SBS激光雷达水下探测自动扫描系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于受激布里渊散射(SBS)激光雷达的水下探测自动扫描系统，为了便于在实际运用中发挥SBS激光雷达的反隐身探测优势，该系统可安装在船的底部，在水下完成自动扫描，该系统解决了手动实验的繁琐和探测精度很难把握的问题，同时消除了实验中光只能从水面射入带来的水面反射影响。其探测方法的主要特征是：把整个光路和电控平台集成在一个密闭容器里，容器由金属和玻璃构成，通过控制器来控制光路方向和激光在水下的聚焦的位置，同时控制激光能量和数据采集，达到激光雷达的探测和扫描。该发明专利技术有效的提高了操作的便携性和探测精度，方便运用到实际的水下探测中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水下物体探测
，特别是涉及水下物体的采用布里渊散射法探测的

技术介绍
海洋激光雷达系统经过了几代的发展，技术上已经趋于成熟，其优缺点也非常明显。传统的海洋激光雷达系统，其探测的水下物体的方法都是直接探测物体或者海底的反射信号，属于幅度探测。布里渊海洋激光雷达系统突破了这一传统，利用调频探测的手段， 直接探测水体本身的回波信号，通过对此信号的分析，识别物体的有无，进而确定其深度， 且可以进一步通过扫描获得更多的信息。这种探测方法使得目前任何针对幅度探测的隐身技术都不起作用。然而，基于自发布里渊散射的激光雷达系统实际表现比较一般，其主要原因是，自发信号的不可控性增加了不同深度回波信号的串扰，使得探测的距离分辨率较差， 并且未经处理的高能量单纵模激光直接与水体接触，在近距离就可能产生非常强烈的受激布里渊散射(SBQ，导致激光的水下有效传输距离变短。通过仔细的理论分析和实验，北师大和南昌航大提出并成功研制了基于SBS的激光雷达系统。该系统使用会聚光路将入射激光会聚于指定深度，由于SBS的阈值特性，只有在会聚点附近SBS才会发生，而之前的位置处没有SBS信号，从而获得了很好的深度分辨率。另一方面，高能激光刚入水的时候处于扩束状态，其功率密度并不高，从而避免了不必要的非线性效应带来额外的能量损失。但是实验操作很繁杂，而且手动操作很难达到高精度、高效率的自动实时探测，探测范围有限，而且不能有效的阻止水面的反射带来的干扰。
技术实现思路
本专利技术是针对上述现有技术的不足，研制了一套能够完成自动探测和扫描的SBS激光雷达装置。该装置主要包括1、反射镜2、偏振片3、四分之一玻片4、凹透镜5、凸透镜6、位移平台7、大转台8、容器(材料是金属和玻璃)9、钢筋10、固定支架11、玻璃12、反射镜要实现自动探测和扫描实验除了这套装置外，还有l、pc机2、时序控制装置(脉冲延时发生器DG53Q 3、YAG脉冲激光器4、信号采集和接收装置(课题组研制的F-P标准具，数据采集卡、增强型CCD) 5、扫描控制器的软硬件SBS激光雷达的工作原理是通过SBS信号的有无来判断物体的存在。本专利技术把探测光路和扫描原器件集成在容器里，以方便能伸到水下，安装在船的底部，通过控制器来控制装置，另外结合船里面的光源和接收装置，来发挥雷达的功能。所述的装置最关键的地方是能够把整个装置伸入水下，而且扫描精度要求非常高，结合图来说明，在长方体容器里，先把反射镜、偏振片、四分之一玻片用光路对准，在容器内固定住，紧接着在容器底端固定一个大转台，转台中央固定一个反射镜，一侧固定滑台，滑台上固定凹透镜(焦距可选)，凹透镜的前方固定一个凸透镜(焦距可选)，凹透镜和凸透镜组合，通过改变两者的相对位置，来改变焦点在水中的位置，透镜组的成像公式为权利要求1.SBS激光雷达水下探测自动扫描系统包括pc机、扫描控制器、YAG脉冲激光器、F-P 标准具、ICCD、反射镜(1)、偏振片O)、四分之一玻片(3)、凹透镜0)、凸透镜(5)、位移平台(6)、大转台(7)、容器(8)、钢筋(9)、固定支架(10)、玻璃(11)，反射镜(12)YAG脉冲激光器输出激光束经过反射镜(1)后，通过偏振片O)，然后再通过四分之一玻片( 变成圆偏振光，再射入固定在大转台上(7)上的反射镜(12)，光束被反射到凹透镜(4)和凸透镜( 组成的聚焦系统上，聚焦系统使所述探测激光束透过玻璃(11)聚焦在 pc机给定的深度，在该探测深度处产生的SBS信号光束沿原路返回，所述的SBS信号光束依次通过凸透镜( 和凹透镜(4)重新变成平行光束，然后再一次通过四分之一玻片(3)变成垂直偏振光，该垂直偏振光被偏振片( 反射到F-P标准具上，该F-P标准具和ICXD密封组成检测、处理和接收受激布里渊散射光谱，并且把该光谱由圆环状显示在pc上，pc机上显示的就是探测结果。控制器控制滑台(6)运动，给定一个聚焦深度，从而改变激光在水下的焦点，同时控制器控制大转台(7)的转动，改变光的传播方向，使扫描范围扩展到0 360°。2.如权利要求1所述的SBS激光雷达水下探测自动扫描系统，其特征在于能基于SBS 激光探测原理，把光路和电控部分集成在一个密闭容器(8)里，在水下完成自动扫描，大大提高了操作的便携性和探测精度。3.如权利要求1所述的SBS激光雷达水下探测自动扫描系统，其特征在于控制器芯片采用TI公司的数字处理器TMS320SM812，负责完成外部信号的处理和整个控制算法的运算和实现，控制算法采用PID控制算法，整个控制形成闭环控制，精度完全可以满足探测的高要求。4.如权利要求1所述的SBS激光雷达水下探测自动扫描系统，其特征在于光源波长为532nm，脉冲频率为每秒10个脉冲，脉宽为6 10ns。5.如权利要求1所述的SBS激光雷达水下探测自动扫描系统，其特性在于F-P标准具的自由光谱范围为18. 5 20GHz，入射窗口宽5mm，光的入射角约为1.6°。全文摘要本专利技术提出一种基于受激布里渊散射(SBS)激光雷达的水下探测自动扫描系统，为了便于在实际运用中发挥SBS激光雷达的反隐身探测优势，该系统可安装在船的底部，在水下完成自动扫描，该系统解决了手动实验的繁琐和探测精度很难把握的问题，同时消除了实验中光只能从水面射入带来的水面反射影响。其探测方法的主要特征是把整个光路和电控平台集成在一个密闭容器里，容器由金属和玻璃构成，通过控制器来控制光路方向和激光在水下的聚焦的位置，同时控制激光能量和数据采集，达到激光雷达的探测和扫描。该专利技术有效的提高了操作的便携性和探测精度，方便运用到实际的水下探测中。文档编号G01S17/02GK102243307SQ20111009260公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日专利技术者何兴道, 刘娟, 史久林, 李淑静, 马庆 申请人:南昌航空大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．ＳＢＳ激光雷达水下探测自动扫描系统包括：ｐｃ机、扫描控制器、ＹＡＧ脉冲激光器、Ｆ－Ｐ标准具、ＩＣＣＤ、反射镜（１）、偏振片（２）、四分之一玻片（３）、凹透镜（４）、凸透镜（５）、位移平台（６）、大转台（７）、容器（８）、钢筋（９）、固定支架（１０）、玻璃（１１），反射镜（１２）ＹＡＧ脉冲激光器输出激光束经过反射镜（１）后，通过偏振片（２），然后再通过四分之一玻片（３）变成圆偏振光，再射入固定在大转台上（７）上的反射镜（１２），光束被反射到凹透镜（４）和凸透镜（５）组成的聚焦系统上，聚焦系统使所述探测激光束透过玻璃（１１）聚焦在ｐｃ机给定的深度，在该探测深度处产生的ＳＢＳ信号光束沿原路返回，所述的ＳＢＳ信号光束依次通过凸透镜（５）和凹透镜（４）重新变成平行光束，然后再一次通过四分之一玻片（３）变成垂直偏振光，该垂直偏振光被偏振片（２）反射到Ｆ－Ｐ标准具上，该Ｆ－Ｐ标准具和ＩＣＣＤ密封组成检测、处理和接收受激布里渊散射光谱，并且把该光谱由圆环状显示在ｐｃ上，ｐｃ机上显示的就是探测结果。控制器控制滑台（６）运动，给定一个聚焦深度，从而改变激光在水下的焦点，同时控制器控制大转台（７）的转动，改变光的传播方向，使扫描范围扩展到０～３６０°。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何兴道，马庆，刘娟，史久林，李淑静，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：36