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CN110109132A - 一种光反馈主波信号的激光探测系统 - Google Patents

一种光反馈主波信号的激光探测系统 Download PDF

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CN110109132A
CN110109132A CN201910305420.3A CN201910305420A CN110109132A CN 110109132 A CN110109132 A CN 110109132A CN 201910305420 A CN201910305420 A CN 201910305420A CN 110109132 A CN110109132 A CN 110109132A
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CN
China
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laser
optical
detection system
main wave
optical feedback
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Pending
Application number
CN201910305420.3A
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English (en)
Inventor
叶茂生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Original Assignee
Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
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Publication date
Application filed by Beijing Institute of Remote Sensing Equipment filed Critical Beijing Institute of Remote Sensing Equipment
Priority to CN201910305420.3A priority Critical patent/CN110109132A/zh
Publication of CN110109132A publication Critical patent/CN110109132A/zh
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光反馈主波信号的激光探测系统，包括：激光器(1)、发射光学系统(2)、探测器(3)、接收光学系统(4)、光反馈物件(5)、信号处理机(6)。激光探测系统工作时，激光器(1)发射的激光光束经过发射光学系统(2)整形后，对指定的激光发射视场进行照射；接收光学系统(4)对激光发射视场内的光束进行收集，并聚焦到探测器(3)上进行光电转换；置于激光发射光路边缘或光路上的光反馈物件(5)，对激光发射光束进行散射或部分反射；光反馈信号和目标的激光回波信号都经过接收光学系统(4)被探测器(3)接收；信号处理机(6)将光反馈信号作为激光探测系统的高精度主波信号，根据两个信号之间的时间差得出目标的距离信息。本发明提供的激光探测系统测距精度高，系统简单可靠。

Description

一种光反馈主波信号的激光探测系统
技术领域
本发明涉及一种激光探测技术领域，特别涉及一种光反馈主波信号的激光探测系统。
背景技术
目前常用的激光探测系统都是基于脉冲飞行测距体制。脉冲飞行测距体制通过计算目标回波脉冲时刻与脉冲发射时刻(即主波信号)的时间差计算并得出目标的距离信息，因此其主波信号的时刻精度在很大程度上影响系统的测距精度。
一般的激光探测系统采用发射脉冲的控制信号作为系统的主波信号，如半导体激光探测系统以发射控制脉冲信号作为主波信号，固体激光探测系统以调Q控制信号作为主波信号。由于控制信号与激光脉冲产生时刻有延时，这个延时会随着环境温度的变化发生漂移。因此，这种体制的激光探测系统的测距精度在环境温度变化下难以保证。且在某些场合中，如导弹激光探测、空间激光探测，这种体制激光探测系统无法感知发射激光器是否损坏。
在某些应用中，为了提高系统的测距精度，采用了在发射激光器内部加装一个激光探测器，对发射激光脉冲进行探测，从而激光探测系统的精确主波信号。这种体制的激光测距系统有较高的测距精度，同时可以感知发射激光器的好坏，但采用了额外的激光探测器及电路，提高了系统的复杂度，增加了成本，降低了系统的可靠性。
发明内容
本发明目的在于提供一种光反馈主波信号的激光探测系统，以解决现有激光探测系统主波信号测距精度在环境温度变化下难以保证，或在引入额外激光探测器下增加了系统复杂度的问题。
针对上述技术问题，本发明提出一种光反馈主波信号的激光探测系统，其包括：激光器，发射光学系统，探测器，接收光学系统，光反馈物件，信号处理机；激光器发射的激光发射光束经过发射光学系统整形后，对指定的激光发射视场进行照射；接收光学系统对视场内的目标回波光束进行收集并聚焦到探测器上进行光电转换；置于激光发射光路边缘或光路上的光反馈物件对激光发射光束进行散射或部分反射；光反馈信号和目标回波信号都经过接收光学系统被探测器接收；信号处理机将光反馈信号作为激光探测系统的高精度主波信号，根据光反馈信号和目标回波信号之间的时间差得出目标的距离信息。
进一步，所述的光反馈物件是处于激光发射光路边缘的散射体，对激光发射光束边缘进行散射。
进一步，所述的光反馈物件是处于激光发射光路上的部分分光镜或外部光学窗口，反射极小部分光，透射绝大部分光。
进一步，所述的激光探测系统的激光发射光束和激光接收光束即可以处在一个共同的光路上，也可以处于两个平行的光路上。
进一步，所述的光反馈物件通过调节其自身大小和表面反射率来调整其散射光反馈能量，或通过对分光镜或窗口表面镀膜、调节膜系反射率来调整反射光反馈能量。
进一步，所述的探测器是PIN光电探测器、APD探测器或者PIN/APD探测器阵列。
本发明采用的光反馈物件将激光发射光束散射或部分反射并作为激光探测系统的高精度主波信号，环境温度适应性好，结构简单可靠，成本低，且可以通过光反馈主波信号的存在感知发射激光器是否完好。
附图说明
图1是本发明提供的光反馈主波信号的激光探测系统的示意图。
1.激光器 2.发射光学系统 3.探测器 4.接收光学系统 5.光反馈物件 6.信号处理机 7.激光发射光束 8.光反馈信号 9.目标回波光束
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1，本发明的一种光反馈主波信号的激光探测系统，包括：激光器1，发射光学系统 2，探测器3，接收光学系统4，光反馈物件5，信号处理机6。激光器1产生的激光经由发射光学系统2之后生成激光发射光束7。
所述的激光探测系统采用光反馈物件5对激光发射光束7进行散射或部分反射，形成光反馈信号8，作为激光探测系统的高精度主波信号。
激光探测系统工作时，激光器1发射的激光发射光束7经过发射光学系统2整形后，对指定的激光发射视场进行照射；接收光学系统4对视场内的目标回波光束9进行收集，并聚焦到探测器3上进行光电转换；置于激光发射光路边缘或光路上的光反馈物件5，对激光发射光束7进行散射或部分反射；光反馈信号8和目标回波信号9都经过接收光学系统4被探测器3接收；信号处理机6将光反馈信号8作为激光探测系统的高精度主波信号，根据两个信号之间的时间差得出目标的距离信息。所述的光反馈物件5可以是处于激光发射光路边缘的散射体，对激光发射光束边缘进行散射，也可以是处于激光发射光路上的部分分光镜或外部光学窗口，反射极小部分光，透射绝大部分光。
所述的激光探测系统的激光发射光束和激光接收光束即可以处在一个共同的光路上，也可以处于两个平行的光路上。
所述的光反馈物件5可以通过调节其大小和表面反射率来调整其散射光反馈能量，或通过对分光镜或窗口表面镀膜、调节膜系反射率来调整反射光反馈能量。
所述的探测器3可以是PIN光电探测器，可以是APD探测器，可以是PIN/APD探测器阵列。
本发明采用的光反馈物件将激光发射光束散射或部分反射并作为激光探测系统的高精度主波信号。本发明的激光探测系统中，舍弃了增加激光探测器的方案，选择在激光发射光路边缘或光路上加装一个光反馈物件，将发射激光光束的极小一部分能量反馈回系统的接收探测器，信号处理机将其作为系统的主波信号。该方案主波信号精度高，不同环境温度下适应性好，成本低，系统简单可靠。可以通过光反馈主波信号的存在感知发射激光器是否完好。

Claims (6)

1.一种光反馈主波信号的激光探测系统，包括：激光器(1)，发射光学系统(2)，探测器(3)，接收光学系统(4)，光反馈物件(5)，信号处理机(6)；其特征在于，
激光器(1)发射的激光发射光束(7)经过发射光学系统(2)整形后，对指定的激光发射视场进行照射；接收光学系统(4)对视场内的目标回波光束(9)进行收集并聚焦到探测器(3)上进行光电转换；置于激光发射光路边缘或光路上的光反馈物件(5)对激光发射光束(7)进行散射或部分反射；光反馈信号(8)和目标回波信号(9)都经过接收光学系统(4)被探测器(3)接收；信号处理机(6)将光反馈信号(8)作为激光探测系统的高精度主波信号，根据光反馈信号(8)和目标回波信号(9)之间的时间差得出目标的距离信息。
2.根据权利要求1所述的一种光反馈主波信号的激光探测系统，其特征在于，所述的光反馈物件(5)是处于激光发射光路边缘的散射体，对激光发射光束边缘进行散射。
3.根据权利要求1所述的一种光反馈主波信号的激光探测系统，其特征在于，所述的光反馈物件(5)是处于激光发射光路上的部分分光镜或外部光学窗口，反射极小部分光，透射绝大部分光。
4.根据权利要求1所述的一种光反馈主波信号的激光探测系统，其特征在于，所述的激光探测系统的激光发射光束和激光接收光束即可以处在一个共同的光路上，也可以处于两个平行的光路上。
5.根据权利要求2或3所述的一种光反馈主波信号的激光探测系统，其特征在于，所述的光反馈物件(5)通过调节其自身大小和表面反射率来调整其散射光反馈能量，或通过对分光镜或窗口表面镀膜、调节膜系反射率来调整反射光反馈能量。
6.根据权利要求1所述的一种光反馈主波信号的激光探测系统，其特征在于，所述的探测器(3)是PIN光电探测器、APD探测器或者PIN/APD探测器阵列。
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