CN106199504A - 一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法 - Google Patents

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李世伟
景宁
王志斌
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    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
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Abstract

本发明公开一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，包括在半球体顶点安装一个光敏面与半球体底面平行的探测器；半球体的中间层安装多个光敏面垂直于光敏面中心与半球体底面中心的连线的探测器；半球体的底层安装多个贴近半球体底面的探测器；使探测器视场应≥90°，当有激光来袭时，探测器分别接收来袭激光；将来袭激光转换的电流线性变换成电压信号，再通过转换得到数字量；然后通过求方程组最小二乘解的方法进行算法处理，得到激光来袭方位；此方法可以在不增加探测器个数的情况下大大提高系统的角度分辨率。

Description

一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法
技术领域
本发明涉及非成像型激光告警装置技术领域，特别是指一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法。
背景技术
基于光谱识别方式的非成像激光告警装置，具有成本低、设计原理简单可行、视场范围大等优点。鉴于此，世界上很多国家研究了非成像类告警装置，并已运用于实际装备。绝大部分的非成像类告警装置都具有一个共同的特点，其获得激光来袭方向的方法是通过光电探测器视场分割实现的，且分辨率不是很高。如此，获得的激光来袭方向不是很准确和清楚，影响了正常的判断分析，给使用者造成了一定的困扰。
因此，有必要设计一种新的在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，以解决上述技术问题。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，可在不增加探测器的情况下使得系统的空间角度分辨率得到较大提高。
本发明的技术方案是这样实现的：一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，包括：S1、在半球体顶点安装一个光敏面与半球体底面平行的探测器；S2、半球体的中间层安装多个光敏面垂直于光敏面中心与半球体底面中心的连线的探测器；S3、半球体的底层安装多个贴近半球体底面的探测器；S4、使探测器视场应≥90°，当有激光来袭时，探测器分别接收来袭激光；S5、将来袭激光转换的电流线性变换成电压信号，再通过转换得到数字量；S6、然后通过求方程组最小二乘解的方法进行算法处理，得到激光来袭方位。
在上述技术方案中，所述半球体的中间层和底层分别安装八个探测器。
在上述技术方案中，所述连线与半球体底面成45°角。
在上述技术方案中，在水平方向上，所述每层八个探测器排布在半球体外表面且位于同一水平面上。
在上述技术方案中，在垂直方向上，所述每层八个探测器排布在半球体外表面与过半球体顶点和底面中心平面的交线上。
在上述技术方案中，分别在水平方向和垂直上方向，所述每层八个探测器均是均匀间隔排布。
在上述技术方案中，所述相邻两个探测器角度差为45°
在上述技术方案中，所述求方程组最小二乘解的方法可通过处理芯片进行计算处理，得到激光来袭方位。
在上述技术方案中，所述数字量通过AD转换得到。
在上述技术方案中，所述半球体顶点、半球体中间层和半球体底层分别安装的是同一型号探测器。
本发明在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，通过根据光电探测器工作在线性区时，光电探测器电流与其接收的光能量成正比，当入射激光与探测器成不同角度时，其输出电流与角度具有对应函数关系。基于这样的分析，可根据探测器电流响应判断入射激光方向的方法，此方法可以在不增加探测器个数的情况下大大提高系统的角度分辨率。
附图说明
图1为本发明中探测器等效接收示意图；
图2为探测器空间坐标示意图；
图4为本发明方法流程示意图；
图3为探测器安装示意图；
图5为探测器水平分布示意图；
图6为探测器垂直分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，是根据探测器电流响应判断入射激光方向的方法，可以在不增加探测器个数的情况下大大提高系统的角度分辨率。原理如下：
如图1所示，设探测器光敏面面积为S，其法线方向为n，n为法线的单位向量，m为S0的单位法向量，S0为S在与入射光垂直平面上的投影，有：
；
设ρ为入射光原始功率密度，又探测器在线性工作区响应电流与接收能量关系为(ρS)/i=K，则探测器响应电流i0为：
；
显然，仅通过一个探测器的响应电流，不能得到确定的入射方向解，因此，需要建立有解的线性方程组从而获得确定的方向结果。显然当三者光敏面处于同一平面或有其中两个处于同一平面时，无法获得激光照射方向。因此，如图2所示，可使用半球体结构作为探测固定装置，探测器光敏面与半球体球半径垂直。
设半球地面中心为O(0,0,0),A、B、C为激光告警机上可被同时照射的3个任意探测器，设OA（a11, a12, a13）、OB（a21, a22, a23）、OC（a31, a32, a33）分别为告警机球心指向探测光敏面中心的单位向量，D1、D2、D3为来袭平行光方向单位向量。探测器A接收到的能量为：
；
同理，设探测器B、C获得能量分别为WB、WC。由于D1、D2、D3均为平行光反向单位向量，设：
；
设y1=(ρSA)/K, y2=(ρSB)/K, y3=(ρSC)/K, 其中，y1 、y2 、y3分别为探测器A、B、C的响应电流，则有：
；
则当OA、OB、OC非线性相关时，方程有唯一解，即可得出来袭激光的入射方向为 ：
；
当系统有3个以上探测器接收到来袭激光时，由于方程未知数只有三个，可通过求方程组最小二乘解的方法等到激光方位；
；
在实际工作情况中，每个探测器将不可避免地受到噪声的影响[4]，导致方程的解存在一定误差，必然影响到整个系统的最小空间角度分辨率，因此，需确定噪声对最小空间角度分辨率的影响。通常，系统使用同一型号探测器，因此可将所有探测器信噪比视为SNR，则由噪声引起的响应电流为= i/SNR，将引入方程组：
；
这里设，正比于探测器得到的能量；
,；
方程AX=Y+E的最小二乘解为:
；
噪声对结果的影响为:
。
非成像类激光告警装置的探测对象为在一定距离内直接入射的激光信号，其光强较大。背景噪声经过光学滤波和电学滤波的双重抑制后，其转化得到的电信号与激光信号对比相差较大，即信噪比较高，可以得出，最小角度分辨率与信噪比成正比，可在一定程度上提高系统的空间角分辨率，可为激光方位辨别工作提供新的思路。
根据以上原理分析，要实现非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位，经过的流程如图3所示，同时需对探测器视场和安装位置进行设计，如图4至6所示，其中，流程包括：
步骤S1、在半球体顶点安装一个光敏面与半球体底面平行的探测器；步骤S2、半球体的中间层安装8个光敏面垂直于光敏面中心与半球体底面中心的连线的探测器，其中，所述连线与半球体底面成45°角；步骤S3、半球体的底层安装8个贴近半球体底面的探测器，这些探测器的型号相同。
具体的，如图5和6所示，在水平方向上，每层8个探测器均匀安装在直线1、2、3、4上，位于同一水平面上；在垂直方向上，每层8个探测器均匀排布在半球外表面与过半球体顶点和底面中心平面的交线上，相邻两个探测器角度差为45°。
步骤S4、使探测器视场应≥90°，当有激光来袭时，探测器分别接收来袭激光；步骤S5、将来袭激光转换的电流线性变换成电压信号，再通过转换得到数字量；步骤S6、然后通过求方程组最小二乘解的方法进行算法处理，得到激光来袭方位。
具体的，根据安装结构和探测器分布的情况，当探测器视场应≥90°，当有激光来袭时，水平方向至少有两个探测器接收信号的同时，垂直方向也至少有两个探测器可以接收信号，即至少可以保证同时有3个探测器可以接收到来袭激光，由来袭激光转换的电流可线性变换成电压信号，通过AD转换得到数字量后送入处理芯片根据以上原理中的计算公式进行算法处理，得到激光来袭方位。
本发明在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，通过根据光电探测器工作在线性区时，光电探测器电流与其接收的光能量成正比，当入射激光与探测器成不同角度时，其输出电流与角度具有对应函数关系。基于这样的分析，可根据探测器电流响应判断入射激光方向的方法，此方法可以在不增加探测器个数的情况下大大提高系统的角度分辨率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：包括步骤：
S1、在半球体顶点安装一个光敏面与半球体底面平行的探测器；
S2、半球体的中间层安装多个光敏面垂直于光敏面中心与半球体底面中心的连线的探测器；
S3、半球体的底层安装多个贴近半球体底面的探测器；
S4、使探测器视场应≥90°，当有激光来袭时，探测器分别接收来袭激光；
S5、将来袭激光转换的电流线性变换成电压信号，再通过转换得到数字量；
S6、然后通过求方程组最小二乘解的方法进行算法处理，得到激光来袭方位。
2.根据权利要求1所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：所述半球体的中间层和底层分别安装八个探测器。
3.根据权利要求1所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：所述连线与半球体底面成45°角。
4.根据权利要求1所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：在水平方向上，所述每层八个探测器排布在半球体外表面且位于同一水平面上。
5.根据权利要求4所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：在垂直方向上，所述每层八个探测器排布在半球体外表面与过半球体顶点和底面中心平面的交线上。
6.根据权利要求5所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：分别在水平方向和垂直上方向，所述每层八个探测器均是均匀间隔排布。
7.根据权利要求5所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：所述相邻两个探测器角度差为45°。
8.根据权利要求1所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：所述求方程组最小二乘解的方法可通过处理芯片进行计算处理，得到激光来袭方位。
9.根据权利要求1所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：所述数字量通过AD转换得到。
10.根据权利要求1所述的一种在非成像型激光告警装置中获得来袭激光方位的方法，其特征在于：所述半球体顶点、半球体中间层和半球体底层分别安装的是同一型号探测器。
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