CN102509408A

CN102509408A - 龙虾眼红外侦察告警器

Info

Publication number: CN102509408A
Application number: CN2011103109110A
Authority: CN
Inventors: 付跃刚; 欧阳名钊; 高天元; 王加科; 刘智颖; 张磊; 胡源
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-06-20

Abstract

一种应用龙虾眼透镜的红外侦察告警器，属于红外探测领域。现有技术将龙虾眼透镜用于X射线，X射线以掠入射的方式接触反射墙，实现反射成像。本发明之龙虾眼红外侦察告警器，将龙虾眼透镜应用于红外光波段，并使用高强度材料制作，具有大视场、环境适应能力强、可快速部署、高隐蔽性等特点。

Description

龙虾眼红外侦察告警器

技术领域

本发明属于红外探测技术领域。实为一种应用龙虾眼结构接收目标的部分红外辐射并能进行信息传输的龙虾眼红外侦察告警器。

背景技术

随着红外物理与技术的不断发展，红外探测技术已被广泛地应用于军事中。被动红外探测具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强、能在一定程度上识别伪装目标等特点。本发明所涉及的龙虾眼红外侦察告警器正是基于被动红外探测技术。

通常红外探测系统由光学系统、探测器、信息处理器等部分组成。红外光学系统的作用是把目标区域的红外辐射聚焦在探测器上，传统红外光学系统的视场都不大，这主要受限于它们的结构仅仅对称于唯一的一条光轴，随着视场的增加，像质会退化。而对于侦察告警器来说，越大的视场意味着越大的侦测范围，其战术效果重大。在现有光学成像技术领域也有一些扩大视场、消除像差的方案，例如广角镜头的视场为60～85°，超广角镜头的视场为95～120°，鱼眼镜头的视场接近230°。然而，这些方案都是多结构光学部件或光学系统，结构复杂、成本高、装校困难、重量大。受到红外材料性能等因素的限制要实现大角度视场的红外探测更加困难。

不同于其他动物的眼睛，龙虾的眼睛是利用反射原理成像。龙虾眼睛具有几乎完美的矩形棱台结构(图1)，矩形棱台结构是达到这一效果的关键，平行光1经过矩形棱台的内反射壁2反射到焦面3上(图2)。它具有两种特质，首先，由于球形的对称性，它没有固定的光轴，这样龙虾眼对于各个方向的光线的聚焦能力是等同的(换而言之，它具有全方位的视场)。第二，对于任意给定点，许多通道都参与到了像的形成，并且由于是反射成像，全谱段光波都会聚到同一像点上，这就使像很明亮且包含的信息更加丰富。这些特质使得龙虾可以在亮度条件很低的情况下有效地捕捉猎物。

受到龙虾眼全方位视场特性的启发，本发明的红外侦察告警器应用龙虾眼透镜，可实现结构轻便、低成本的大视场红外监控。并且龙虾眼透镜不使用传统的红外光学材料，可由高强度金属材料制作，环境适应能力强，具有可快速部署，高隐蔽性等特点。其在红外侦察告警领域里的应用前景广阔，目前未见同类型的红外侦察告警器。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现夜间红外监控告警任务的龙虾眼红外侦察告警器。系统主要由龙虾眼透镜4、非制冷红外球面探测器5、处理电路6、通讯组件7、太阳能电池8、太阳能板9、及支撑结构10组成(如图3)。系统的关键部件为龙虾眼透镜，它是实现一系列特殊功能的关键。龙虾眼透镜4主要负责收集目标红外辐射能，并聚焦成像到非制冷红外球面探测器5上。非制冷红外探测器5将采集的红外辐射能信号转化为电信号传送给处理电路6，并由处理电路6处理发送给通讯组件7。通讯组件7将信息以无线通讯的方式传输给基站完成侦察告警任务。在同一地区同时使用多个龙虾眼红外侦察告警器可以组建成一个监控网络，对某一地区实现夜间红外监控。太阳能板9可放置在距离龙虾眼告警探测器主体较远处，由太阳能板9在白天接收太阳能转化为电能并为太阳能电池8充电。夜晚龙虾眼红外侦察告警器工作时，由太阳能电池8供给电能工作，实现长时间工作免维护的目的。

本发明的新颖之处在于使用龙虾眼透镜作为收集目标红外辐射的光学采集器，其独特的反射成像原理，可以实现全方位的视场并且没有轴外像差与色差。配合使用减小球差的方法，可以实现其应用到红外侦察告警器的目的。为了达到野外条件下的伪装效果，龙虾眼透镜的微通道板结构中的各个微通道可以制作成大小不同的结构形式并在表面涂以保护色，同时可以把太阳能电池组封装在透镜的基底材料内，这样可以达到更好的伪装效果和空间利用率。

本发明能够解决的主要技术问题及其积极效果是：

1、龙虾眼透镜可以实现大视场的红外探测，并将其应用在红外告警领域能够实现大视场夜间红外监控。

2、由于龙虾眼的特殊结构以及其特殊的封装工艺，龙虾眼红外侦查告警器具有环境适应性好、可快速部署、免维护的特点。

3、红外龙虾眼透镜制作成本较低，可实现大规模部署。

4、通过无线通讯组件组成小规模网络覆盖，实现对监测区域的红外监控。

附图说明

图1为龙虾眼睛结构示意图

图2为龙虾眼反射成像原理图

图3为龙虾眼红外侦察告警器示意图

图4为龙虾眼透镜成像示意图

具体实施方式

龙虾眼透镜的结构与大多数光学系统不同，透镜表面布满棱台形状的通孔，这些棱台的内壁都指向球心O(图4)。棱台形通孔的内表面为反射表面，当辐射能辐射到内表面时遵循反射定律。和普通光学透镜的视场概念稍有不同，龙虾眼透镜的视场角θ等同于龙虾眼透镜作用球面11曲率中心O对物方空间的张角θ。并且其理想的成像面3是以龙虾眼透镜的作用球面11的半径r的二分之一为半径所形成的球面，因此定义龙虾眼透镜的理想焦距为f＝r/2。当点辐射源辐射能通过龙虾眼透镜时，辐射能在相互垂直的棱台内壁表面反射后，在焦面3上将形成十字交线。大部分能量集中在交线的交点周围形成弥散斑，少部分能量分散在十字交线的两臂上。交点处的弥散斑主要是由球差及反射表面是在作用球面11两侧一定宽度所引起的。但由于红外侦察告警器主要对红外辐射源进行能量探测，对成像质量要求不高，并且可采取一些消除球差的方法来改善能量聚焦质量，因此龙虾眼透镜可以满足红外告警器对于红外能量的收集要求。

由于龙虾眼透镜的球形对称结构，它的成像面为球面。因此，应选用球面红外探测器为探测元件摆放在成像面3上。为了适应野外环境下工作以及低功耗等要求，选用与非制冷型红外焦面阵列探测器原理相同的球形非制冷红外焦面阵列探测器。这种探测器的原理与制作工艺并不复杂，只需对现有设备进行改造即可。对于本发明所针对的龙虾眼红外侦察告警器而言，其侦察对象主要为人员和车辆的中红外辐射。为了得到足够的辐射能量在成像面上引起足够的辐射功率激励红外探测元件响应，有效作用口径h所对应的球冠面积不能太小。

工作过程为：龙虾眼透镜4负责收集目标红外辐射能，并聚焦成像到非制冷红外球面探测器5上。非制冷红外探测器5将采集的红外辐射能信号转化为电信号传送给处理电路6，并由处理电路6处理发送给通讯组件7。通讯组件7将信息以无线通讯的方式传输给基站完成侦察告警任务。太阳能板9可放置在距离龙虾眼告警探测器主体较远处，由太阳能板9在白天接收太阳能转化为电能并为太阳能电池8充电。夜晚龙虾眼红外侦察告警器工作时，由太阳能电池8供给电能工作，实现长时间工作免维护的目的。将其放置在战略要道附近，足可以监视道路和其上方空域的通行状况。多个龙虾眼侦察告警器联合使用可完成对某一地区的夜间红外监控。

Claims

1.龙虾眼红外侦察告警器，由龙虾眼透镜4、非制冷红外球面探测器5、处理电路6、通讯组件7、太阳能电池8、太阳能板9、及支撑结构10组成，龙虾眼透镜4主要负责收集目标红外辐射能，并聚焦成像到非制冷红外球面探测器5上，非制冷红外探测器5将采集的红外辐射能信号转化为电信号传送给处理电路6，并由处理电路6处理发送给通讯组件7，通讯组件7将信息以无线通讯的方式传输给基站完成侦察告警任务，太阳能板9在白天接收太阳能转化为电能并为太阳能电池8充电，夜晚龙虾眼红外侦察告警器工作时，由太阳能电池8供给电能工作，实现长时间工作免维护的目的。

2.根据权利要求1所述的龙虾眼红外侦察告警器，其特征在于：龙虾眼透镜4作为收集红外目标辐射能量的光学收集装置。

3.根据权利要求1所述的龙虾眼红外侦察告警器，其特征在于：所述的非制冷红外球面探测器5位于金属龙虾眼透镜4的焦面上。