CN106556380B - 一种水下目标探测装置 - Google Patents

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Abstract

一种水下目标探测装置，包括高光谱仪成像系统(1)、45°指向镜(2)和支撑架(3)，还包括：用于向水下被测目标的成像视场补偿视场强度的视场补偿机构(4)；支撑环架(3)固定在飞行载体上，高光谱仪成像系统(1)安装于支撑架(3)上，45°指向镜(2)位于高光谱仪成像系统(1)的前端并固定在支撑架(3)上，视场补偿机构(4)固定于支撑架(3)上，且视场补偿机构(4)发出的入射视场与被测目标的成像视场重合形成复合视场；复合视场的反射光线经45°指向镜(2)二次反射进入高光谱仪成像系统(1)成像。由于通过视场补偿机构对水下目标的成像视场进行视场补偿，以增强成像视场的反射信号能量的强度，进而增加了水下探测深度及探测范围，提高了被测物体成像的清晰度。

Description

一种水下目标探测装置
技术领域
本发明涉及水下目标探测领域，具体涉及一种水下目标探测装置。
背景技术
水下地形是海洋环境的重要因素，水下地形和水深的测量对于航海运输、海洋渔业、海洋救护、海洋资源勘探与开采等领域有着极为重要的应用价值。
传统的水下地形测量主要依靠以船只为平台的现场测量，采用声呐技术进行测量。随着现代技术的发展，多波束扫描仪广泛应用于水下地形的测量中。但是现场测量周期长、范围小、人力消耗多，资金需求也大，而且对于那些船只无法到达的海域则无法进行测量，大大制约了广大海域的水下地形测量工作。
发明内容
针对目前水下探测存在的瓶颈问题，本申请提供一种水下目标探测装置，包括高光谱仪成像系统、45°指向镜和支撑架，还包括：用于向水下被测目标的成像视场补偿补偿视场强度的视场补偿机构；
支撑环架固定在飞行载体上，高光谱仪成像系统安装于支撑架上，45°指向镜位于高光谱仪成像系统的前端并固定在支撑架上，视场补偿机构固定于支撑架上，且视场补偿机构发出的入射视场与被测目标的成像视场重合形成复合视场；
复合视场的反射光线经45°指向镜二次反射进入高光谱仪成像系统成像。
一种实施例中，视场补偿机构包括激光器和光路整形部；
激光器和光路整形部分别固定于支撑架上，激光器用于向光路整形部发射脉冲激光束，光路整形部用于将脉冲激光束整形为垂直于飞行载体的飞行方向的线形光束，且线形光束与被测目标的成像视场重合。
一种实施例中，脉冲激光束为绿激光束，且脉冲激光束的波长为532nm，脉冲宽度为10ns、光谱分辨率为5nm，被测目标的成像接收谱段为400nm-600nm。
一种实施例中，激光器为绿光激光器。
一种实施例中，光路整形部为柱状光学天线。
一种实施例中，高光谱仪成像系统包括滤波模块，滤波模块用于放大绿激光谱段的信号。
一种实施例中，包括姿态传感器、俯仰电机和驱动器；
姿态传感器、俯仰电机和驱动分别安装于支撑架上；
俯仰电机的输出端连接于45°指向镜，俯仰电机的输入端连接于驱动器的输出端，驱动器的输入端连接姿态传感器；
姿态传感器实时监测飞行载体的姿态偏差，并根据姿态偏差控制驱动器驱动俯仰电机带动45°指向镜进行1/2倍角度转动。
依据上述实施例的水下目标探测装置，由于通过视场补偿机构对水下目标的成像视场进行视场补偿，以增强成像视场的反射信号能量强度，进而增加了水下探测深度及探测范围，提高了被测物体成像的清晰度；
进一步，本申请的视场补偿机构发出的光束为绿激光束，绿激光束对水具有很强的穿透力，提高了成像视场的有效补偿；
进一步，本申请的姿态传感器、俯仰电机和驱动器的综合使用，能控制45°指向镜进行1/2倍角度转动，能够获取水下目标的不同方位的信息。
附图说明
图1为水下目标探测装置的结构示意图；
图2为水下目标探测装置多角度探测示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
由于水对光的吸收和散射引起的光学衰减效应、空间效应,使得水下远距离的目标回波信号非常微弱，导致单一的高光谱成像探测水下物体的距离范围非常有限，如果距离较远，测得的水下物体的图像非常模糊，针对目前水下探测存在的瓶颈问题，本发明提出了主被动复合成像探测的思路，即向高光谱的被动成像的成像视场加入主动的入射视场，将入射视场与成像视场重合形成复合视场，高光谱仪通过复合视场能扩大水下探测范围，还能获得清晰的被测物体的图像。
具体的，本申请提供一种水下目标探测装置，其结构示意图如图1所示，包括高光谱仪成像系统1、45°指向镜2和支撑架3，还包括：用于向水下被测目标的成像视场补偿视场强度的视场补偿机构4。
支撑环架3固定在飞行载体上，高光谱仪成像系统1安装于支撑架3上，45°指向镜2位于高光谱仪成像系统1的前端并固定在支撑架3上，视场补偿机构4固定于支撑架3上，且视场补偿机构4发出的入射视场与被测目标的成像视场重合形成复合视场；复合视场的反射光线经45°指向镜2二次反射后进入高光谱仪成像系统1成像。
进一步，视场补偿机构4包括激光器41和光路整形部42；激光器41和光路整形部42分别固定于支撑架3上，激光器41用于向光路整形部42发射脉冲激光束，光路整形部42用于将脉冲激光束整形为垂直于飞行载体的飞行方向的线形光束，且线形光束形成的入射视场与被测目标的成像视场重合。
其中，激光器41和光路整形部42在支撑架3上的安装位置不作具体限定，只要能达到激光器41发出的脉冲激光束形成的入射视场与被测目标的成像视场重合即可。
进一步，利用绿激光对海水的穿透特性，本例的脉冲激光束优选为绿激光束，且，脉冲激光束的波长为532nm，脉冲宽度为10ns，光谱分辨率为5nm，由于被测目标反射光的谱段为多谱段，本例的成像接收谱段为400nm-600nm；优选的，激光器41为绿光激光器。
进一步，为了将激光器41发出的脉冲光束整形为垂直于飞行载体的飞行方向的线形光线，因为线形光线能增加其与被测目标的成像视场的有效接触面积，所以，本例的光路整形部42优选为柱状光学天线。
为了提高水下目标测量的精度，高光谱仪成像系统1在根据复合视场反射的光信号进行成像之前，还需对复合视场的反射光线进行有效滤波，进一步，本申请的高光谱仪成像系统1包括滤波模块，该滤波模块用于放大绿激光谱段的信号，抑制其他波段的信号。
进一步，为了能够获取水下被测目标的不同方位的信息，本申请还包括姿态传感器5、俯仰电机6和驱动器7；姿态传感器5、俯仰电机6和驱动器7分别安装于支撑架3上；俯仰电机6的输出端连接于45°指向镜2，俯仰电机6的输入端连接于驱动器7的输出端，驱动器7的输入端连接姿态传感器5；姿态传感器5实时监测飞行载体的姿态偏差，并根据姿态偏差控制驱动器7驱动俯仰电机6带动45°指向镜2进行1/2倍角度转动，通过1/2倍角度的反向补偿，纠正俯仰扰动导致的视轴偏移，以获取水下被测目标不同方位的信息。
进一步，本申请的水下目标探测装置还包括光学接收天线，该光学接收天线安装于支撑架3上，用于接收被测目标的后向散射信号，并将后向散射信号发送至高光谱仪成像系统1。
进一步，本申请的高光谱仪成像系统1还包括数据处理与存储模块，该数据处理与存储模块对被测目标不同方位的信息进行处理后即可得出被测目标的准确位置及该被测目标的深度信息，并对被测目标的位置及深度信息进行存储。
本申请的水下目标探测装置，通过主被动复合成像探测可以增加水下探测深度和探测范围，并且利用多角度成像技术，可以获取水下目标不同方位的信息，从而实现对水下目标深度信息的反演，大幅提升了探测信息的维度和准确率，同时，结合飞行平台速度快、视场广的优点，极大的提升了水下探测的效率。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (4)

1.一种水下目标探测装置，包括高光谱仪成像系统(1)、45°指向镜(2)和支撑架(3)，其特征在于，还包括：用于向水下被测目标的成像视场补偿视场强度的视场补偿机构(4)；
所述支撑架(3)固定在飞行载体上，所述高光谱仪成像系统(1)安装于所述支撑架(3)上，所述45°指向镜(2)位于所述高光谱仪成像系统(1)的前端并固定在所述支撑架(3)上，所述视场补偿机构(4)固定于所述支撑架(3)上，且所述视场补偿机构(4)发出的入射视场与所述被测目标的成像视场重合形成复合视场；具体的，所述视场补偿机构(4)包括激光器(41)和光路整形部(42)，所述激光器(41)为绿光激光器，所述光路整形部(42)为柱状光学天线；
所述激光器(41)和光路整形部(42)分别固定于所述支撑架(3)上，所述激光器(41)用于向所述光路整形部(42)发射绿激光束；
所述光路整形部(42)用于将所述绿激光束整形为垂直于所述飞行载体的飞行方向的线形光束，且所述线形光束形成的入射视场与所述被测目标的成像视场重合；
所述复合视场的反射光线经所述45°指向镜(2)二次反射进入所述高光谱仪成像系统(1)成像。
2.如权利要求1所述的水下目标探测装置，其特征在于，所述绿激光束的波长为532nm、脉冲宽度为10ns、光谱分辨率为5nm，所述被测目标的成像接收谱段为400nm～600nm。
3.如权利要求1所述的水下目标探测装置，其特征在于，所述高光谱仪成像系统(1)包括滤波模块，所述滤波模块用于放大绿激光谱段的信号。
4.如权利要求1所述的水下目标探测装置，其特征在于，还包括姿态传感器(5)、俯仰电机(6)和驱动器(7)；
所述姿态传感器(5)、俯仰电机(6)和驱动器(7)分别安装于所述支撑架(3)上；
所述俯仰电机(6)的输出端连接于所述45°指向镜(2)，所述俯仰电机(6)的输入端连接于所述驱动器(7)的输出端，所述驱动器(7)的输入端连接所述姿态传感器(5)；
所述姿态传感器(5)实时监测所述飞行载体的姿态偏差，并根据所述姿态偏差控制所述驱动器(7)驱动所述俯仰电机(6)带动所述45°指向镜(2)进行1/2倍角度转动。
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