CN108107004B - 窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法 - Google Patents

Abstract

窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法，属于目标特性测试领域，具体如下：选取目标与背景测试平台与窄脉冲激光器之间的角度，通过计算机系统控制目标与背景测试平台使得测试转台根据设置的转角参数旋转到预定的水平方位和俯仰角度；窄脉冲激光器发出窄脉冲激光，经过光学系统Ⅰ，起偏装置产生所需偏振光后照射到背景标定板或待测目标上，反射光经过光学系统Ⅱ、检偏装置后进入数据处理接收端，数据处理接收端进行偏振信息收集并将该信息发送给计算机系统，经计算机系统分析获得窄脉冲激光目标偏振二向反射特性。本发明的方法实现对窄脉冲激光目标全偏振反射特性的研究。

Description

窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法

技术领域

本发明属于目标特性测试领域，特别涉及一种窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法。

背景技术

目前被探测的主题通常是处于复杂地物环境例如植被、岩石、土壤、建筑物等天然和人工的目标下的低可探测目标例如隐身涂层覆盖、伪装网遮蔽、欺骗目标，这使得传统的依赖于强度探测的光电设备性能大打折扣，迫切需要发展先进的偏振探测识别技术。人造目标相对于自然环境具有明显的偏振特性差异，因而偏振成像在从复杂背景中凸显目标，提高隐身、伪装目标对比度、降低虚警率方面具有优势，因此开展目标与背景偏振特性的研究是十分必要的。

在目标反射特性测试方面，美国对目标与背景的偏振特性研究相对较完善，形成了部分复杂背景目标偏振反射特性数据库，促进了国外的激光近程探测技术的迅猛发展。美国海军实验室对阴影中黑色车辆缩比模型的偏振成像与强度成像对比试验，偏振成像相比于强度成像对比度提高了50％。国外对目标与背景的偏振特性研究相对较完善，形成了部分复杂背景目标偏振反射特性数据库，促进了国外的激光近程探测技术的迅猛发展。挪威NOPTEL公司研制的NF2000为迫弹用引信，多选择激光近程探测为其制导方式，该方式采用测定光脉冲往返时间的脉冲定距体制，脉冲重复频率为500次/秒，消除烟、尘、雨、雾等干扰，其近炸指标为：1m～10m可选择装定，定距精度为5m。我国对目标反射特性数据库尚不完备，且对于目标偏振反射特性与复杂地物环境特征差异尚不明确，当脉冲激光照射到目标上时，目标表面的反射特性将影响接收系统对目标的捕获、检测和锁定跟踪，由于缺少针对常规武器目标反射特性的相关研究，严重制约了我国窄脉冲激光近程探测技术的发展。而引入目标与复杂地物环境的偏振特性可大大提升激光近程探测精度。

因此，研究目标表面对脉冲激光的偏振反射特性，是激光近程探测中尤为重要的环节,所以，本领域亟需一种新的技术来改变这样的现状。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种适用范围广、操作方便、效率高、精度高、可重复的窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法。

本发明采用如下的技术方案：窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法，其特征在于：该测试方法采用的装置包括目标与背景测试平台、起偏装置、光学系统Ⅰ、窄脉冲激光器、检偏装置、光学系统Ⅱ、数据处理接收端及计算机系统，

具体实现步骤如下：

步骤一、操作人员选定目标与背景测试平台与窄脉冲激光器的摆放位置，所述目标与背景测试平台包括测试转台及步进电机，测试转台上放置有背景标定板，通过计算机系统控制步进电机驱动测试转台转动，使得测试转台根据设置的转角参数旋转到预定的水平方位和俯仰角度；

步骤二、窄脉冲激光器发出窄脉冲激光，窄脉冲激光器发出的窄脉冲激光依次经过光学系统Ⅰ、起偏装置照射至背景标定板，其中光学系统Ⅰ包括沿光线的传播方向顺次布置的准直扩束系统、衰减片及滤光片，起偏装置包括沿光线的传播方向顺次布置的偏振片及四分之一波片；

步骤三、光学系统Ⅱ接收载有背景标定板偏振信息的返回窄脉冲激光，光学系统Ⅱ包括沿光线的传播方向顺次布置的缩束系统及分光棱镜，该返回窄脉冲激光经缩束系统后由分光棱镜分成两路，一路为透射光，另一路为反射光；

步骤四、数据处理接收端收集背景标定板偏振信息，并将收集到的偏振信息发送给计算机系统，数据处理接收端包括偏振态测量仪、光功率计及偏振相机，其中偏振态测量仪位于分光棱镜的透射光路上，光功率计位于分光棱镜的反射光路上，并在光功率计与分光棱镜之间设置有检偏装置，偏振相机用于接收载有背景标定板偏振信息的返回窄脉冲激光；

步骤五、计算机系统接收数据处理接收端向其发送的偏振信息并进行处理，得到背景标定板偏振特性信息，该背景标定板偏振特性信息存储于计算机系统的数据库中；

步骤六、将步骤一到步骤五中的背景标定板替换成待测目标，重复步骤一到步骤五，通过计算机系统对待测目标与背景标定板偏振特性信息进行对比，获得窄脉冲激光目标偏振反射特性。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、本发明的窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法，可实现对目标与背景环境偏振反射特性的面源成像测试，也可实现对偏振信息的点源信息获取。

2、本发明构建了一种针对窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法，可对近红外波段的线偏振光、圆偏振光信息采集，从而实现对窄脉冲激光目标全偏振反射特性的研究。

3、本发明窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法，可对目标多角度方向反射特性的影响效果，可进行多次测量，屏蔽外界干扰，得到其在目标反射特性的传输规律，极大地提高实验的精确性。

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，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1本发明窄脉冲激光目标偏振反射特性测试系统的结构示意图。

图2本发明的实施例结构示意图。

图中各标记如下：1-目标与背景测试平台、2-起偏装置、21-偏振片、22-四分之一波片、3-光学系统Ⅰ、31-准直扩束系统、32-衰减片、33-滤光片、4-窄脉冲激光器、5-检偏装置、6-光学系统Ⅱ、61-缩束系统、62-分光棱镜、7-数据处理接收端、71-偏振态测量仪、72-光功率计、73-偏振相机、8-计算机系统。

具体实施方式

为了更清楚地表明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程及流程并没有详细的叙述。

本发明提出了一种窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法，如图1所示，该测试方法采用的装置包括目标与背景测试平台1、起偏装置2、光学系统Ⅰ3、窄脉冲激光器4、检偏装置5、光学系统Ⅱ6、数据处理接收端7及计算机系统8，

具体实现步骤如下：

步骤一、操作人员选定目标与背景测试平台1与窄脉冲激光器4的摆放位置，所述目标与背景测试平台1包括测试转台及步进电机，测试转台上放置有背景标定板，通过计算机系统8控制步进电机驱动测试转台转动，使得测试转台根据设置的转角参数旋转到预定的水平方位和俯仰角度；

步骤二、窄脉冲激光器4发出窄脉冲激光，窄脉冲激光器4发出的窄脉冲激光依次经过光学系统Ⅰ3、起偏装置2照射至背景标定板，其中光学系统Ⅰ3包括沿光线的传播方向顺次布置的准直扩束系统31、衰减片32及滤光片33，起偏装置2包括沿光线的传播方向顺次布置的偏振片21及四分之一波片22；

步骤三、光学系统Ⅱ6接收载有背景标定板偏振信息的返回窄脉冲激光，光学系统Ⅱ6包括沿光线的传播方向顺次布置的缩束系统61及分光棱镜62，该返回窄脉冲激光经缩束系统61后由分光棱镜62分成两路，一路为透射光，另一路为反射光；

步骤四、数据处理接收端7收集背景标定板偏振信息，并将收集到的偏振信息发送给计算机系统8，数据处理接收端7包括偏振态测量仪71、光功率计72及偏振相机73，其中偏振态测量仪71位于分光棱镜62的透射光路上，光功率计72位于分光棱镜62的反射光路上，并在光功率计72与分光棱镜62之间设置有检偏装置5，偏振相机73用于接收载有背景标定板偏振信息的返回窄脉冲激光；

步骤五、计算机系统8接收数据处理接收端7向其发送的偏振信息并进行处理，得到背景标定板偏振特性信息，该背景标定板偏振特性信息存储于计算机系统8的数据库中；

步骤六、将步骤一到步骤五中的背景标定板替换成待测目标，重复步骤一到步骤五，通过计算机系统8对待测目标与背景标定板偏振特性信息进行对比，获得窄脉冲激光目标偏振反射特性。

所述目标与背景测试平台1可以实现控制放置在测试转台上的背景标定板及待测目标，对待测目标与背景标定板二向偏振反射特性进行测试，采用比较测量法。测量标准白板即背景标定板在激光光源照射下的反射特性，在相同的测试条件下，将待测目标反射光的电压值同已知反射率背景标定板对应角度的电压相比较，就可计算出待测目标的反射率。标准白板具有很好的漫反射性、高反射比、稳定性好等优点，所以可以选用接近朗伯板的标准白板作为参考板，即定标板，对实验数据进行定标。反射比数据已经由中国计量院进行过校准，均具有较高的可靠性。这种测试方法，有效去除了系统误差，可以得到较准确的测量结果。

所述计算机系统8与目标与背景测试平台1、数据处理接收端7相连，计算机系统8实现对测试转台运动的控制，具体计算机系统8，带串口扩展卡，通道数不少于3路；通过串口对测试转台进行控制，并接收测试转台转角参数；通过串口输出测试转台到位(测试转台实际位置与事先拟定的水平方位和俯仰角度指令一致)脉冲信号；测试转台在测试模式下，可根据事先拟定的水平方位和俯仰角度指令文件按序转动；所述测试平台的方位角范围为0°～350°，测试平台的方位角每隔5°为一个测试单位，测试平台的俯仰角范围10°～170°，测试平台的俯仰角每隔5°为一个测试单位，实现了多角度测量。在测试转台的下方装有滚轮，方便外场实验时的搬运。

所述起偏装置2、光学系统Ⅰ3、光学系统Ⅱ6与检偏装置5组合使用可实现不同偏振态的偏振光的发射与接收，尤其可产生圆偏振光。

所述窄脉冲激光器4，可实现1064nm窄脉冲激光发射，进入光学系统Ⅰ3准直扩束后，经过起偏装置2，产生偏振窄脉冲激光，照射到待测目标上，再经过光学系统Ⅱ6，检偏装置5，最终进入数据处理接收端7。数据处理接收端7通过偏振态测量仪71，光功率计72，偏振相机73，可以实现对于窄脉冲目标反射特性的多维信息获取，偏振态测量仪71，光功率计72实现点源测量，偏振相机73实现面源成像分析。

所述数据处理接收端7包括偏振态测量仪71、光功率计组成72、偏振相机73，偏振态测量仪71可实时对偏振特性数据采集，偏振测量精度为±0.25°；光功率计72与检偏装置5组合可以获取待测目标偏振信息，与偏振态测量仪71获取的数据进行对比，从而给出测量误差。

所述偏振相机73可以直接获取待测目标的偏振特性面源信息。

实施例1

若要测试1064nm窄脉冲激光在金属板上的60度方向上的圆偏振光反射偏振特性，系统结构示意图如图2。

步骤一、选定目标与背景测试平台1与窄脉冲激光器4的摆放位置，使得目标与背景测试平台1与窄脉冲激光器4之间的角度为60度，所述目标与背景测试平台1包括测试转台及步进电机，测试转台上放置有背景标定板，通过计算机系统8控制步进电机驱动测试转台转动，使得测试转台根据设置的转角参数旋转到预定的水平方位和俯仰角度；

步骤二、窄脉冲激光器4发出1064nm波长的窄脉冲激光，窄脉冲激光器4发出的窄脉冲激光依次经过光学系统Ⅰ3、起偏装置2产生所需圆偏振窄脉冲激光后照射至背景标定板；

步骤三、光学系统Ⅱ6接收载有背景标定板偏振信息的返回窄脉冲激光，光学系统Ⅱ6包括沿光线的传播方向顺次布置的缩束系统61及分光棱镜62，该返回窄脉冲激光经缩束系统61后由分光棱镜62分成两路，一路为透射光，另一路为反射光；

步骤四、数据处理接收端7收集背景标定板偏振信息，并将收集到的偏振信息发送给计算机系统8，数据处理接收端7包括偏振态测量仪71、光功率计72及偏振相机73，其中偏振态测量仪71位于分光棱镜62的透射光路上，光功率计72位于分光棱镜62的反射光路上，并在光功率计72与分光棱镜62之间设置有检偏装置5，偏振相机73用于接收载有背景标定板偏振信息的返回窄脉冲激光；

步骤五、计算机系统8接收数据处理接收端7向其发送的偏振信息并进行处理，得到背景标定板偏振特性信息，该背景标定板偏振特性信息存储于计算机系统8的数据库中；

步骤六、将步骤一到步骤五中的背景标定板替换成金属板，重复步骤一到步骤五，通过计算机系统8对金属板与背景标定板偏振特性信息进行对比，分析并获得1064nm窄脉冲激光在金属板上的60度方向上的圆偏振光反射偏振特性。

上述实施例仅为例示性说明本发明的方法和有益效果，而非用于限制本发明。任何熟悉此方法的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如申请专利范围所列。

Claims (3)

1.窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法，其特征在于：该测试方法采用的装置包括目标与背景测试平台(1)、起偏装置(2)、光学系统Ⅰ(3)、窄脉冲激光器(4)、检偏装置(5)、光学系统Ⅱ(6)、数据处理接收端(7)及计算机系统(8)，

具体实现步骤如下：

步骤一、操作人员选定目标与背景测试平台(1)与窄脉冲激光器(4)的摆放位置，所述目标与背景测试平台(1)包括测试转台及步进电机，测试转台上放置有背景标定板，通过计算机系统(8)控制步进电机驱动测试转台转动，使得测试转台根据设置的转角参数旋转到预定的水平方位和俯仰角度；

步骤二、窄脉冲激光器(4)发出窄脉冲激光，窄脉冲激光器(4)发出的窄脉冲激光依次经过光学系统Ⅰ(3)、起偏装置(2)照射至背景标定板，其中光学系统Ⅰ(3)包括沿光线的传播方向顺次布置的准直扩束系统(31)、衰减片(32)及滤光片(33)，起偏装置(2)包括沿光线的传播方向顺次布置的偏振片(21)及四分之一波片(22)；

步骤三、光学系统Ⅱ(6)接收载有背景标定板偏振信息的返回窄脉冲激光，光学系统Ⅱ(6)包括沿光线的传播方向顺次布置的缩束系统(61)及分光棱镜(62)，该返回窄脉冲激光经缩束系统(61)后由分光棱镜(62)分成两路，一路为透射光，另一路为反射光；

步骤四、数据处理接收端(7)收集背景标定板偏振信息，并将收集到的偏振信息发送给计算机系统(8)，数据处理接收端(7)包括偏振态测量仪(71)、光功率计(72)及偏振相机(73)，其中偏振态测量仪(71)位于分光棱镜(62)的透射光路上，光功率计(72)位于分光棱镜(62)的反射光路上，并在光功率计(72)与分光棱镜(62)之间设置有检偏装置(5)，偏振相机(73)用于接收载有背景标定板偏振信息的返回窄脉冲激光；

步骤五、计算机系统(8)接收数据处理接收端(7)向其发送的偏振信息并进行处理，得到背景标定板偏振特性信息，该背景标定板偏振特性信息存储于计算机系统(8)的数据库中；

步骤六、将步骤一到步骤五中的背景标定板替换成待测目标，重复步骤一到步骤五，通过计算机系统(8)对待测目标与背景标定板偏振特性信息进行对比，获得窄脉冲激光目标偏振反射特性。

2.根据权利要求1所述的窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法，其特征是：所述测试转台的下方装有滚轮。

3.根据权利要求1所述的窄脉冲激光目标偏振反射特性测试方法，其特征是：所述测试平台的方位角范围为0°～350°，测试平台的方位角每隔5°为一个测试单位，测试平台的俯仰角范围10°～170°，测试平台的俯仰角每隔5°为一个测试单位。

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