CN101975942A

CN101975942A - 用于多光谱雷达的收发光机共用装置

Info

Publication number: CN101975942A
Application number: CN 201010278622
Authority: CN
Inventors: 何云涛; 江月松; 叶继海; 赵继芝
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2011-02-16

Abstract

本发明公开了一种新型的用于多光谱雷达的收发光机共用装置。在本发明中，多光谱雷达的发射模块和接收模块共用一个光机扫描系统：用于探测的发射光束经过转折和扩束，最终经过主平面镜向目标发射；同时，主平面镜还接收来自目标的散射回波光束以及目标本身的红外热辐射和可见光光波段的散射光束所组成的多光谱光束，经望远镜接收后最终经被CCD相机探测；同时，在望远镜的次镜前放置小型的反射分光镜将接收到的部分多光谱光束反射进入分光棱镜中，以方便后续对其他光谱的光束进行处理。本发明在工作中，只需要通过主反射镜的旋转即可完整多光谱雷达的扫描探测，大大简化了收发装置，且避免了收发分离引起的不同步和多探测器导致的图像配准问题。

Description

用于多光谱雷达的收发光机共用装置

技术领域

本发明主要涉及用于多光谱雷达的收发光机共用装置，通过发射和接收共用的主反射镜的旋转扫描来实现收发光机共用，属于激光雷达领域。

背景技术

激光雷达(LIght Detection And Ranging，lidar)是以激光束作为信息载体，可以用振幅、相位、频率和偏振来搭载信息的雷达。它不但能够精确测距，而且能够精确测速、精确跟踪。继无线电雷达、甚高频雷达、微波雷达之后，激光雷达把辐射源的频率提高到光频段，比毫米波高出两到四个数量级。

近50年来，随着激光技术、相关元器件及其技术的逐渐成熟，激光雷达技术研究已经取得了长足的进展，其独特的技术优势越来越被人们所认同。实践证明，激光雷达既可充当雷达的补充手段，又可在某些军事和民用方面起到雷达所不能起的作用。在近几年美国国防关键技术计划中，将激光雷达与先进的单基地雷达、多基地雷达、自动目标识别雷达及相控阵雷达并列为高灵敏度雷达，作为重点投资对象加以发展。

在激光雷达的发展历程中，激光雷达的多光谱技术是一个重要的发展方向。多光谱雷达是指在激光雷达中，系统发射出多个不同频率的波长的激光束对同一目标进行探测，而且还可包括对目标的热辐射和可见光的探测，以获得对目标的更加丰富信息。

激光雷达对目标的探测需要以发射激光对探测空间的扫描为前提，现有的扫描方式有多种，大体可分为电光扫描、声光扫描、旋转多面镜扫描。无论任那一种扫描，其基本结构都是将激光的发射机构和接收机构分开，分别进行发射光束和结构光束。这种结构对于单波长的激光雷达而言，还是可以接受的。但对于多光谱雷达而言，由于需要发射多个频率的激光束和接收多个波长的光束。如果仍然按照传统的收发结构，多光谱雷达的探测就要求雷达系统需要增加相应的发射接收装置，这样就大大增加系统的复杂度。而且，由于每个频率的光谱光束通道都需要通过电机控制进行扫描探测，不同的探测结果会由于光机系统存在的误差和不同步，导致不同光谱的探测结果在融合时需要后续的处理以实现图像的配准，增加了处理的时间和系统的负担。

本发明主要针对这这些问题，通过巧妙的光机结构的设计，将多光谱的接收装置和发射装置实现光机共用，在多光谱雷达工作的过程中只需要旋转主反射镜就可实现所有光谱分量的同步扫描，而且不同光谱频率的探测结果也然是配准的，无需后续处理即可进行信息融合和判别。

发明内容

本发明公开了一种新型的用于多光谱雷达的收发光机共用装置，主要通过多光谱雷达的发射和接收共用的主反射镜的旋转扫描来实现收发光机共用的目的。由于收发光机共用，可降低雷达系统的复杂度，避免了因收发分离引起的不同步和多探测器导致的图像配准问题。

在本发明中，多光谱雷达的发射模块和接收模块共用一个光机扫描系统：用于探测的发射光束经过转折和扩束，最终经过主平面镜向目标发射；同时，主平面镜还接收来自目标的散射回波光束以及目标本身的红外热辐射和可见光光波段的散射光束所组成的多光谱光束，经望远镜接收后最终经被CCD相机探测；同时，在望远镜的次镜前放置小型的反射分光镜将接收到的部分多光谱光束反射进入分光棱镜中，以方便后续对其他光谱的光束进行处理。本发明在工作中，只需要通过主反射镜的旋转即可完整多光谱雷达的扫描探测，大大简化了收发装置，且避免了收发分离引起的不同步和多探测器导致的图像配准问题。

本发明主要将多光谱雷达的发射和接收部分通过光机共用的形式，包括：主反射镜、扩束主透镜、扩束次透镜、全反射棱镜、望远镜次镜、分光反射镜、望远镜主镜、傅里叶透镜、CCD相机、分光棱镜。采用如下技术方案：

(1)用于探测的发射光束经全反射棱镜实现发射光束的转折，扩束次透镜和扩束主透镜实现发射光束的扩束；经扩束后的发射光束最终通过主反射镜发射出去照射目标；同时，主反射镜接收来自目标的散射回波光束以及目标本身的红外热辐射和可见光光波段的散射光束所组成的多光谱光束，经望远镜主镜和望远镜次镜接收后，在望远镜主镜后的傅里叶透镜的焦平面上被CCD相机探测；在望远镜的次镜前放置一个小型的反射分光镜，将望远镜次镜接收到多光谱光束的一部分反射进入分光棱镜中，以方便后续对接收到的多光谱光束进行处理；在多光谱雷达探测过程中，只利用主反射镜的旋转来实现多光谱雷达的扫描探测。

(2)本发明中使用的CCD相机为可见光或红外波段的，主要用来被动探测获取目标的可见光或红外图像。

(3)本发明中的望远镜主镜的中心透光孔中包含一个可见光或红外波段的带通滤光片，其通带为CCD相机的工作波段范围。

(4)所述的用于探测的发射光束是包含一个或多个工作频率叠加形成的光束。

本发明的主要特色：本发明主要通过多光谱雷达的发射和接收共用的主反射镜的旋转扫描来实现收发光机共用的目的。通过对接收和发射的光机装置的共用，有效降低了激光雷达系统的体积、重量、稳定性和可靠性，而且还可避免因收发分离引起的扫描不同步和多探测器导致的图像配准问题。

附图说明

图1为本发明的用于多光谱雷达的收发光机共用装置图

具体实施方式

根据本发明提出的用于多光谱雷达的收发光机共用装置，在具体实施方式中，用于探测的发射光束的波长为355nm和1064nm的两个波段的光束合成的。如图1所示，在散射和回波光束的接收过程中，除了探测上述两个波段外，还进行可见光的成像探测，也即本实施方式中应用的激光雷达是工作在多个光谱范围的。

本发明的用于多光谱雷达的收发光机共用装置的具体实施方式如下：用于探测的发射光束经全反射棱镜4实现发射光束的转折，扩束次透镜3和扩束主透镜2实现发射光束的扩束；经扩束后的发射光束最终通过主反射镜1发射出去照射目标；同时，主反射镜1还接收来自目标的散射回波光束以及目标本身的可见光光波段的散射光束所共同组成的多光谱光束，经望远镜主镜7和望远镜次镜5接收后，接收到可见光波段的光束在望远镜主镜7后的傅里叶透镜8的焦平面上被工作在可见光波段的CCD相机9探测；在望远镜的次镜前放置一个小型的反射分光镜6，将望远镜次镜5接收到多光谱光束的一部分反射进入分光棱镜10中，分光棱镜再将光束分为两束方便后续分别对355nm波段和1064nm波段的光束进行探测。

在多光谱雷达探测过程中，只需将旋转主反射镜1即可实现多光谱雷达的多光谱同步扫描探测。

Claims

1.一种用于多光谱雷达的收发光机共用装置，该装置包括主反射镜(1)、扩束主透镜(2)、扩束次透镜(3)、全反射棱镜(4)、望远镜次镜(5)、分光反射镜(6)、望远镜主镜(7)、傅里叶透镜(8)、CCD相机(9)、分光棱镜(10)，其特征在于：用于探测的发射光束经全反射棱镜实现发射光束的转折，扩束次透镜和扩束主透镜实现发射光束的扩束；经扩束后的发射光束最终通过主反射镜发射出去照射目标；同时，主反射镜接收来自目标的散射回波光束以及目标本身的红外热辐射和可见光光波段的散射光束所组成的多光谱光束，经望远镜主镜和望远镜次镜接收后，在望远镜主镜后的傅里叶透镜的焦平面上被CCD相机探测；在望远镜的次镜前放置一个小型的反射分光镜，将望远镜次镜接收到多光谱光束的一部分反射进入分光棱镜中，以方便后续对接收到的多光谱光束进行处理；在多光谱雷达探测过程中，只利用主反射镜的旋转来实现多光谱雷达的扫描探测。

2.根据权利要求1所述的用于多光谱雷达的收发光机共用装置，所述的CCD相机为可见光或红外波段的，主要用来被动探测获取目标的可见光或红外图像。

3.根据权利要求1或2所述的用于多光谱雷达的收发光机共用装置，所述望远镜主镜的中心透光孔中包含一个可见光或红外波段的带通滤光片，其通带为CCD相机的工作波段范围。

4.根据权利要求1所述的用于多光谱雷达的收发光机共用装置，所述的用于探测的发射光束是包含一个或多个工作频率叠加形成的光束。