CN104155756A - 一种光学搜索方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学搜索方法及系统，采用扫描反射镜的中心旋转轴与光电系统的入射光轴同轴、扫描反射镜绕其中心旋转轴滚动扫描的工作方式，扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角恒定，在保证进入光电系统的光通量最大的前提下，对不同搜索空间均具有相同的光学效率，对不同搜索空间的感兴趣目标具有相同的探测能力，解决了现有的光学搜索系统不能实现大范围空间的等效率搜索的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学搜索方法及系统。
背景技术
光电系统通过光学扫描的方式，实现对物方大范围空间的搜索，发现其感兴趣的目标或区域。通常，光电系统采用两维旋转的方式实现对物方大范围空间的搜索。
图1为现有的光学搜索系统的结构示意图，如图1所示，目前光电系统普遍采用扫描反射镜摆动扫描与转台旋转进行空间范围搜索的工作方式，一维通过转台12的绕其旋转轴旋转实现方位搜索，另一维通过扫描反射镜13绕垂直于纸平面旋转轴的摆动扫描实现俯仰搜索，光电系统14的入射光轴与转台12的旋转轴同轴，并正交于扫描反射镜13的旋转轴。
当俯仰搜索空间偏离水平位置A(扫描反射镜13与水平面的夹角θ＝45°)到达位置B时，如果保证进入系统的光通量不变，扫描反射镜13的有效通光孔径将会变大，这将大大地增加扫描反射镜13的尺寸、体积与重量，也将增加扫描反射镜13的电机功率和控制难度。扫描反射镜13在旋转主截面内长的度Dθ与θ的关系为Dθ＝0.707×D1/cosθ，D1为扫描反射镜13在水平位置A时在旋转主截面的长度。
如果扫描反射镜13的尺寸D1保持不变，在俯仰位置B处进入系统的光通量将减少，在此位置处将降低对感兴趣目标的探测能力，降低系统的光学效率。如果俯仰搜索空间范围继续偏离水平位置A，进入系统的光通量进一步减少，以至于不能发现感兴趣目标，譬如，扫描反射镜13摆动到与水平位置A垂直时，此时没有光通量进入系统。
在现有搜索系统下，系统的搜索空间范围约为俯仰60°，方位360°，并且系统随着俯仰角度的增加，系统的光学效率越来越低，降低对感兴趣目标的探测能力。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种光学搜索方法及系统，用以解决现有技术中的光学搜索系统不能实现大范围空间的等效率搜索的问题。
为解决上述问题，本发明主要是通过以下技术方案实现的：本发明一方面提供了一种光学搜索方法，该方法包括：
将光电系统的入射光轴与扫描反射镜的中心旋转轴设置为同轴，将所述光电系统的入射光轴与转台的旋转轴设置为正交；
所述扫描反射镜绕其中心旋转轴滚动进行光电系统的一维搜索，所述转台绕其旋转轴旋转实现光电系统的另一维搜索，并且在空间搜索过程中，所述扫描反射镜的反射面与所述光电系统的入射光轴的夹角为一定值，在所述扫描反射镜的大小保持不变的情况下，使进入所述光电系统的光通量保持最大，且空间搜索过程中进入所述光电系统的光通量保持恒定。
优选地，通过所述扫描反射镜的绕其旋转轴的滚动扫描实现光电系统在俯仰方向的搜索，通过所述转台绕其旋转轴的旋转实现光电系统在方位方向的搜索。
优选地，所述扫描反射镜设置在光电系统的入瞳处。
优选地，所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角为30-60度。
优选地，所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角为45度。
优选地，所述扫描反射镜的位置满足L>Dcosθ/2+R，其中，L为所述反射镜中心到转台旋转轴的水平距离，R为所述转台的半径，θ为所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角，D为所述扫描反射镜的实际通光口径。
本发明另一方面还提供了一种光学搜索系统，该系统包括：转台、扫描反射镜及光电系统，扫描反射镜、光电系统安装在转台上；
所述光电系统的入射光轴与所述扫描反射镜的中心旋转轴同轴，所述光电系统的入射光轴与转台的旋转轴正交；
所述扫描反射镜绕其中心旋转轴滚动进行光电系统的一维搜索，所述转台绕其旋转轴旋转实现光电系统的一维搜索；
在大范围空间搜索过程中，所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角为一定值，在所述扫描反射镜的大小保持不变的情况下，使进入所述光电系统的光通量保持最大，且空间搜索过程中进入所述光电系统的光通量保持恒定。
优选地，通过所述扫描反射镜的绕其旋转轴的滚动扫描实现光电系统在俯仰方向的搜索，通过所述转台绕其旋转轴的旋转实现光电系统在方位方向的搜索；
优选地，所述扫描反射镜设置在光电系统的入瞳处；
优选地，所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角为30-60度。
优选地，所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角为45度。
优选地，所述扫描反射镜的位置满足L>Dcosθ/2+R，其中，L为所述反射镜中心到转台旋转轴的水平距离，R为所述转台的半径，θ为所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角，D为所述扫描反射镜的实际通光口径。
本发明有益效果如下：
本发明采用扫描反射镜的中心旋转轴与光电系统的入射光轴同轴、扫描反射镜绕其中心旋转轴滚动扫描的工作方式，扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角恒定，在保证进入光电系统的光通量最大的前提下，对不同搜索空间均具有相同的光学效率，对不同搜索空间的感兴趣目标具有相同的探测能力，解决了现有的光学搜索系统不能实现大范围空间的等效率搜索的问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为现有的光学搜索系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中光学搜索系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中光电搜索系统对俯仰0°位置进行搜索时的示意图；
图4为本发明实施例中光电系统对俯仰90°位置进行搜索时的示意图；
图5为本发明实施例中光电系统所能实现的4π搜索空间范围的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。
本发明实施例的主要目的是提供一种光学搜索方法及系统，采用扫描反射镜的中心旋转轴与光电系统的入射光轴同轴、扫描反射镜绕其中心旋转轴滚动扫描的工作方式，扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角恒定，在保证进入光电系统的光通量最大的前提下，对不同搜索空间均具有相同的光学效率，对不同搜索空间的感兴趣目标具有相同的探测能力，下面就通过几个具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
根据本发明的一个实施例，图2是本发明实施例的光学搜索系统的结构示意图，如图2所示，本发明的光学搜索系统包括：转台22、扫描反射镜23及光电系统24；
扫描反射镜23、光电系统24安装在转台22上；
光电系统24的入射光轴与所述扫描反射镜23的中心旋转轴同轴，所述光电系统24的入射光轴与转台22的旋转轴正交；
扫描反射镜23绕其中心旋转轴滚动进行光电系统24的俯仰搜索，转台22绕其旋转轴旋转实现光电系统的方位搜索。
本发明实施例所述的光学搜索方法和系统可应用在所有光电系统中，可实现对物方的大范围稳定的搜索。
图3为搜索体系对俯仰0°位置(即水平位置)进行方位360°搜索的示意图，图4为光电系统对俯仰90°位置(即过顶位置)进行搜索时的示意图，如图3和4所示，被搜索空间的光通量201经过扫描反射镜23进入光电系统24，并被光电探测器(如CCD、红外探测器等)接收，经过信号处理以使用户发现搜索空间范围内的感兴趣目标。
光学搜索系统在对大范围空间搜索过程中，扫描反射镜23的反射面与光电系统24的入射光轴的夹角θ为一定值，扫描反射镜23的通光孔径D1保持不变并保证进入光电系统的光通量201保持最大，并且该光通量201在搜索过程中保持恒定，对不同搜索空间感兴趣的目标具有相同的搜索效率。
本发明的优选实施例所述的扫描反射镜23设置在光电系统24的入瞳处，扫描反射镜23与光电系统24的入射光轴的夹角为30-60度，在该条件下，扫描反射镜23具有较小的物理尺寸，有利于扫描反射镜的加工制造，也有利于对扫描反射镜23的伺服控制。
本发明实施例采用的扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角为45度，且在该条件下，当扫描反射镜的位置满足L>Dcosθ/2+R时，光学搜索系统可实现对4π空间范围的有效搜索，其搜索范围如图5所示，其中，L为所述反射镜中心到转台旋转轴的水平距离，R为所述转台的半径，θ为所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角，D为所述扫描反射镜的实际通光口径。搜索系统所能搜索超半球空间范围为方位0°～360°，俯仰0°～90°，搜索系统位于球心C处，图5中括号中的数字表示该位置在方位、俯仰两方向的角度坐标，如(0°，-30°)表示方位0°、俯仰-30°，以此类推。俯仰0°表示水平位置，90°表示过顶位置，若俯仰角度值为负值，表示搜索空间位于水平面下方，若俯仰角度值为正值，表示搜索空间位于水平面上方。
本发明还提供了一种光学搜索方法，该方法包括：
将光电系统的入射光轴与扫描反射镜的中心旋转轴设置为同轴，将所述光电系统的入射光轴与转台的旋转轴设置为正交；
所述扫描反射镜绕其中心旋转轴滚动进行光电系统的一维搜索，所述转台绕其旋转轴旋转实现光电系统的另一维搜索，并且在空间搜索过程中，所述扫描反射镜的反射面与所述光电系统的入射光轴的夹角为一定值，在所述扫描反射镜的大小保持不变的情况下，使进入所述光电系统的光通量保持最大，且空间搜索过程中进入所述光电系统的光通量保持恒定。
作为本发明实施例的一个优选的方式，所述扫描反射镜设置在光电系统的入瞳处。
作为本发明实施例的一个优选的方式，所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角为30-60度。本发明实施例所采用的扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角为45度。
本发明实施例采用的扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角为45度。当扫描反射镜的位置满足L>Dcosθ/2+R时，光学搜索系统可实现对4π空间范围的有效搜索，其中，L为所述反射镜中心到转台旋转轴的水平距离，R为所述转台的半径，θ为所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角，D为所述扫描反射镜的实际通光口径。
本发明方法实施例中的内容可参考系统实施例部分的相关内容进行理解，在此不再赘述。
本发明提供的光学搜索方法及系统，能够带来以下有益效果：
1、本发明采用的扫描反射镜的旋转轴与光电系统的入射光轴同轴、扫描反射镜绕其旋转轴滚动扫描、转台绕其旋转轴旋转的搜索体制，可以实现4π超大范围空间的搜索，有效地避免了搜索盲区，提高系统搜索能力；
2.本发明采用扫描反射镜的旋转轴与光电系统的入射光轴同轴、扫描反射镜绕其旋转轴滚动扫描的工作方式，扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角恒定，在保证进入光电系统的光通量最大的前提下，对不同搜索空间均具有相同的光学效率，对不同搜索空间的感兴趣目标具有相同的探测能力，解决了以往搜索体制在不同搜索空间对感兴趣目标探测能力不同的技术缺陷。
3.本发明所述的扫描反射镜在对不同的空间搜索时通光尺寸保持不变，并具有100％的孔径效率，扫描反射镜在保证进入光学光通量最大的情况下具有最小的尺寸，有利于扫描反射镜的加工、伺服控制，进一步地有利于缩小光电搜索系统的体积。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种光学搜索系统，其特征在于，包括：
光电系统的入射光轴与扫描反射镜的中心旋转轴同轴，所述光电系统的入射光轴与转台的旋转轴正交；
所述扫描反射镜绕其中心旋转轴滚动进行光电系统的一维搜索，所述转台绕其旋转轴旋转实现光电系统的另一维搜索，并且在空间搜索过程中，所述扫描反射镜的反射面与所述光电系统的入射光轴的夹角为一定值，在所述扫描反射镜的大小保持不变的情况下，使进入所述光电系统的光通量保持最大，且空间搜索过程中进入所述光电系统的光通量保持恒定。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过所述扫描反射镜的绕其中心旋转轴的滚动扫描实现光电系统在俯仰方向的搜索，通过所述转台绕其旋转轴的旋转实现光电系统在方位方向的搜索。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描反射镜设置在光电系统的入瞳处。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述扫描反射镜的反射面与所述光电系统的入射光轴的夹角为30-60度。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
所述扫描反射镜的反射面与所述光电系统的入射光轴的夹角为45度。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统，其特征在于，
所述扫描反射镜的位置满足L>Dcosθ/2+R时，其中，L为所述反射镜中心到转台旋转轴的水平距离，R为所述转台的半径，θ为所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角，D为所述扫描反射镜的实际通光口径。
7.一种光学搜索方法，其特征在于，包括：
将光电系统的入射光轴与扫描反射镜的中心旋转轴设置为同轴，将所述光电系统的入射光轴与转台的旋转轴设置为正交；
所述扫描反射镜绕其中心旋转轴滚动进行光电系统的一维搜索，所述转台绕其旋转轴旋转实现光电系统的另一维搜索，并且在空间搜索过程中，所述扫描反射镜的反射面与所述光电系统的入射光轴的夹角为一定值，在所述扫描反射镜的大小保持不变的情况下，使进入所述光电系统的光通量保持最大，且空间搜索过程中进入所述光电系统的光通量保持恒定。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述扫描反射镜设置在光电系统的入瞳处。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述扫描反射镜的反射面与所述光电系统的入射光轴的夹角为45度。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其特征在于，
所述扫描反射镜的位置满足L>Dcosθ/2+R时，其中，L为所述反射镜中心到转台旋转轴的水平距离，R为所述转台的半径，θ为所述扫描反射镜的反射面与光电系统的入射光轴的夹角，D为所述扫描反射镜的实际通光口径。
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