CN103777193B - 反光电观瞄装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反光电探测装置，属于光电对抗技术领域。该装置包括含线阵LED的白光望远模块、含有电激励组件的激光发射模块、含多路同步延时组件、线阵探测器及信号处理组件的激光接收模块。在电激励组件及多路同步延时组件控制下，信号处理组件交替采集线阵探测器获得的混合信号和背景信号并对其进行处理，当某个像元的电压信号大于驱动阈值时，信号处理组件点亮与该像元所在像元组对应的LED，该LED发出的光信号叠加在白光望远模块接收到的场景图像上并被人眼接收，从而完成光电观瞄装置的探测。本发明利用同步延时控制技术通过单光路接收通道实现了迎面光电观瞄装置的探测，进一步减小了手持反光电观瞄装置的重量和体积。

Description

反光电观瞄装置

技术领域

本发明属于光电对抗技术领域，涉及一种手持反光电观瞄装置，尤其涉及一种基于线阵探测器的多路同步延时控制的反光电观瞄装置。

背景技术

反光电观瞄装置功能是探测迎面观瞄的光学仪器或光电装置的光学窗口，是利用“猫眼效应”实现对迎面观瞄的光学仪器或光电装置进行主动探测的装置。

目前，实现迎面光学仪器或光电装置探测的方法主要有两种：一种是法国激光工业公司(CILAS)研制的SLD 500型装置，采用面阵脉冲激光主动照明，面阵CCD探测，搜索效率高，但相同探测距离下面阵探测装置重量、体积及功耗大，只适用于大型平台使用；另一种是俄罗斯“石榴石设计局”研制的反光电探测装置，采用线阵脉冲激光主动照明，线阵CCD探测，装置体积及功耗相对于面阵探测装置大大降低，逐渐适用于手持使用，但该装置采用了双光学通道设计，体积、重量仍较大，性价比不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提供一种线阵脉冲激光主动照明，不依赖于分光，基于线阵探测器的反光电观瞄装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的反光电观瞄装置包括白光望远模块、激光发射模块、激光接收模块；所述白光望远模块包含望远物镜Ⅰ、目镜、分光棱镜和带有m个LED的线阵LED，望远镜Ⅰ的像方焦面与目镜的物方焦面重合即构成重合焦面，分光棱镜放置在所述的重合焦面上；望远物镜Ⅰ将无穷远处的可见光场景图像聚焦在分光棱镜上，由该分光棱镜透射的光束被目镜放大后由人眼接收；各LED发出的光经分光棱镜反射后被目镜放大并被人眼接收；所述激光发射模块包括电激励组件、连续激光器和柱面镜，连续激光器放置在所述柱面镜焦面上。电激励组件产生两路同步的脉冲方波信号，第一路方波信号驱动连续激光器发射方波脉冲激光，该方波脉冲激光经柱面镜整形后对场景及目标进行照明；第二路方波信号送给激光接收模块；所述激光接收模块包括窄带滤光片、望远物镜Ⅱ、含有n个像元的线阵探测器、多路同步延时组件、信号处理组件，所述线阵探测器分m个像元组且每个像元组含有n/m(取整)个像元；信号处理组件含有3路输入端口与m路输出端口且内置数据处理单元，m个输出端口与线阵探测器中m个像元组的地址一一对应；多路同步延时组件输入端口接收激光发射模块中电激励组件的第二路方波信号；多路同步延时组件第一输出端口与信号处理组件第一输入端口相连，第二输出端口与信号处理组件的第二输入端口相连；线阵探测器的输出端口与信号处理组件的第三输入端口相连；信号处理组件的m个输出端口与m个LED的驱动端口一一对应相连；目标及场景的回波信号经窄带滤光片滤光，再经望远物镜Ⅱ聚焦成像在线阵探测器靶面上，线阵探测器将光信号转换为电信号并进行模数转换后送给信号处理组件；当多路同步延时组件被电激励组件输出的第二路脉冲方波信号的上升沿触发后，多路同步延时组件第一输出端口输出第一触发信号，第二输出端口延时时间t后输出第二触发信号，延时时间t满足如下关系：

$t=t_0+\frac{1}{2f}$

上式中：t₀为第一路脉冲方波信号的上升沿起始时刻，f为脉冲方波的频率；数据处理单元的功能是：当信号处理组件第一输入端口接收到第一触发信号时，第三输入端口采集并存储线阵探测器各像元输出的光电转换信号v_i，i＝1,2…n，v_i表示单像元采集到的有激光照射时目标及场景回波信号的电压值，i为像元地址；当信号处理组件第二输入端口接收到第二触发信号时，第三输入端采集并存储线阵探测器各像元输出的光电转换信号v′_i，i＝1,2…n，v′_i表示单像元采集到的无激光照射时目标及场景回波信号的电压值；根据公式u_i＝v_i-v′_i计算单像元的有效回波信号电压值u_i，当u_i≥u₀时，向与像元i所在像元组的地址对应的信号处理组件的输出端口送驱动信号，u₀为驱动阈值。

本发明的整体技术效果体现在：

本发明在激光接收模块中采用多路同步延时组件、线阵探测器及信号处理组件，多路同步延时组件产生相差时间t的两路触发信号，在前一触发信号控制下信号处理组件采集有激光照射时探测器探测到的场景及目标回波信号，延时信号控制下信号处理组件采集无激光照射时探测器探测到的场景及目标回波信号，信号处理组件对其采集的信号进行处理，当某个像元的电压信号大于驱动阈值时，信号处理组件点亮与该像元所在像元组对应的LED，该LED发出的光信号叠加在白光望远模块接收到的场景图像上并被人眼接收，从而完成对光电观瞄装备的探测。与俄罗斯的反光电观瞄装置相比，本发明中探测器获得的混合信号和背景信号是通过一个光学通道加延时电路的方式实现的，因而明显降低了光学设计的难度和制造成本，体积和重量也进一步降低，更适合手持及小型平台上使用。

附图说明

图1是本发明反光电探测装置的组成示意图。

图2是图1中所示的信号处理组件信号处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步说明。

根据图1所示，本发明反光电探测装置优选实施例包括白光望远模块、激光发射模块、激光接收模块。白光望远模块功能是对激光发射模块照明场景区域进行观瞄；激光发射模块功能是对场景及目标进行照明；激光接收模块功能是接收有激光照明或无激光照明时场景及目标的后向散射回波信号，并对回波信号进行处理。

白光望远模块包含望远物镜Ⅰ、目镜、分光棱镜和线阵LED，望远镜Ⅰ的像方焦面与目镜的物方焦面重合即构成重合焦面，分光棱镜放置在重合焦面上，线阵LED与激光接收模块相连。本实施例中望远物镜Ⅰ为单透镜，口径35mm，视场6°，焦距140mm。目镜为两片透镜组成透镜组，口径10mm，焦距20mm，出瞳5mm。分光棱镜为立方分光棱镜，分光棱镜的分光面上镀有透射率80％，反射率20％的分光膜层。线阵LED选用中国苏州半导体总厂货架产品，含60个LED，每个LED外置一个驱动端口。望远物镜Ⅰ将无穷远处的可见光场景图像聚焦在分光棱镜上，由该分光棱镜透射的光束被目镜放大后由人眼接收。每个LED在其驱动端口有电压信号时被点亮，LED发出的光经分光棱镜反射后被目镜放大并被人眼接收。

激光发射模块包括电激励组件、连续激光器和柱面镜，连续激光器放置在柱面镜焦面上。电激励组件采用美国模拟器件(ADI)公司的货架产品AD9833模块，其重频和幅值可调，其主要功能是产生两路同步的脉冲方波信号，该脉冲方波信号幅值3.5V，频率500Hz，第一路方波信号用于驱动连续激光器，使连续激光器发射频率为500Hz的方波脉冲激光，第二路方波信号送给激光接收模块。连续激光器选用中国Thorlabs公司销售的L808P1WJ型半导体激光器。柱面镜选用中国Thorlabs公司销售的LJ1918L1型柱面镜。当电激励组件电源接通时，第一路方波信号驱动连续激光器发射脉冲激光，该脉冲激光经柱面镜整形后对场景及目标进行照明。

激光接收模块包括窄带滤光片、望远物镜Ⅱ、线阵探测器、多路同步延时组件、信号处理组件，线阵探测器放置在望远物镜Ⅱ像方焦面上。窄带滤光片选用中国Thorlabs公司销售的FB810-10滤光片。望远物镜Ⅱ为单透镜，口径25mm，视场5°，焦距127mm。线阵探测器选用德国Basler公司生产的L801K型探测器，像元个数n＝2048，其主要功能是将照射在其上的目标及背景回波光进行光电转换，并对模拟信号进行数字化。多路同步延时组件选用美国Stanford Research Systems Inc研制的DG535数字延迟发生器，幅值3.5V，频率500Hz的脉冲方波信号。信号处理组件为美国ALTLERA公司生产的EP2C5Q208C8芯片，取该芯片3路输入端口与m路输出端口，且内置数据处理单元，m与白光望远模块中LED的数量相等，m个输出端口与线阵探测器中m个像元组的地址对应，每个像元组包含2048/m个像元(取整)。多路同步延时组件输入端口接收激光发射模块中电激励组件的第二路方波信号；多路同步延时组件第一输出端口与信号处理组件第一输入端口相连，第二输出端口与信号处理组件的第二输入端口相连。线阵探测器的输出端口与信号处理组件的第三输入端口相连；信号处理组件的m个输出端口与白光望远模块中线阵LED的m个驱动端口一一对应相连。

目标及场景的回波信号经窄带滤光片滤光，再经望远物镜Ⅱ聚焦成像在线阵探测器靶面上，线阵探测器将光信号转换为电信号，进行模数转换后送给信号处理组件。当多路同步延时组件被电激励组件输出的第二路脉冲方波信号的上升沿触发后，多路同步延时组件第一输出端口输出第一触发信号，第二输出端口延时时间t后输出第二触发信号，延时时间t满足如下关系：

$t=t_0+\frac{1}{2f}$

上式中：t₀为第一路脉冲方波信号的上升沿起始时刻，f为脉冲方波的频率。

数据处理单元的功能是：当信号处理组件第一输入端口接收到第一触发信号时，第三输入端口采集并存储线阵探测器各像元输出的光电转换信号v_i，i＝1,2…n，v_i表示单像元采集到的有激光照射时目标及场景回波信号的电压值，i为像元地址；当信号处理组件第二输入端口接收到第二触发信号时，第三输入端口采集并存储线阵探测器各像元输出的光电转换信号v′_i，i＝1,2…n，v′_i表示单像元采集到的无激光照射时目标及场景回波信号的电压值；根据公式u_i＝v_i-v′_i计算单像元的有效回波信号电压值u_i，当u_i≥u₀时，向与像元i所在像元组的地址对应的信号处理组件的输出端口送驱动信号，u₀为驱动阈值，本实施例中驱动阈值60经过大量实验得到。数据处理单元的具体工作流程参见图2。

Claims (2)

1.一种反光电观瞄装置，包括白光望远模块、激光发射模块、激光接收模块；所述白光望远模块包含望远物镜Ⅰ、目镜、分光棱镜和带有m个LED的线阵LED，望远镜Ⅰ的像方焦面与目镜的物方焦面重合即构成重合焦面，分光棱镜放置在所述的重合焦面上；望远物镜Ⅰ将无穷远处的可见光场景图像聚焦在分光棱镜上，由该分光棱镜透射的光束被目镜放大后由人眼接收；各LED发出的光经分光棱镜反射后被目镜放大并被人眼接收；所述激光发射模块包括电激励组件、连续激光器和柱面镜，连续激光器放置在所述柱面镜焦面上；电激励组件产生两路同步脉冲方波信号，第一路方波信号驱动连续激光器发射方波脉冲激光，该方波脉冲激光经柱面镜整形后对场景及目标进行照明；第二路方波信号送给激光接收模块；

其特征在于：所述激光接收模块包括窄带滤光片、望远物镜Ⅱ、含有n个像元的线阵探测器、多路同步延时组件、信号处理组件，所述线阵探测器分m个像元组且每个像元组含有取整n/m个像元；信号处理组件含有3路输入端口与m路输出端口且内置数据处理单元，m个输出端口与线阵探测器中m个像元组的地址一一对应；多路同步延时组件输入端口接收激光发射模块中电激励组件的第二路方波信号；多路同步延时组件第一输出端口与信号处理组件第一输入端口相连，第二输出端口与信号处理组件的第二输入端口相连；线阵探测器的输出端口与信号处理组件的第三输入端口相连；信号处理组件的m个输出端口与m个LED的驱动端口一一对应相连；目标及场景的回波信号经窄带滤光片滤光，再经望远物镜Ⅱ聚焦成像在线阵探测器靶面上，线阵探测器将光信号转换为电信号并进行模数转换后送给信号处理组件；当多路同步延时组件被电激励组件输出的第二路脉冲方波信号的上升沿触发后，多路同步延时组件第一输出端口输出第一触发信号，第二输出端口延时时间t后输出第二触发信号，延时时间t满足如下关系：

$t=t_0+\frac{1}{2f}$

上式中：t₀为第一路脉冲方波信号的上升沿起始时刻，f为脉冲方波的频率；数据处理单元的功能是：当信号处理组件第一输入端口接收到第一触发信号时，第三输入端口采集并存储线阵探测器各像元输出的光电转换信号v_i，i＝1,2…n，v_i表示单像元采集到的有激光照射时目标及场景回波信号的电压值，i为像元地址；当信号处理组件第二输入端口接收到第二触发信号时，第三输入端采集并存储线阵探测器各像元输出的光电转换信号v′_i，i＝1,2…n，v′_i表示单像元采集到的无激光照射时目标及场景回波信号的电压值；根据公式u_i＝v_i-v′_i计算单像元的有效回波信号电压值u_i，当u_i≥u₀时，向与像元i所在像元组的地址对应的信号处理组件的输出端口送驱动信号，u₀为驱动阈值。

2.根据权利要求1所述的反光电观瞄装置，其特征在于：驱动阈值u₀＝60。