平行投射出的N个二维切面图像叠加成三维距离
‑
强度图像，并将该三维距离
‑
强度图像投影至被测设备的入瞳处，完成激光回波信号飞行时间信息和强度信息的实
时空间重构。
[0013]作为进一步优选的，步骤S1具体包括：在目标三维图距信息生成系统输入待模拟目标材质、背景、形状、距离、纵向分辨率、观测角度及被测设备的APD阵列像素数X
×
Y，生成目标的N个不同延时二维切面图像及对应的强度分布，其中，二维切面图像阵列为A
×
B；强度分布序列为I
j
；步骤S2中，根据N个不同延时二维切面图像像元信息设置DMD相应的A
×
B个区块阵列中每个微镜翻转状态，以及N个点阵列激光源的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光多层目标回波模拟装置，其特征在于，包括：用于生成待模拟目标的N个不同延时二维切面图像以及二维切面图像对应的强度分布的目标三维图距
‑
强度信息生成系统，其中，二维切面图像阵列为A
×
B，强度分布序列为I
j
， j=1
…
N；用于产生N个延时脉冲驱动信号t
j
的同步延时信号生成系统；用于将N个不同延时t
j
、不同强度I
j
二维切面图像进行空间平行投射的分层图像投影系统；以及用于将平行投射出的N个二维切面图像叠加成三维距离
‑
强度图像，并将该三维距离
‑
强度图像投影至被测设备的入瞳处、以实现激光回波信号飞行时间信息和强度信息的实时空间重构的图像重构系统。2.根据权利要求1所述的一种激光多层目标回波模拟装置，其特征在于，所述目标三维图距
‑
强度信息生成系统根据待模拟目标材质、背景、形状、距离、纵向分辨率、观测角度及被测设备的APD阵列像素数X
×
Y参数，生成目标的N个不同延时二维切面图像及对应的强度分布，二维切面图像阵列为A
×
B；强度分布序列为I
j
。3.根据权利要求1所述的一种激光多层目标回波模拟装置，其特征在于，所述同步延时信号生成系统包括控制器和脉冲信号发生器，所述控制器用于接收同步信号，所述同步信号用于启动脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器用于产生不同延时二维切面图像对应的延时脉冲驱动信号，逐个触发分层图像投影系统中激光源阵列的N个点光源；N个点光源的驱动电流根据强度分布序列I
j
确定。4.根据权利要求1所述的一种激光多层目标回波模拟装置，其特征在于，所述分层图像投影系统包括DMD数字微镜阵列、激光源阵列和照明光学模块，所述DMD数字微镜阵列按时间延迟顺序分布N个不同延时二维切面图像的每个像元反射状态信息，所述激光源阵列用于产生模拟信号所需的激光脉冲，每个激光源通过照明光学模块均匀准直照明所述DMD数字微镜阵列上的与其对应的一个二维切面图像。5.根据权利要求4所述的一种激光多层目标回波模拟装置，其特征在于，所述DMD数字微镜阵列每个像素的反射状态可调；N个不同延时二维切面图像在DMD数字微镜阵列上分布成A
×
B的区块阵列，其中N=A
×
B。6.根据权利要求5所述的一种激光多层目标回波模拟装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：范小康，史要涛，于翠萍，于临昕，徐旭阳，
申请(专利权)人：武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：