CN110764102B - 一种具备测距功能的光量子激光瞄镜 - Google Patents

一种具备测距功能的光量子激光瞄镜 Download PDF

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Abstract

一种具备测距功能的光量子激光瞄镜，包括光量子激光发射模块、光量子激光接收模块、光学校正模块、算法处理模块、显示存储模块；所述光量子激光发射模块用于向目标发射单光子激光；所述光量子激光接收模块用于接收被目标反射的单光子激光，即单光子反射激光；所述光学校正模块用于对单光子反射激光进行光学校正；所述算法处理模块利用预设高效算法对单光子反射激光进行测距测算得出测距结果；所述显示存储模块用于存储及显示目标图像及测距结果。本发明的有益效果为：完成光量子激光瞄镜的测距功能，实现了瞄准过程中的自动测距，高效精确。

Description

一种具备测距功能的光量子激光瞄镜
技术领域
本发明涉及激光瞄镜领域，具体涉及一种具备测距功能的光量子激光瞄镜。
背景技术
激光被广泛运用于各类激光瞄镜或激光望远镜，在军工、工业和民用都有广泛的应用市场，但现有的激光瞄镜一般侧重于瞄准功能，其他配备功能较少，如测距，测角等功能需要使用者根据自身经验测定或利用其他设备测定，精度低，速度慢，难以达到预期的高效精确的水平；同时现有的激光望远镜一般通过发射激光脉冲信号，测量激光回波信号的时间差来间接测定目标距离，需要足够大的回波能量来确保测量精度；由于其相干性、方向性受自身光学性质及大气环境影响，到达目标后反射的回波信号会发生漫反射和折射，极大地影响了测量精度和测量速度，特别是雨雪雾等极端天气环境下，测量误差更大，与真实距离有较大的偏差。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种具备测距功能的光量子激光瞄镜。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明提供了一种具备测距功能的光量子激光瞄镜，包括光量子激光发射模块、光量子激光接收模块、光学校正模块、算法处理模块、显示存储模块；
所述光量子激光发射模块用于向目标发射单光子激光；
所述光量子激光接收模块用于接收被目标反射的单光子激光，即单光子反射激光；
所述光学校正模块用于对单光子反射激光进行光学校正；
所述算法处理模块利用预设高效算法对单光子反射激光进行测距测算得出测距结果；
所述显示存储模块用于存储及显示目标图像及测距结果。
本发明的有益效果是：通过一种具备测距功能的光量子激光瞄镜在瞄镜瞄准过程中进行自动测距，采用单光子光束进行目标距离测量，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射单光子反射激光的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，高效算法保证了目标距离测算的准确性，使测量精度更高，测量速度更快。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1、图2是本发明的装置结构示意图；
附图标记：
光量子激光瞄镜1、光量子激光发射模块101、光量子激光接收模块102、光学校正模块103、算法处理模块104、显示存储模块105、目镜模块106、物镜模块107、连接座模块108。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例的一种具备测距功能的光量子激光瞄镜1，包括光量子激光发射模块101、光量子激光接收模块102、光学校正模块103、算法处理模块104、显示存储模块105；
所述光量子激光发射模块101用于向目标发射单光子激光；
所述光量子激光接收模块102用于接收被目标反射的单光子激光，即单光子反射激光；
所述光学校正模块103用于对单光子反射激光进行光学校正；
所述算法处理模块104利用预设高效算法对单光子反射激光进行测距测算得出测距结果；
所述显示存储模块105用于存储及显示目标图像及测距结果。
本实施例通过一种具备测距功能的光量子激光瞄镜1在瞄镜瞄准过程中进行自动测距，采用单光子光束进行目标距离测量，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射单光子反射激光的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，高效算法保证了目标距离测算的准确性，使测量精度更高，测量速度更快。
优选的，所述一种具备测距功能的光量子激光瞄镜1还包括目镜模块106、物镜模块107、连接座模块108；
所述目镜模块106包括目镜组、目镜连接卡槽，与所述显示存储模块105连接；
所述物镜模块107包括物镜组、物镜连接卡槽，与所述光学校正模块103连接；
所述连接座模块108用于所述光量子激光瞄镜1在其它设备上的固定连接，包括连接管、安装卡槽、活动卡块。
本优选实施例中一种具备测距功能的光量子激光瞄镜通过所述目镜模块106、物镜模块107、连接座模块108与其它模块或设备连接，使所述光量子激光瞄镜1在进行目标瞄准的同时进行自动测距，光量子激光发射与光量子激光接收通过所述物镜模块107的物镜组单一光轴，可减少所述光量子激光瞄镜1的体积，能够在保证探测精确度的同时减少一定程度上的资源空置，避免追求高精度而造成的资源浪费；测距结果通过所述目镜模块106在所述显示存储模块105上查看，方便简洁。
优选的，所述光量子激光发射模块101包括光量子激光发射器、时序发生器；
所述光量子激光发射器用于向目标发射单光子激光；
所述时序发生器用于控制单光子激光发射时序；可根据目标物的体积大小及距离远近进行时序设定值更改。
本优选实施例中使用的单光子激光具有特殊的物理性质，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，所述光量子激光发射器用于向目标发射单光子激光，能够减少发射过程中的误差，受外界环境的温度天气等的影响较小，能够保证较远的测量范围；所述时序发生器控制单光子激光发射时序，可根据目标物的体积大小及距离远近进行时序设定值更改，便于所述光量子激光瞄镜1在不同情况下对目标进行瞄准及测距，保持较高的测量精度和较快的测量速度。
优选的，所述光量子激光接收模块102包括光量子激光接收器、光量子分析子模块、角度传感器；
所述光量子激光接收器用于接收被目标反射的单光子激光，即单光子反射激光；
所述光量子分析子模块用于对被接收的单光子反射激光进行光量子分析，得出单光子反射激光的能量、光子数等数据；
所述角度传感器用于对被接收的单光子反射激光进行角度分析，得出目标相对于水平线的角度等数据。
所述光学校正模块103包括多组校正镜组，与所述目镜模块106、所述物镜模块107同一光轴，按一定顺序在滑轨上安装；
所述光学校正模块103将接收到的单光子反射激光通过校正镜组进行接收校正，调节角度并进行光学滤波，得到校正后的单光子反射激光。
本优选实施例通过所述光量子激光接收模块102及所述光学校正模块103对接收到的单光子反射激光进行光学校正，单光子独特的物理特性相较于普通光，受到的外界环境温度天气等的影响较小，但仍需进行一定的光学校正，保证结果的高精度，对于较远距离下的精确测距，能够稳定识别测距，操作简单，速度快，误差小。
优选的，所述算法处理模块104预设高效算法：
利用相关函数和抽象近似将反射的单光子反射激光光子数P(t)与时间t建立函数关系：
Figure BDA0002264590120000031
其中C1为第一次夫琅禾费衍射的信号光子数；C2为第二次夫琅禾费衍射的信号光子数；t是单光子激光反射单程飞行时间；
C1和C2分别是第一次夫琅禾费衍射和第二次夫琅禾费衍射的信号光子数，是反射信号的重要特征参数，可以用近似公式表示为：
Figure BDA0002264590120000041
Figure BDA0002264590120000042
上述公式中，f表示目标表面光吸收数量的概率密度；V表示目标的表面积；θ表示相对于水平线目标的仰角或俯角；k1表示第一次夫琅禾费衍射法线与目标的夹角；k2表示第二次夫琅禾费衍射法线与目标的夹角；λ表示瞄镜与目标之间的距离；Ψ1表示第一次夫琅禾费衍射单光子方向角；Ψ2表示第二次夫琅禾费衍射单光子方向角；Z表示所述光量子激光发射器发射的单光子激光的发射能量。
将目标近似为理想反射体，所述光量子激光接收模块102接收到的单光子反射激光光子数P(t)为：
Figure BDA0002264590120000043
其中β是单光子激光能量传输效率；λ表示所述光量子激光瞄镜与目标之间的距离；E是单光子激光能量；r是目标表面近似圆半径，α是单光子垂直于目标的反射角，x是单光子垂直于与目标的折射角，τ是时间常数。
本优选实施例中所述算法处理模块104预设高效算法，利用单光子激光发射后在目标表面反射后被所述光量子激光瞄镜1接收来进行自动测距，在考虑风速、空气分子阻挡的情况下，接收信号可以抽象成为发射的单光子激光经过2次夫琅禾费衍射而得到的过程，利用低昂管函数和抽象近似来进行计算，通过对上述公式组的联立求解，可得出目标与所述光量子激光瞄镜1的距离，高效精确的在所述光量子激光瞄镜1对目标的瞄准过程中得到自动测距结果，操作简单，反应速度快，节约时间，精度高，受外界环境温度天气等的影响小，作用距离远，对烟雾尘埃等穿透性好，适用于远距离精确测距，较远距离情况下能够稳定识别测距。
优选的，所述显示存储模块105包括OLED显示屏、信号接收子模块、数据存储子模块；
所述OLED显示屏用于显示目标图像及测算所得距离结果；所述信号接收子模块用于接收所述算法处理模块104的测算所得距离结果；所述数据存储子模块用于存储测算所得距离结果。
本优选实施例中所述光量子激光瞄镜1采用单光子光束进行目标距离测量，主要是利用单光子具有的独特物理性质，其相干性及方向性等物理参数较普通光更具优势，在发射单光子激光、反射单光子反射激光的过程中，减少了大气环境对光束的漫反射和折射，高效算法保证了目标距离测算的准确性，使测量精度更高，测量速度更快，在使用瞄镜进行目标瞄准的过程中能够同时进行自动测距，操作简单，反应速度快，节约时间，精度高，受外界环境温度天气等的影响小，作用距离远，对烟雾尘埃等穿透性好，适用于远距离精确测距，较远距离情况下能够稳定识别测距。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种具备测距功能的光量子激光瞄镜，其特征在于，包括光量子激光发射模块、光量子激光接收模块、光学校正模块、算法处理模块、显示存储模块；
所述光量子激光发射模块用于向目标发射单光子激光；
所述光量子激光接收模块用于接收被目标反射的单光子激光，即单光子反射激光；
所述光学校正模块用于对单光子反射激光进行光学校正；
所述算法处理模块利用预设高效算法对单光子反射激光进行测距测算得出测距结果；
所述算法处理模块预设高效算法包括：
利用相关函数和抽象近似将反射的单光子反射激光光子数P(t)与时间t建立函数关系：
Figure FDA0004147845620000011
其中C1为第一次夫琅禾费衍射的信号光子数；C2为第二次夫琅禾费衍射的信号光子数；t是单光子激光反射单程飞行时间；
所述显示存储模块用于存储及显示目标图像及测距结果。
2.根据权利要求1所述的一种具备测距功能的光量子激光瞄镜，其特征在于，还包括目镜模块、物镜模块、连接座模块；
所述目镜模块包括目镜组、目镜连接卡槽，与所述显示存储模块连接；
所述物镜模块包括物镜组、物镜连接卡槽，与所述光学校正模块连接；
所述连接座模块用于所述光量子激光瞄镜在其它设备上的固定连接，包括连接管、安装卡槽、活动卡块。
3.根据权利要求1所述的一种具备测距功能的光量子激光瞄镜，其特征在于,所述光量子激光发射模块包括光量子激光发射器、时序发生器；
所述光量子激光发射器用于向目标发射单光子激光；
所述时序发生器用于控制单光子激光发射时序。
4.根据权利要求1所述的一种具备测距功能的光量子激光瞄镜，其特征在于，所述光量子激光接收模块包括光量子激光接收器、光量子分析子模块、角度传感器；
所述光量子激光接收器用于接收被目标反射的单光子激光，即单光子反射激光；
所述光量子分析子模块用于对被接收的单光子反射激光进行光量子分析，得出单光子反射激光的能量、光子数等数据；
所述角度传感器用于对被接收的单光子反射激光进行角度分析，得出目标相对于水平线的角度等数据。
5.根据权利要求1所述的一种具备测距功能的光量子激光瞄镜，其特征在于，所述光学校正模块包括多组校正镜组，与目镜模块、物镜模块同一光轴，按一定顺序在滑轨上安装；
所述光学校正模块将接收到的单光子反射激光通过校正镜组进行接收校正，调节角度并进行光学滤波，得到校正后的单光子反射激光。
6.根据权利要求1所述的一种具备测距功能的光量子激光瞄镜，其特征在于，所述算法处理模块预设高效算法还包括：
将目标近似为理想反射体，光量子激光接收模块接收到的单光子反射激光光子数P(t)为：
Figure FDA0004147845620000021
其中β是单光子激光能量传输效率；λ表示所述光量子激光瞄镜与目标之间的距离；E是单光子激光能量；r是目标表面近似圆半径，α是单光子垂直于目标的反射角，x是单光子垂直于与目标的折射角，τ是时间常数。
7.根据权利要求1所述的一种具备测距功能的光量子激光瞄镜，其特征在于，所述显示存储模块包括OLED显示屏、信号接收子模块、数据存储子模块；
所述OLED显示屏用于显示目标图像及测算所得距离结果；所述信号接收子模块用于接收所述算法处理模块的测算所得距离结果；所述数据存储子模块用于存储测算所得距离结果。
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