CN108871568A - 基于红外观测卡和可见ccd的红外激光告警装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于二维激光告警技术领域，具体涉及基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警装置及方法，该装置依次设置的闪耀光栅、前置红外镜头、红外观测卡、可见光成像镜头和可见光面阵CCD，被测激光通过闪耀光栅衍射，经前置红外镜头将衍射光斑汇聚在红外观测卡上，并将红外光斑转为可见光斑，被后置可见光成像镜头成像在可见光面阵CCD上。该方法将红外观测卡和可见CCD像结合，采用二次成像方式实现红外激光方位角、俯仰角和波长的探测。可有效解决红外探测器分辨率低、热噪声严重、成本贵等问题。结合0级和1级光斑位置实现被测红外激光的方位角、俯仰角和波长的探测，可减小红外探测器热噪声的影响及降低系统成本。
Description
技术领域
本发明属于二维激光告警技术领域，具体涉及基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警装置及方法。
背景技术
随着与激光相关武器成功研制和应用于军事，如激光眩目器、激光致盲武器、反导弹激光武器、反卫星激光武器、激光制导武器等，激光告警技术已经得到各国高度重视，也是光电对抗领域的一项重要技术。
激光告警接收机用来探测敌方来袭激光信息(比如激光波长、入射方向等信息)，相干探测型激光告警接收机是其中抗干扰能力较强的一类，根据相干元件的不同可分为：F-P型、Michekson型、Fizeau型、光栅衍射型、傅里叶变换光谱型等，各种激光告警机都存在优缺点。
虽然文献“基于二维激光告警的闪耀光栅设计红外与激光工程,2016,004(10):125-129”设计了同时实现方位角、俯仰角、波长探测的二维激光告警机系统。但该激光告警主要是针对红外激光，而红外探测器分辨率低、热噪声严重、成本高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警装置及方法，通过采用红外观测卡将红外衍射光斑转为可见光，结合可见CCD实现二维红外激光告警。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警装置，包括依次设置的闪耀光栅、前置红外镜头、红外观测卡、可见光成像镜头和可见光面阵CCD，被测激光通过闪耀光栅衍射，经前置红外镜头将衍射光斑汇聚在红外观测卡上，并将红外光斑转为可见光斑，被后置可见光成像镜头成像在可见光面阵CCD上。
所述红外观测卡可采用红外观察卡或倍频片或二向色镜。
所述闪耀光栅有两个，两个闪耀光栅反向对接，且对接处留有段空。
红外观测卡设置在前置红外镜头的焦平面处。
前置红外镜头的焦距：f1＝80mm；
后置可见光成像镜头的焦距：f2＝50mm；
后置可见光成像镜头与红外观测卡的距离：U＝150mm；
后置可见光成像镜头与可见光面阵CCD的距离：V＝75mm。
基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警方法，被测激光首先通过闪耀光栅衍射，然后经前置红外镜头将衍射光斑汇聚在红外观测卡上，并通过红外观测卡将红外光斑转化为可见光斑，最后由后置可见光成像镜头将红外观测卡的光斑二次成像在可见面阵CCD上。
所述红外观测卡可采用红外观察卡或倍频片或二向色镜。
闪耀光栅由两个完全相同的闪耀光栅AB和CD反相对接，保证+1级和-1级的衍射光强相同；并且对接中间BC留有段空间距e，以提高0级的强度。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
将红外观测卡和可见CCD像结合，采用二次成像方式实现红外激光方位角、俯仰角和波长的探测。可有效解决红外探测器分辨率低、热噪声严重、成本高等问题。通过红外观测卡将红外衍射光斑转为可见光，再经过二次成像在可见CCD上，结合0级和1级光斑位置实现被测红外激光的方位角、俯仰角和波长的探测，可减小红外探测器热噪声的影响及降低系统成本。
采用特殊结构闪耀光栅，该结构的闪耀光栅可避免传统闪耀光栅能量主要集中在+1级衍射上，0级和-1级的衍射效率很低的问题。特殊结构闪耀光栅结构可可以保证+1级和-1级的衍射光强相同；且中间空一定间距以提高0级的强度，这样便于后续处理中0级和1级衍射光斑的确定。
采用的红外观察卡主要是将红外衍射光斑转化为可见光斑，类似功能的主要有红外观察卡、倍频片、二向色镜等。
总之，实现采用特殊结构闪耀光栅、红外观测卡加可见光CCD的方式实现被测红外激光的方位角、俯仰角和波长的探测，可减小红外探测器热噪声的影响及降低系统成本。
附图说明
图1是本发明方位角探测原理图；
图2是本发明俯仰角角探测原理图；
图3是本发明闪耀光栅的结构示意图；
其中：1为闪耀光栅，2为前置红外镜头，3为红外观测卡，4为后置可见光成像镜头，5为可见光面阵CCD。
具体实施方式
下面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做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。
如图1所示，被测激光依次通过闪耀光栅1衍射，经前置红外镜头2将衍射光斑汇聚在红外观测卡3上，并将红外光斑转为可见光斑，被后置可见光成像镜头4成像在可见光面阵CCD5。
其中，闪耀光栅1为特殊结构的闪耀光栅，如图3所示，该结构的闪耀光栅可避免传统闪耀光栅能量主要集中在+1级衍射上，0级和-1级的衍射效率很低的问题。该结构可等效为两个完全相同的闪耀光栅AB和CD反相对接，这样可以保证+1级和-1级的衍射光强相同；并且中间BC段空一定间距e以提高0级的强度，这样便于后续处理中0级和1级衍射光斑的确定。
其中，前置红外镜头2主要针对被测激光波段设计，有效消除像差和色差，使衍射光斑汇聚在红外观测卡3中。
其中，红外观测卡3放置在前置红外镜头2的焦平面处，主要是将红外光斑转化为可见光斑，类似功能的主要有红外观察卡、倍频片、二向色镜等。
其中，后置可见光成像镜头4主要是将红外观测卡3的光斑二次成像在可见面阵CCD5上。
具体的理论推导如下：
红外激光入射经过闪耀光栅1衍射后由前置红外镜头2汇聚在红外观测卡3上产生干涉光斑。在红外观测卡3的x方向，零级光斑中心位置为x10，+1级光斑中心位置为x1+1，-1级光斑中心位置为x1-1，如图1所示；在红外观测卡3的y方向，入射光衍射后的光斑中心位置为y1，如图2所示。设闪耀光栅1的光栅常数为d，前置红外镜头2焦距为f1，入射激光的方位角为α，俯仰角为γ。
由图1可知，波长为λ激光入射光栅后，零级衍射角等于入射角α；+1、-1级衍射角度β+1、β-1满足：
+1级为：
-1级为：
由于红外观测卡3位于前置红外镜头2的焦面处，在红外观测卡3上的0、+1、-1级衍射的位置如下：
由(1)、(2)和(3)可推导出被测激光的方位角α、俯仰角γ和波长λ如下:
其中在红外观测卡中的衍射0、+1、-1级光斑主要是通过后置可见光成像镜头将红外观测卡的光斑二次成像在可见光面阵CCD上，其中CCD的x方向，对应在红外观测卡的零级光斑中心位置为x20，+1级光斑中心位置为x2+1，-1级光斑中心位置为x2-1，如图1所示；在CCD的y方向，对应在红外观测卡的衍射光斑中心位置为y2，进而通过数据处理获得衍射光斑中心位置坐标x10、x1+1、x1-1和y1。其中，后置可见光成像镜头的焦距为f2，后置可见光成像镜头与红外观测卡的距离为U，后置可见光成像镜头与可见光面阵CCD的距离为V。因此可知x10、x1+1、x1-1、y1与x20、x2+1、x2-1、y2的对应关系为：
因此根据可见光面阵CCD获得的x20、x2+1、x2-1、y2结合(5)式和(4)式就可获得被测目标激光的方位角α、俯仰角γ和波长λ信息。上述分析可知，该方法采用红外观测卡和可见光CCD就可实现被测红外激光的方位角、俯仰角和波长的探测，可减小红外探测器热噪声的影响及降低系统成本，且可见CCD分辨率较红外面阵探测分辨率高，可提高探测激光的精度。
具体实施方式参数如下：
探测激光波段范围：1μm-2μm；
闪耀光栅的光栅常数：d＝(1/300)mm；
闪耀光栅中间空的BC间距：e＝1.6mm；
闪耀波长：λ＝1.5μm；
红外观测卡长度尺寸大于2倍的可见光CCD长度尺寸；
红外观测卡宽度尺寸大于2倍的可见光CCD宽度尺寸；
前置红外镜头的焦距：f1＝80mm；
后置可见光成像镜头的焦距：f2＝50mm；
后置可见光成像镜头与红外观测卡的距离：U＝150mm；
后置可见光成像镜头与可见光面阵CCD的距离：V＝75mm。
实际测量被测激光时，根据可见光面阵CCD中获得的衍射光斑位置指标x20、x2+1、x2-1、y2，进而根据上述参数带入公式(4)和公式(5)就可获得被测目标激光的方位角α、俯仰角γ和波长λ信息。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警装置，其特征在于：包括依次设置的闪耀光栅(1)、前置红外镜头(2)、红外观测卡(3)、后置可见光成像镜头(4)和可见光面阵CCD(5)；被测激光通过闪耀光栅(1)衍射，经前置红外镜头(2)将衍射光斑汇聚在红外观测卡(3)上，并将红外光斑转为可见光斑，被后置可见光成像镜头(4)成像在可见光面阵CCD(5)上。
2.根据权利要求1所述的基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警装置，其特征在于：所述红外观测卡(3)可采用红外观察卡或倍频片或二向色镜。
3.根据权利要求1所述的基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警装置，其特征在于：所述闪耀光栅(1)有两个，两个闪耀光栅(1)反向对接，且对接处留有段空。
4.根据权利要求1所述的基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警装置，其特征在于：红外观测卡(3)设置在前置红外镜头(2)的焦平面处。
5.根据权利要求1所述的基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警装置，其特征在于：
前置红外镜头(2)的焦距：f1＝80mm；
后置可见光成像镜头(4)的焦距：f2＝50mm；
后置可见光成像镜头(4)与红外观测卡(3)的距离：U＝150mm；
后置可见光成像镜头(4)与可见光面阵CCD(5)的距离：V＝75mm。
6.基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警方法，其特征在于：被测激光首先通过闪耀光栅衍射，然后经前置红外镜头将衍射光斑汇聚在红外观测卡上，并通过红外观测卡将红外光斑转化为可见光斑，最后由后置可见光成像镜头将红外观测卡的光斑二次成像在可见面阵CCD上。
7.根据权利要求6所述的基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警方法，其特征在于：所述红外观测卡可采用红外观察卡或倍频片或二向色镜。
8.根据权利要求6所述的基于红外观测卡和可见CCD的红外激光告警方法，其特征在于：闪耀光栅由两个完全相同的闪耀光栅AB和CD反相对接，保证+1级和-1级的衍射光强相同；并且对接中间BC留有段空间距e，以提高0级的强度。
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