CN111398929B - 一种小型八象限周向激光探测装置 - Google Patents

一种小型八象限周向激光探测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小型八象限周向激光探测装置，包括八象限激光座、四个发射单元、四个接收单元；八象限激光座设有发射腔体和接收腔体；发射腔体和的接收腔体周向分别均匀布置有四个发射孔和四个接收孔；发射孔轴线与相邻的接收孔的轴线相隔45°；四个发射单元和四个接收单元分别安装于发射孔和接收孔中；接收镜片的接收视场为90°；发射单元包括发射电路、光束准直镜、柱面阵列扩束镜、发射外壳；发射电路、光束准直镜、柱面阵列扩束镜依次安装于发射外壳内，柱面阵列扩束镜置于光束准直镜前部；接收单元包括接收后盖、接收电路、接收物镜和接收外壳，接收电路安装于接收外壳的空腔内，并用接收后盖封闭。本探测装置占用空间小、功耗低。

Description

一种小型八象限周向激光探测装置
技术领域
本发明属于周向激光探测领域，特别是一种小型八象限周向激光探测装置。
背景技术
随着现代化发展，激光探测技术被广泛运用于军事民用各个领域，对测绘、通信、目标探测与识别、制导等技术领域的发展具有重要的推动作用。随着微机电系统的进一步发展，应用激光探测技术的测绘设备、通信设备等体积越来越小，要求安装在其上的激光探测装置结构简单紧凑，节省空间，同时不影响激光探测的效果。当激光探测技术应用于目标搜索、方位识别与跟踪等领域时，希望激光探测装置能够实现周向360°全方位探测。一般来说，多个激光发射与接收装置会造成系统的总功耗过高，同时在有限的空间内发射和接收的高频信号会相互干扰，造成激光接收装置接收不不到回波信号。
由于空中目标激光探测的需要，所设计的周向激光探测装置需要具有功耗低、体积小的特点，同时还需要其具有目标方位探测的功能。传统的周向探测方式所使用的探测光束需要使用多组光学元件构成探测光路，造成体积结构增大的同时对目标的方位探测精度也较低如CN201810214638.3中所述一种激光周向非扫描目标探测装置，其利用棱锥透镜和两组反射镜构成激光探测的光路，系统体积较大，同时周向目标探测系统不能够实现对目标方位的精确探测并且系统功耗较大。而如CN201710764411.1采用扫描式的复合激光探测，系统中除了所使用的光学系统复杂外，系统需要配置机械旋转结构，无形中增加了系统的复杂度和系统体积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种八象限的一发多收周向激光探测装置，以解决传统周向激光探测装置结构复杂，占用空间大、探测范围小、系统功耗高及系统干扰的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种小型八象限周向激光探测装置，包括八象限激光座、四个发射单元、四个接收单元；所述八象限激光座设有发射腔体和接收腔体；所述发射腔体与接收腔体在轴向将八象限激光座分为两个空间；发射腔体和的接收腔体周向分别均匀布置有四个发射孔和四个接收孔；发射孔轴线与相邻的接收孔的轴线相隔45°；所述四个发射单元和四个接收单元分别安装于发射孔和接收孔中；所述接收镜片的接收视场为90°；所述发射单元包括发射电路、光束准直镜、柱面阵列扩束镜、发射外壳；所述发射电路、光束准直镜、柱面阵列扩束镜依次安装于发射外壳内，所述柱面阵列扩束镜置于光束准直镜前部；所述接收单元包括接收后盖、接收电路、接收物镜和接收外壳，所述接收电路安装于接收外壳的空腔内，并用接收后盖封闭；所述接收外壳外侧设有镜片安装槽，安装槽槽宽大于接收物镜的光路接收范围，所述接收物镜设置在镜片安装槽中。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)激光发射系统与接收系统分开布置，通过激光发射单元与接收单元集成配置和光路扁平化的设计，减小了系统的体积；利用接收视场对发射探测光场的分割，实现了激光系统周向八象限方位探测的功能。
(2)本发明采用扫描式的供电方式，一次仅有一组发射和接收进行工作，不需要在一个时间段内同时对四发进行供电，有效较少了系统的功耗。
(3)本发明的八象限激光座采用密度较小的铝结构，可有效减少整体重量，接收外壳和底盖采用电磁屏蔽材料钢结构，另外在接收外壳上利用铜带将整个系统进行了共地处理，减少了接收高频电磁辐射通过外壳传导从地线进入到探测系统的干扰。
附图说明
图1为本发明的小型八象限周向激光探测装置的总体结构示意图。
图2为八象限激光座的结构示意图。
图3为发射单元组成示意图。
图4为光束准直镜示意图。
图5为柱面阵列扩束镜示意图。
图6为接收单元组成示意图。
图7为接收外壳示意图。
图8为探测器与目标交会示意图。
图9为探测器工作时序图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1、图7，本发明的一种小型八象限周向激光探测装置，包括八象限激光座1、四个发射单元2、四个接收单元3；结合图2，所述八象限激光座1为圆柱形结构，分为发射腔体1-1和接收腔体1-2两部分；所述发射腔体1-1与接收腔体1-2在轴向将八象限激光座分为两个空间，用于将激光发射系统与接收系统分开布置，减少系统的干扰；发射腔体1-1的圆柱形周向均匀布置有四个发射孔1-3，接收腔体1-2的圆柱形周向同样均匀布置有四个接收孔1-4；发射孔1-3与接收孔1-4不是同轴布置，发射孔1-3轴线与相邻的接收孔1-4的轴线相隔45°，使得接收视场与发射光场范围错开，以利用接收视场与发射光程重合区域分割发射光场；所述四个接收单元3在接收腔体圆柱形周向等间距布置，所述接收物镜11的接收范围为90°扇形视场，四发构成360°的接收视场。所述四个发射单元2和四个接收单元3分别安装于发射孔1-3和接收孔1-4中；结合图 3，所述发射单元2包括发射电路4、调节弹簧5、光束准直镜6、柱面阵列扩束镜7、发射外壳8；所述发射电路4、调节弹簧5、光束准直镜6、柱面阵列扩束镜7依次安装于发射外壳8内；所述光束准直镜6通过螺纹连接在发射外壳8内，所述调节弹簧5安装于发射电路4和光束准直镜6间，便于支撑和调整光束准直镜6与发射光源间的焦距以达到最佳的准直效果；结合图6，所述接收单元3包括接收后盖9、接收电路10、接收物镜11和接收外壳12，所述接收电路10安装于接收外壳12的空腔内，并用接收后盖9封闭；所述接收外壳12上下设有平切面，平切面上均设有安装螺纹孔12-1，接收外壳12外侧设有镜片安装槽12-2，镜片安装槽12-2槽宽大于接收物镜11的光路接收范围，减少接收外壳12对接收视场的遮挡。所述接收外壳12外端面为圆柱面，外端面向外法线的方向与接收外壳上下两端面的向上法线间呈75°的夹角；所述接收物镜11 安装于镜片安装槽12-2中，并用环氧树脂进行灌封。
进一步的，结合图3，所述光束准直镜6，外侧为镜片套环6-1，其材料为硬质塑料，可以提高镜片的抗冲击的能力；内侧为光学准直镜片6-2，材料为树脂，镜片内侧为圆形平面，以较少镜片的打磨成本，镜片外侧为焦距为5mm拱形非球面镜，镜片厚度为 4mm，拱形非球面镜可以提高激光光束的汇聚性。
进一步的，结合图4，柱面阵列扩束镜7由金属盖帽7-1和光学柱面阵列镜片7-2 构成，金属盖帽7-1采用金属屏蔽材料与发射外壳1采用螺纹连接，光学柱面阵列镜片 7-2内侧为沿竖直方向设有一列的由多段柱面镜阵列构成的扩束镜面，镜片在光束快轴上扩束角为90°，外侧为平面圆形，镜片厚度为2.5mm，多个小的柱面镜可以将汇聚的激光光束在的单一方向上进行扩束，使其变为探测区域覆盖90°的扇形辐射状激光，减少了扩束元件所需占用的空间。
进一步的，结合图2和图8，所述射孔1-3的外形为圆形，与发射外壳8的形状一致，采用间隙配合；接收孔1-4为腰型孔，左右两侧形状为四分之一圆形，上下两侧为矩形，其孔径外形与接收外壳12一致，两者间采用间隙配合。所述发射孔1-3与接收孔1-4的开孔方向均倾斜向上，发射孔1-3与接收孔1-4的中心轴线与八象限激光座体1 的圆柱形轴线间的夹角为75°，在探测器与目标进行交会的过程中，可以有效减小交会角对探测距离精度的影响。所述接收外壳12外端面为圆柱面，外端面的向外的法线方向与接收外壳上下两端面呈75°的夹角，接收外壳12的外端面形状与八象限激光座1 外圆柱面形状一致，可以减小在探测器对飞行器的气动效应的影响。
进一步的，所述八象限激光座1采用密度较小的铝结构，可有效减轻整体重量。所述发射外壳8、接收后盖9和接收外壳12采用电磁屏蔽材料钢结构，另外在多个接收外壳12上利用铜带将整个系统进行了共地处理，减少了接收高频电磁辐射通过外壳传导从地线进入到探测系统的干扰。
进一步的，结合图9，图中发射代表各个发射单元，接收代表各个接收单元；本发明采用扫描式的供电方式，一次仅有一组发射和接收进行工作，不需要在一个时间段内同时对四发进行供电，可减少电路工作的功率；同时探测到来袭目标时，以发射单元①工作时为例，当接收单元中只有①号或者②号中存在信号时，则判定其在象限八或者象限二中，如果接收单元①和②中均有目标信号，则判断此时目标位于象限一内，目标的进一步飞行方向将根据下一个发射单元工作时相邻接收单元中的信号来判断，如接收单元②中继续出现，则目标的飞行方向是由象限一向着象限二前进。
使用时，本发明的小型八象限周向激光探测装置安装于圆柱形安装座上，形成覆盖全周向的无盲区视场。探测系统工作时，探测系统的激光发射装置向周向空间发射扫描激光束，当激光束接触到目标表面，发生漫反射，产生的回波可被具有360°视场角的激光接收装置接收到，探测系统即可据此准确判断目标所处的方位与距离。小型八象限周向激光探测装置采用激光发射与接收相隔45°的方式，实现周向45°角范围即八象限的探测效果。本发明的小型八象限周向激光探测装置结构紧凑，探测精度高，系统干扰弱，功耗小，可应用于目标搜索、方位识别与跟踪等领域。

Claims (9)

1.一种小型八象限周向激光探测装置，其特征在于，包括八象限激光座(1)、四个发射单元(2)、四个接收单元(3)；所述八象限激光座(1)设有发射腔体(1-1)和接收腔体(1-2)；所述发射腔体(1-1)与接收腔体(1-2)在轴向将八象限激光座分为两个空间；发射腔体1-1和接收腔体(1-2)周向分别均匀布置有四个发射孔(1-3)和四个接收孔(1-4)；发射孔(1-3)轴线与相邻的接收孔(1-4)的轴线相隔45°；所述四个发射单元(2)和四个接收单元(3)分别安装于发射孔(1-3)和接收孔(1-4)中；所述发射单元(2)包括发射电路(4)、光束准直镜(6)、柱面阵列扩束镜(7)、发射外壳(8)；所述发射电路(4)、光束准直镜(6)、柱面阵列扩束镜(7)依次安装于发射外壳(8)内，所述柱面阵列扩束镜(7)置于光束准直镜(6)前部；所述接收单元(3)包括接收后盖(9)、接收电路(10)、接收物镜(11)和接收外壳(12)，所述接收物镜(11)的接收视场为90°；所述接收电路(10)安装于接收外壳(12)的空腔内，并用接收后盖(9)封闭；所述接收外壳(12)外侧设有镜片安装槽(12-2)，安装槽槽宽大于接收物镜的光路接收范围，所述接收物镜(11)设置在镜片安装槽(12-2)中。
2.根据权利要求1所述激光探测装置，其特征在于，所述光束准直镜(6)，外侧为镜片套环(6-1)，内侧为光学准直镜片(6-2)，镜片内侧为平面圆形，镜片外侧为焦距为5mm拱形非球面镜，镜片厚度为4mm。
3.根据权利要求1所述激光探测装置，其特征在于，所述柱面阵列扩束镜(7)由金属盖帽(7-1)和光学柱面阵列镜片(7-2)构成，金属盖帽(7-1)发射外壳(8)连接，光学柱面阵列镜片(7-2)内侧为多段柱面镜阵列拼接构成，镜片在光束快轴上扩束角为90°，外侧为平面圆形，镜片厚度为2.5mm。
4.根据权利要求1所述激光探测装置，其特征在于，所述发射单元(2)还包括调节弹簧(5)；所述调节弹簧(5)设置在发射电路(4)和光束准直镜(6)之间；所述光束准直镜(6)通过螺纹连接在发射外壳(8)内。
5.根据权利要求1所述激光探测装置，其特征在于，所述发射孔(1-3)与接收孔(1-4)的开孔方向均倾斜向上，发射孔(1-3)与接收孔(1-4)的中心轴线与八象限激光座体(1)的圆柱形轴线间的夹角为75°。
6.根据权利要求1所述激光探测装置，其特征在于，所述接收外壳(12)外端面为圆柱面，上下设有平切面；接收外壳(12)外端面向外法线的方向与接收外壳(12)上下平切面端面的向上法线间呈75°的夹角。
7.根据权利要求1所述激光探测装置，其特征在于，所述发射外壳(8)、接收后盖(9)和接收外壳(12)采用电磁屏蔽材料钢结构；所述八象限激光座(1)采用铝结构。
8.根据权利要求2所述激光探测装置，其特征在于，所述镜片套环(6-1)材料为硬质塑料；所述光学准直镜片(6-2)材料为树脂。
9.根据权利要求1所述激光探测装置的探测方法，其特征在于，采用扫描式的供电方式，一次仅有一组发射和接收进行工作，当发射单元相邻两个接收单元中有一个存在信号时，则判定来袭目标在有信号的接收单元所在的象限之中；当两个接收单元中均存在信号时，则判定来袭目标在发射单元所在的象限之中；目标的进一步飞行方向根据下一个发射单元工作时相邻接收单元中的信号来判断，如相邻的接收单元继续存在信号，则目标的飞行方向是由前一个发射单元所在的象限向第二个发射单元工作相邻的接收单元前进。
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