CN102661798A

CN102661798A - 一种新型星载激光告警光学系统

Info

Publication number: CN102661798A
Application number: CN2012101766269A
Authority: CN
Inventors: 赵跃进; 李冰; 董立泉; 刘小华; 惠梅; 武红; 褚旭红; 孔令琴; 王鹏; 朱维文
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明提供一种新型的激光告警光学系统，包含1、柱透镜组；2、滤光片；3、线阵焦平面阵列，其成像特点是：当来袭激光入射到告警光学系统上时，通过柱透镜组的入射激光会在像平面形成一条线斑。在像平面并排放置三条线阵焦平面阵列，并且在其前面分别放置三条中心波长不同的滤光片用来实现多波长告警。系统中两个相同的线阵结构垂直放置，入射激光会在两个探测器上各产生一条线斑，通过线斑的位置就可以推算出入射激光的水平方位角和俯仰角，从而计算出入射激光的方向。根据卫星相对于地球的高度就可以判断来袭激光源的位置。但是两个线阵结构组成的告警视场很有限，因此将多个线阵结构按一定方式进行排列组合就可以实现无盲区覆盖。

Description

一种新型星载激光告警光学系统

技术领域

本发明是一种针对地面激光武器袭击卫星的新型告警光学系统。该发明仅使用线阵非制冷红外焦平面阵列(IRFPA)器件便可以实现对目标的凝视探测。本发明不仅克服了以往的扫描探测所存在的耗能高、体积大的缺点，而且取代了传统的利用面阵器件成像探测的方法。本发明具有探测系统体积小、视场大、定位精度高、分辨率高以及多波长探测的特点，从而在保证告警能力的前提下，大大降低了成本，有着很强的市场前景和竞争力。

背景技术

近些年来，强激光武器有了长足进步，已经具备袭击敌方卫星的能力。因此，世界各国都投入了巨大的人力、物力进行星载激光告警技术的研究。

目前，根据告警系统采用的探测器的种类不同可分为制冷型告警系统和非制冷型告警系统。制冷型的告警系统灵敏度高、分辨率高。但是，其必须配备各种大型的制冷装置，不仅使得体积变大数倍，也使得功耗急剧增加。因此，制冷型的告警系统随着非制冷型探测器的发展逐渐退出历史舞台。

非制冷型告警系统根据采用的工作原理不同可分为以下几种：1、光纤耦合式，此种方式虽然可以对多波长探测，但是由于光纤本身耦合效率低，导致了视场角很小，虚警率很高。2、相干干涉式，其具有较高的定位精度并且可以有效的消除背景噪声，但是采用了干涉结构导致了其稳定性差，很容易受到外界震动的影响。3、目标成像式，此方法是采用最多的一种告警方式，采用CCD/CMOS摄像机对告警区域进行凝视监测。此方式的探测率高、告警视场大。但是要求CCD/COMS有很高的帧速以及宽红外带宽，导致了此种方式的成本极高，不易推广应用。

发明内容

本发明的目的是针对目前各种星载激光告警系统的所存在的不足，例如：探测波长单一、功耗高、定位精度低、成本高等问题，提出一种新型的星载激光告警光学系统。首先，本发明不同于以往的设计思路，创造性地利用柱透镜的成像特点，解决了多波长探测的问题。其次，本系统采用凝视工作方式以及非制冷探测器，大大降低了功耗。第三，本系统具有超大告警视场，完全可以满足各种轨道卫星的告警要求。第四，本系统采用线阵IRFPA作为探测器，不仅保证了探测精度，并且大大降低了成本。

本发明所要达到的目的是由以下技术方案来实现的：

1、本发明的新型告警光学系统是由多个线阵探测结构构成，每个线阵探测结构包括：柱透镜组、滤光片、线阵IRPFA。

2、本系统实现激光告警的过程是：

(1)、当来袭激光入射到告警系统上时，通过柱透镜组的入射激光将会在像平面形成一条线斑。

(2)、在像平面并排放置三条线阵IRFPA探测器，并且在其前面放置三条不同中心波长的滤光片。然后将柱透镜组与探测器组垂直摆放，使得线斑与线阵探测器相互垂直。这样就可以实现多波长告警。

(3)、线斑在IRFPA的成像位置直接反映的是来袭激光的入射方向。通过探测线阵上线斑的位置信息就可以转换为入射光的角度信息。

(4)、将两个相同的线阵结构垂直放置，来袭激光会在两个探测器上分别产生一个线斑。通过两个探测器上线斑的位置，就可以推算出入射激光分别相对于线阵结构的角度。这两个角度与入射激光的水平方位角和俯仰角存在确定的关系，因此就可以计算出入射激光的方向。由于卫星相对与地球的高度固定，因此就可以根据正弦定理解算出来袭激光源的位置。

(5)、两个线阵结构组成的告警视场很有限，如果将多个线阵结构按一定方式进行排列组合就可以覆盖足够大的区域，而从理论上来说可以达到全方位凝视监测，不存在任何盲区。

有益效果

采用本发明不仅可以实现对激光攻击进行报警，而且还可以准确判断来袭激光的波长，精确定位出来袭激光的光源。此发明摒弃传统的定位模式，创造性地采用非成像式定位方法。在同等条件下，有效地降低了系统的复杂度、体积、功耗以及成本。

附图说明

图1是单个单波长线阵结构的示意图；

其中，附图标记说明如下：图中1.柱透镜组；2.滤光片；3线阵IRFPA。

图2是单个多波长告警线阵结构的示意图；

其中，附图标记说明如下：图中1.柱透镜组；2-1.中心波长为2.7μm的滤光片；2-2.中心波长为3.8μm的滤光片；2-3.中心波长为10.6μm的滤光片；3.线阵IRFPA。

图3是由两个线阵结构组成的小视场告警光学系统示意图；

其中，附图标记说明如下：图中1.线阵结构一；2.线阵结构二。

图4是由多个线阵结构组成的大视场告警光学系统示意图；

其中，附图标记说明如下：图中1.单个多波长告警线阵结构。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例。

1.系统组成

本发明的新型告警系统是由多个线阵探测结构构成的，其中单个线阵结构包括：柱透镜组、滤光片、线阵IRPFA、信号处理部分。

2.成像过程

该系统实现激光告警的过程是：

(1)、当来袭激光入射到告警系统上时，通过柱透镜组的入射激光将会在像平面形成一条线斑。具体如图1所示。

(2)、在像平面并排放置三条线阵IRFPA探测器，并且在其前面放置三条不同中心波长的滤光片。然后将柱透镜组与探测器组垂直摆放，使得线斑与线阵探测器相互垂直。这样就可以实现多波长告警。具体如图2所示。

(4)、将两个相同的线阵结构垂直放置，来袭激光会在两个探测器上分别产生一个线斑。通过两个探测器上线斑的位置，就可以推算出入射激光分别相对于线阵结构的角度。这两个角度与入射激光的水平方位角和俯仰角存在确定的关系，因此就可以计算出入射激光的方向。由于卫星相对于地球的高度固定，因此就可以根据正弦定理解算出来袭激光源的位置。具体如图3所示。

(5)、两个线阵结构组成的告警视场很有限，如果将多个线阵结构按一定方式进行排列组合就可以覆盖足够大的区域，而从理论上来说可以达到全方位凝视监测，不存在任何盲区。具体如图4所示。

3.系统特点

传统的激光告警光学系统在功能上有很大的局限性，有些能够实现多波长告警，但是精度低、虚警率高；有些精度高，但是只能对单一波长进行探测；有些虽然在各项告警参数上有很大的提高，但是却是以大体积、高成本、高功耗为代价，基本上无法实现卫星搭载。

本发明不同于传统的设计思路，创造性地利用柱透镜的光学特性，设计出非成像式激光告警系统。本发明不仅分辨率高、告警视场大，而且结构简单、体积小、功耗低，在同等条件下可以大大降低系统成本。此外，本发明可以通过改变滤波片的数量和滤波中心波长来应对来袭激光波长的变化。而且，加减告警光学系统中线阵结构的数量，可以有效的增大和减小视场。由以上特性，可以将整个告警系统制造成模块化系统，以适用于不同的目的。

Claims

1.一种新型的激光告警光学系统，包括柱透镜组、滤波片、线阵探测器，其特征在于柱透镜组与线阵探测器成“十”字放置，三条滤光片相应地安放于三条线阵探测器之前，用来探测三种波长的激光；当入射激光进入到告警光学系统时，通过柱透镜组会形成一条与线阵探测器相垂直的线斑，这条线斑通过滤波片后会在相应的线阵探测器上产生告警信号，这样就组成了一个多波长线阵结构。

2.根据权利要求1所述的新型激光告警光学系统，其特征在于将两个一样的多波长线阵结构相互垂直安放，通过两个线阵结构组合成一个小视场告警光学系统来进行精确定位。

3.根据权利要求1所述的新型激光告警光学系统，其特征在于将多个线阵结构按照一定方式排列组合，就可以达到任意视场的告警要求，实现无盲区覆盖。