CN103364788A - 近红外激光近感探测器及其探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光探测器领域，公开了一种近红外激光近感探测器及其探测方法。本发明所述的近红外激光近感探测器包括壳体、激光发射模块、激光接收模块、信号处理模块、电源模块和接插件；所述电源模块分别与所述发射模块、激光接收模块和信号处理模块电相连；所述信号处理模块和所述电源模块都位于所述壳体内，所述近红外脉冲半导体激光发射器和所述激光接收模块均匀分布在所述壳体外的侧面上；所述接插件位于所述壳体顶部。本发明所述的近红外激光近感探测器，能够在气溶胶环境下降低云雾或者烟雾的干扰。本发明所述的近红外激光近感探测器的探测方法，具有实现简易，探测效率高、精准的特点。
Description
技术领域
本发明涉及激光近感探测领域，尤其涉及一种近红外激光近感探测器及其探测方法。
背景技术
目前，在激光探测领域，利用近红外激光脉冲制成的探测装置，发射出的近红外激光脉冲峰值功率一般较小，峰值功率在100W以下，脉冲宽度也较宽，在10ns以上，包括发射模块与接收模块的主光轴平行的探测装置、发射模块与接收模块的主光轴非平行的探测装置(除光路呈夹叉方式的探测装置)。当上述探测装置在气溶胶环境下，能见度下降后，上述探测装置会探测出由于云雾或者烟雾颗粒造成的后向散射回波信号，从而造成探测装置的误判断。因此上述探测装置都不能够很好解决在气溶胶环境下抗云雾或者烟雾的干扰问题。
发明内容
本发明实施例的第一目的是：提供一种近红外激光近感探测器，能够在气溶胶环境下降低云雾或者烟雾的干扰。
本发明实施例提供的一种近红外激光近感探测器，包括壳体、激光发射模块、激光接收模块、信号处理模块、电源模块和接插件；所述电源模块分别与所述激光发射模块、激光接收模块和信号处理模块电相连；所述激光发射模块包括光学系统、近红外脉冲半导体激光发射器和变功率激光发射驱动器，所述变功率激光发射驱动器能够使得所述近红外脉冲半导体激光发射器发射出的近红外激光经过光学系统处理后形成脉冲宽度和峰值功率可变的脉冲光；所述信号处理模块和所述电源模块都位于所述壳体内，所述近红外脉冲半导体激光发射器和所述激光接收模块均匀分布在所述壳体外的同层侧面上；所述接插件位于所述壳体顶部。
可选的，所述变功率激光发射器在工作初始状态时的峰值功率为P，在接收到由被探测目标发射回的回波信号后发射的变功率激光脉冲的峰值功率为P/2或者2P。
可选的，所述激光发射模块和所述信号处理模块分别为单路或者多路处理单元。
可选的，所述电源模块包括多路DC-DC电源和电压选择电路。
可选的，所述信号处理模块包括回波脉冲峰值保持电路、A/D转换电路。
可选的，所述近红外脉冲半导体激光发射器和所述激光接收模块交叉均匀分布在所述壳体外的侧面上。
本发明实施例的第一目的是：提供一种近红外激光近感探测器的探测方法，具有操作简易，探测效率高、精准的特点。
本发明实施例提供的一种近红外激光近感探测器的探测方法，包括：
所述激光发射模块发出峰值功率为P的激光脉冲至探测目标；
所述激光接收模块接收到由所述探测目标反射回的第一个回波后，将所述第一个回波脉冲转换为电压脉冲，并且放大，传输至所述信号处理模块；
所述信号处理模块记录下放大后的第一个电压脉冲信号的峰值Vr、以及所述第一个回波脉冲与所述激光发射同步脉冲的时间差Δt；
所述变功率激光发射器发出发射峰值功率为P/2或者2P的激光脉冲至所述探测目标；
所述激光接收模块接收到变功率后被所述探测目标散射回的第二个回波后，将所述第二个回波脉冲转换为电压脉冲，并且放大，传输至所述信号处理模块；
所述信号处理模块记录下放大后的第二个电压脉冲信号的峰值Vr变，并且与Vr对比：当所述Vr变≤40％Vr，则认为所述被探测目标为干扰目标，然后进行屏蔽；当所述Vr变＞40％Vr，并且时间差Δt≤设定时间时，则认为所述被探测目标为实体目标。
可选的，所述干扰目标为具有后向散射特性的气溶胶物质。
可选的，所述气溶胶物质为云雾或者烟雾。
可选的，所述实体目标为被武器系统攻击的目标。
由上可见，应用本发明实施例的技术方案，本发明所述的近红外激光近感探测器，由激光发射模块、激光接收模块、信号处理模块和电源模块组成，所述电源模块分别与所述发射模块、激光接收模块和信号处理模块电相连。其中所述激光发射模块包括光学系统、近红外脉冲半导体激光发射器和变功率激光发射驱动器，所述变功率激光发射驱动器能够使得所述近红外脉冲半导体激光发射器发射出的近红外脉冲经过光学系统处理形成脉冲宽度和峰值功率可变的脉冲光，此脉冲光即为所述近红外激光近感探测器的照射光源。所述激光接收模块，包括光电管和前置放大器，其中光电管一般采用PIN硅光电管。所述激光接收模块将反射回来的脉冲回波转换为电脉冲信号，并且放大后传输至所述信号处理模块处理。所述电源模块包括多路DC-DC电源和电压选择电路，所述多路DC-DC电源是将一次电源转换成二次电源，提供各个模块不同的电压值，使得各模块电路能够正常工作；所述电压选择电路，主要由模拟电路开关、逻辑选择电路组成，主要使得所述信号处理模块发出的选择信号切换电压，使得所述激光发射模块的电压可变，从而改变所述激光发射模块发出脉冲的峰值功率发生变化。所述信号处理模块包括回波脉冲峰值保持电路、A/D转换电路。所述回波脉冲峰值保持电路主要是将所述激光接收模块将接收的回波脉冲进行转化并且放大后的电信号脉冲进行峰值采样保持后，使得所述A/D电路将模拟信号转换成便于处理的数字信号。所述回波脉冲峰值保持电路用来转换效率，一般当峰值转换效率≥95％为最佳范围，这样可以保证回波信号的动态范围，最终可以很好的区分是云雾或者烟雾回波，还是实体目标回波。所述信号处理模块的功能有：(1)产生脉冲激光，发射同步信号，然后通过所述回波脉冲峰值保持电路采样脉冲；(2)读取A/D电路回波峰值，并对回波幅值进行噪声处理，即对于超过数字门限的回波滤掉；(3)根据第一个回波幅值情况，结合所述驱动电压选择电路进行电压的切换后，使得所述可变功率近红外脉冲激光发射器的发射功率提高1倍或者缩减一半；(4)依次读取通过所述数字门限的回波幅值，并进行判断是否为干扰目标还是实体目标，判断的依据为：改变发射功率回波幅值与未改变发射功率时回波幅值是否有大于40％的变化，如有，则探测到的是实体目标；如果小于等于40％则为云雾、烟雾干扰产生的回波信号，此时将门限值提高，去除干扰信号；当持续回波幅值波动不大时，持续保持提高的门限值，若出现回波幅值大幅下降，则立即恢复原有的门限值；(5)当回波信号幅值持续高于40％，且连续接收到m(m≥1的整数)个时，发出确认目标信号，否则不发确认目标信号。采用本发明所述的近红外激光近感探测器，在能见度很低的情况下，可以很精准的将云雾或者烟雾干扰目标去除，依然正常工作。本发明所述的近红外激光近感探测器的探测方法，结合上述各个模块的具体说明，包括：首先由所述激光发射模块中的近红外脉冲半导体激光发射器发出峰值功率为P的激光脉冲至探测目标，所述激光接收模块接收到由所述探测目标反射回的第一个回波后，将所述第一回波脉冲转换成电压脉冲，然后通过所述前置放大器放大后传输至所述信号处理模块。所述信号处理模块记录下放大后的第一个电压脉冲信号的峰值Vr、以及所述第一个回波脉冲与所述激光发射同步脉冲的时间差Δt；所述变功率激光发射器发出发射峰值功率为P/2或者2P的激光脉冲至所述探测目标；所述激光接收模块接收到变功率后被所述探测目标发射回的第二个回波后，将所述第二个回波脉冲转换为电压脉冲，并且放大，传输至所述信号处理模块；所述信号处理模块记录下放大后的第二个电压脉冲信号的峰值Vr变，并且与Vr对比：当所述Vr变≤40％Vr，则认为所述被探测目标为干扰目标，然后进行屏蔽；当所述Vr变＞40％Vr，
并且时间差Δt≤设定时间时，则认为所述被探测目标为被攻击的目标。其中，所述干扰目标为具有后向散射特性的气溶胶物质，所述气溶胶物质主要为云雾或者烟雾；所述实体目标为被武器系统攻击的目标。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种近红外激光近感探测器的结构框图；
图2为本发明实施例提供的一种近红外激光近感探测器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种近红外激光近感探测器的结构剖面图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例：
如图1、图2和图3所示，本发明所述的近红外激光近感探测器，包括壳体5、激光发射模块1、激光接收模块2、信号处理模块3和电源模块4，其中所述激光发射模块1包括光学系统11、近红外脉冲半导体激光发射器12和变功率激光发射驱动器13，所述变功率激光发射驱动器13能够使得所述近红外脉冲半导体发射器12发射出的近红外脉冲经过所述光学系统11处理后，形成脉冲宽度和峰值功率可变的脉冲光，所述脉冲光即为所述近红外激光近感探测器的照射光源。所述接收模块2包括光电管和前置放大器，其中所述光电管通常采用PIN硅光电管可以将接收到的光信号转换为电信号。所述激光接收模块2将从被探测目标反射回来的脉冲回波通过所述PIN硅光电管转换为电脉冲信号，然后在通过前置放大器放大后传输至所述信号处理模块3处理。所述激光发射模块在工作初始状态时的峰值功率为P，则在接收到由被探测目标发射回的回波信号后发射的变功率激光脉冲的峰值功率为P/2或者2P。所述信号处理模块3包括回波脉冲峰值保持电路31和A/D转换电路32，其中所述A/D转换电路即模/数转换电路，即将模拟信号转换为数字信号；所述回波峰值保持电路31是将所述激光接收模块2将接收的回波脉冲进行转换并且放大后的电信号进行峰值采样保持后，再由所述A/D转换电路将模拟信号转换成便于处理的数字信号。所述回波脉冲峰值保持电路31主要用来转换效率，一般当峰值转换效率≥95％为最佳范围，这样可以保证回波信号的动态范围，最终可以很好的区分到底是云雾或者烟雾回波，还是实体目标回波。所述信号处理模块3的功能有：(1)产生脉冲激光和激光发射同步信号，发射同步信号，然后通过所述回波脉冲峰值保持电路31采样脉冲；(2)读取A/D转换电路32的回波峰值，并对回波幅值进行噪声处理，即对于超过数字门限的回波滤掉；(3)根据第一个回波幅值情况，结合所述驱动电压选择电路42进行电压的切换后，使得所述可变功率近红外脉冲激光发射器12的发射功率提高1倍或者缩减一半；(4)依次读取通过所述数字门限的回波幅值，并进行判断是否为干扰目标还是实体目标，判断的依据为：改变发射功率回波幅值与未改变发射功率时回波幅值是大于40％的变化，如有，则探测到的是实体目标；如果小于40％则为云雾、烟雾干扰产生的回波信号，此时将门限值提高，去除干扰信号；当持续回波幅值波动不大时，持续保持提高的门限值，若出现回波幅值大幅下降，则立即恢复原有的门限值；(5)当回波信号幅值持续高于40％，且连续接收到m(m≥1的整数)个时，发出确认目标信号，否则不发确认目标信号。所述信号处理模块3和所述电源模块4都位于所述壳体5内，所述近红外脉冲半导体激光发射器12和所述激光接收模块2均匀分布在所述壳体5外侧面上，可以优选为交叉均匀分布，即两两相邻。所述接插件6位于所述壳体1的顶部，可以采用支架固定的方式，这样当不使用时，则将所述支架倒下，从而使得所述及接插件6避免被碰撞导致的损坏。所述电源模块4包括多路DC-DC电源和电压选择电路，所述多路DC-DC电源将依次电源转换成二次电源，提供各个模块不同的电压值，从而保证各个模块正常工作。另外，对于所述激光发射模块1和所述信号处理模块3可以是单路处理单元，也可以是多路处理单元，其工作原理和连接完全一样，不同的仅在于多路处理单元是将多个单路同时处理而已。
本发明所述的近红外激光近感探测器的探测方法，首先通过所述接插件6对所述近红外激光近感探测器通电，经过开机延时保护后，开始正常工作。信号处理模块3发出的激光发射同步脉冲信号，所述同步脉冲信号传输至所述激光发射驱动器13，所述同步脉冲信号使得所述变功率激光发射驱动器13驱动所述近红外脉冲半导体激光发射器12发射出近红外激光。与此同时，所述信号处理模块3发出的同步脉冲信号也同时传输至所述回波脉冲峰值保持电路31，作为同步时序处理脉冲，将第一个回波脉冲转换为阶梯信号，从而满足所述信号处理模块3中A/D转换电路32进行模数转换。同时，所述激光发射模块1发出峰值功率为P的激光脉冲至探测目标，当所述近红外激光近感探测器工作稳定后，激光接收模块2接收到由所述探测目标反射回的第一个回波后，将所述第一个回波脉冲转换为电压脉冲，并且放大，传输至所述信号处理模块3。所述信号处理模块3记录下放大后的第一个电压脉冲信号的峰值Vr、以及所述第一个回波脉冲与所述激光发射同步脉冲的时间差Δt。然后所述变功率激光发射器13发出发射峰值功率为P/2或者2P的激光脉冲至所述探测目标；所述激光接收模块接收到变功率后被所述探测目标发射回的第二个回波后，将所述第二个回波脉冲转换为电压脉冲，并且放大，传输至所述信号处理模块；接着所述信号处理模块记录下放大后的第二个电压脉冲信号的峰值Vr变，并且与Vr对比：当所述Vr变≤40％Vr，则认为所述被探测目标为干扰目标，然后进行屏蔽；当所述Vr变＞40％Vr，并且时间差Δt≤设定时间时，则认为所述被探测目标为实体目标。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种近红外激光近感探测器，其特征在于：
包括壳体、激光发射模块、激光接收模块、信号处理模块、电源模块和接插件；
所述电源模块分别与所述激光发射模块、激光接收模块和信号处理模块电相连；
所述激光发射模块包括光学系统、近红外脉冲半导体激光发射器和变功率激光发射驱动器，所述变功率激光发射驱动器能够使得所述近红外脉冲半导体激光发射器发射出的近红外激光经过光学系统光束整形后，形成脉冲宽度和峰值功率可变的线脉冲光；
所述信号处理模块和所述电源模块都位于所述壳体内，所述近红外脉冲半导体激光发射器和所述激光接收模块均匀分布在所述壳体外的同层侧面上；
所述接插件位于所述壳体顶部。
2.根据权利要求1所述的近红外激光近感探测器，其特征在于：
所述激光发射模块在工作初始状态时的脉冲峰值功率为P，则在接收到由被探测目标散射回的第一个回波信号后发射的变功率激光脉冲的峰值功率为P/2或者2P。
3.根据权利要求1所述的近红外激光近感探测器，其特征在于：
所述激光发射模块和所述激光接收模块分别为单路或者多路处理单元。
4.根据权利要求1所述的近红外激光近感探测器，其特征在于：
所述电源模块包括多路DC-DC电源和电压选择电路。
5.根据权利要求1所述的近红外激光近感探测器，其特征在于：
所述信号处理模块包括回波脉冲峰值保持电路、A/D转换电路。
6.根据权利要求1所述的近红外激光近感探测器，其特征在于：
所述近红外脉冲半导体激光发射器和所述激光接收模块交叉均匀分布在所述壳体外的侧面上。
7.一种根据权利要求1所述的近红外激光近感探测器的探测方法，其特征在于，包括：
所述激光发射模块发出峰值功率为P的激光脉冲至探测目标；
所述激光接收模块接收到由所述探测目标散射回的第一个回波后，将所述第一个回波脉冲转换为电压脉冲，并且放大，传输至所述信号处理模块；
所述信号处理模块记录下放大后的第一个电压脉冲信号的峰值Vr、以及所述第一个回波脉冲与所述激光发射同步脉冲的时间差Δt；
所述变功率激光发射器发出发射峰值功率为P/2或者2P的激光脉冲至所述探测目标；
所述激光接收模块接收到变功率后被所述探测目标散射回的第二个回波后，将所述第二个回波脉冲转换为电压脉冲，并且放大，传输至所述信号处理模块；
所述信号处理模块记录下放大后的第二个电压脉冲信号的峰值Vr变，并且与Vr对比：当所述Vr变≤40％Vr，则认为所述被探测目标为干扰目标，然后进行屏蔽；当所述Vr变＞40％Vr，并且时间差Δt≤设定时间时，则认为所述被探测目标为实体目标。
8.根据权利要求7所述的近红外激光近感探测器的探测方法，其特征在于：
所述干扰目标为具有后向散射特性的气溶胶物质。
9.根据权利要求8所述的近红外激光近感探测器的探测方法，其特征在于：
所述气溶胶物质为云雾或者烟雾。
10.根据权利要求7所述的近红外激光近感探测器的探测方法，其特征在于：
所述实体目标为被武器系统攻击的目标。
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