CN112731352A - 一种基于连续压缩态激光的目标回波探测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于连续压缩态激光的目标回波探测系统及方法。本发明中，姿态模拟系统位于周向轨道中心，量子回波高阶关联探测系统的平衡零拍探测装置位于周向轨道上；连续压缩态光源输出本地光和探测光，利用相位调制器调节本地光的相位，控制姿态模拟系统，使探测光以不同的俯仰角和方位角照射在待测目标上；调节平衡零拍探测装置的位置，使平衡零拍探测装置以不同角度接收回波信号，经过相位调制的本地光和回波信号在平衡零拍探测装置上发生耦合，然后分别被量子回波高阶关联探测系统的两个探测器接收，信号处理系统对探测器输出的信号进行处理，得到回波信号中的量子特性信息。

Description

一种基于连续压缩态激光的目标回波探测系统及方法
技术领域
本发明涉及雷达目标探测领域，尤其涉及基于连续压缩态激光的目标回波探测技术。
背景技术
现有激光回波探测技术，存在发射功率大、反隐身能力差、以及由于回波信号信噪比低导致成像能力弱等缺点，限制了其对小目标、隐身目标、甚至点目标的高效快速感知以及精细的结构描述，其发展已进入了瓶颈阶段。
因此，亟需一种新的激光回波探测技术，以满足雷达目标探测的发展需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有激光回波探测技术发射功率大、反隐身能力差、成像能力弱。
本发明公开了一种基于连续压缩态激光的目标回波探测系统，包括连续压缩态光源、姿态模拟系统、周向轨道、量子回波高阶关联探测系统以及信号处理系统；
待测目标置于所述姿态模拟系统上，所述姿态模拟系统能够带动所述待测目标转动至任意上回转角、下回转角、圆弧角以及周向角；
所述姿态模拟系统位于所述周向轨道的中心；
所述量子回波高阶关联探测系统的光信号接收部分置位于所述周向轨道上，并且能够沿所述周向轨道移动；
所述连续压缩态光源输出的连续压缩态激光分为两束，一束作为本地光进入所述量子回波高阶关联探测系统；另一束作为探测光，照射到所述待测目标上，经所述待测目标反射后成为回波信号进入所述量子回波高阶关联探测系统；
所述信号处理系统用于对所述量子回波高阶关联探测系统输出的信号进行分析，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
可选地，所述连续压缩态光源包括激光器、倍频装置以及光学参量放大装置；所述激光器输出的连续激光进入所述倍频装置，从所述倍频装置出射的激光作为泵浦源进入所述光学参量放大装置，从所述光学参量放大装置输出的激光为压缩态激光。
可选地，所述激光器输出的连续激光和从所述光学参量放大装置输出的激光的波长均为1064nm。
可选地，所述连续压缩态光源还包括反馈控制系统，所述反馈控制系统包括温控模块和腔长控制模块：
所述温控模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置中的非线性晶体的温度；
所述腔长控制模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置的腔长。
可选地，所述量子回波高阶关联探测系统包括相位调制器、平衡零拍探测装置和两个探测器；
所述相位调制器用于对所述本地光进行相位调制；
所述平衡零拍探测装置作为所述量子回波高阶关联探测系统的光信号接收部分；
所述回波信号与经过相位调制后的本地光在所述平衡零拍探测装置处耦合，经所述平衡零拍探测装置透射后分别被两个探测器接收。
可选地，所述信号处理系统包括：
第一分析模块，其配置成对探测到的回波信号的相位和振幅信息进行高阶关联处理，得到所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性；和
第二分析模块，其配置成对所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性进行分析处理，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
本发明还公开了一种基于连续压缩态激光的目标回波探测方法，包括：
将待测目标置于姿态模拟系统上，将所述姿态模拟系统置于周向轨道的中心，将平衡零拍探测装置置于所述周向轨道上；
将所述连续压缩态光源输出的连续压缩态激光分为两束，一束作为本地光，并利用相位调制器调节所述本地光的相位，另一束作为探测光；
控制所述姿态模拟系统，使所述探测光以不同的俯仰角和方位角照射在所述待测目标上；
调节所述平衡零拍探测装置在所述周向轨道上的位置，使所述平衡零拍探测装置以不同角度接收所述待测目标反射的激光，即回波信号，并且，在所述平衡零拍探测装置接收所述回波信号的同时，使经过相位调制后的本地光照射在所述平衡零拍探测装置上；
利用两个探测器分别探测经所述平衡零拍探测装置透射的本地光和回波信号；
对所述两个探测器探测到的信号进行分析，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
可选地，所述连续压缩态光源包括激光器、倍频装置以及光学参量放大装置；所述激光器输出的连续激光进入所述倍频装置，从所述倍频装置出射的激光作为泵浦源进入所述光学参量放大装置，从所述光学参量放大装置输出的激光为压缩态激光。
可选地，所述连续压缩态光源还包括反馈控制系统，所述反馈控制系统包括温控模块和腔长控制模块：
所述温控模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置中的非线性晶体的温度；
所述腔长控制模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置的腔长。
可选地，所述的对所述两个探测器探测到的信号进行分析，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息包括：
对探测到的回波信号的相位和振幅信息进行高阶关联处理，得到所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性；
对所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性进行分析处理，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
利用低功率的连续压缩态激光作为探测光，反隐身能力强，可有效降低激光探测系统的功耗，能够应用于多种轻型平台，丰富目标的探测手段，提高对低可见目标的探测性能，并且由于量子压缩光作为探测光所产生的回波信号信噪比高，因此成像能力较强。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统的原理示意图；
图2为本发明实施例的基于连续压缩态激光的目标回波探测方法的示意性流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
图1为本发明实施例的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统的原理示意图，本发明实施例的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统一般性地可以包括连续压缩态光源1、姿态模拟系统2、周向轨道3、量子回波高阶关联探测系统4以及信号处理系统5；
待测目标置于所述姿态模拟系统2上，本实施例的目标为目标模型，所述姿态模拟系统2能够带动所述待测目标转动至任意上回转角、下回转角、圆弧角以及周向角；
所述姿态模拟系统2位于所述周向轨道3的中心；
所述量子回波高阶关联探测系统4的光信号接收部分置位于所述周向轨道3上，并且能够沿所述周向轨道3移动；
所述连续压缩态光源1包括激光器、倍频装置、光学参量放大装置以及反馈控制系统；所述激光器输出的波长为1064nm的连续激光进入所述倍频装置，从所述倍频装置出射的波长为532nm的激光作为泵浦源进入所述光学参量放大装置，从所述光学参量放大装置输出的波长为1064nm的激光为连续压缩态激光，也即量子光。量子光具有高压缩度，振幅波动小，信噪比可突破散粒噪声极限，与常规激光探测相比具有更强的抗干扰能力，能够提高探测系统在强干扰环境的应用价值，在小输出功率条件下，即可达到甚至超过大功率常规激光光源的探测距离，能够突破常规激光探测的探测极限，提高对低可见目标的探测性能，丰富目标的探测手段，突破了传统激光雷达在探测方面的技术局限，在激光雷达探测与成像识别领域具有重要的应用潜力，由于只需要输出低功率的探测光，大大减小了探测光源的功耗和体积。
所述的倍频装置和光学参量放大装置的主要结构均为光学谐振腔和位于光学谐振腔内的非线性晶体。连续压缩态光源1的反馈控制系统的功能是对非线性晶体的温度进行控制，使非线性晶体达到最佳相位匹配，以及对倍频装置和光学参量放大装置的光学谐振腔的腔长进行控制，使连续压缩态光源1输出的激光更加稳定，具体可采用控温仪、压电陶瓷、多通道PID系统、以及多通道高压放大器等，其原理是采集光学参量放大装置输出的连续压缩态激光，将其转化为电信号，对所述电信号进行放大，根据放大后的电信号的特性，通过PID系统控制非线性晶体的温度和光学谐振腔的腔长。
所述连续压缩态激光被分为两束，一束作为本地光，另一束作为探测光。
姿态模拟系统2可通过改变上回转角、下回转角、圆弧角以及周向角，实现目标坐标系到姿态模拟系统自身坐标系的参数转换，模拟连续压缩态量子照射光对目标模型不同俯仰角和方位角的照射、以及模拟探测设备以不同俯仰角、方位角对目标模型的探测。将待测目标放置在姿态模拟系统2上，调整待测目标的俯仰角和方位角，使探测光照射到待测目标上，探测光与待测目标相互作用，相互作用后的连续压缩光(即回波信号)的量子散射场的能量密度分布等典型目标的量子散射特性参数会发生变化。
所述量子回波高阶关联探测系统4包括相位调制器、平衡零拍探测装置和两个探测器。平衡零拍探测装置能够沿周向轨道3移动，调节平衡零拍探测装置的位置，使平衡零拍探测装置能够以不同角度接收回波信号。当本地光与回波信号的相位差满足一定条件时，本地光与回波信号的关联特性达到最强，因此采用相位调制对本地光的相位进行调制，使连续压缩态量子回波信号的态在相空间旋转，即将探测噪声在相位噪声和振幅噪声之间转换，并对信号场的噪声强度进行放大。经过相位调制后的本地光与待测目标返回的回波信号在所述平衡零拍探测装置上发生耦合，经平衡零拍探测装置透射后的本地光和回波信号分别被两个探测器接收，探测器将探测到的光信号转换成电信号，输入到信号处理系统5中。
所述信号处理系统5将得到的回波信号相位、振幅信息进行高阶关联处理，得到连续压缩态量子回波信号与连续压缩态量子本地光的相位、振幅关联特性，然后对所述关联特性进行分析处理，得到目标回波信号的相位、振幅等量子特性信息。
图2为本发明实施例的基于连续压缩态激光的目标回波探测方法的示意性流程图。本发明实施例的基于连续压缩态激光的目标回波探测方法是利用本发明实施例的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统进行目标回波探测，所述方法一般性地可以包括：
步骤S1、将待测目标置于姿态模拟系统上，将所述姿态模拟系统置于周向轨道的中心，将平衡零拍探测装置置于所述周向轨道上；
步骤S2、将所述连续压缩态光源输出的连续压缩态激光分为两束，一束作为本地光，并利用相位调制器调节所述本地光的相位，另一束作为探测光；
步骤S3、控制所述姿态模拟系统，使所述探测光以不同的俯仰角和方位角照射在所述待测目标上；
步骤S4、调节所述平衡零拍探测装置在所述周向轨道上的位置，使所述平衡零拍探测装置以不同角度接收所述待测目标反射的激光，即回波信号，并且，在所述平衡零拍探测装置接收所述回波信号的同时，使经过相位调制后的本地光照射在所述平衡零拍探测装置上；
步骤S5、利用两个探测器分别探测经所述平衡零拍探测装置透射的本地光和回波信号；
步骤S6、对所述两个探测器探测到的信号进行分析，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
作为本发明的优选实施例，所述连续压缩态光源包括激光器、倍频装置以及光学参量放大装置；所述激光器输出的连续激光进入所述倍频装置，从所述倍频装置出射的激光作为泵浦源进入所述光学参量放大装置，从所述光学参量放大装置输出的激光为压缩态激光。
作为本发明的优选实施例，所述连续压缩态光源还包括反馈控制系统，所述反馈控制系统包括温控模块和腔长控制模块：
所述温控模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置中的非线性晶体的温度；
所述腔长控制模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置的腔长。
作为本发明的优选实施例，所述的对所述两个探测器探测到的信号进行分析，得到所述待测目标的LRCS包括：
对探测到的回波信号的相位和振幅信息进行高阶关联处理，得到所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性；
对所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性进行分析处理，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
本发明实施例的基于连续压缩态激光的目标回波探测方法的原理及效果与本发明实施例的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统相同，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (10)

1.一种基于连续压缩态激光的目标回波探测系统，其特征在于，包括连续压缩态光源、姿态模拟系统、周向轨道、量子回波高阶关联探测系统以及信号处理系统；
待测目标置于所述姿态模拟系统上，所述姿态模拟系统能够带动所述待测目标转动至任意上回转角、下回转角、圆弧角以及周向角；
所述姿态模拟系统位于所述周向轨道的中心；
所述量子回波高阶关联探测系统的光信号接收部分置位于所述周向轨道上，并且能够沿所述周向轨道移动；
所述连续压缩态光源输出的连续压缩态激光分为两束，一束作为本地光进入所述量子回波高阶关联探测系统；另一束作为探测光，照射到所述待测目标上，经所述待测目标反射后成为回波信号进入所述量子回波高阶关联探测系统；
所述信号处理系统用于对所述量子回波高阶关联探测系统输出的信号进行分析，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
2.根据权利要求1所述的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统，其特征在于，所述连续压缩态光源包括激光器、倍频装置以及光学参量放大装置；所述激光器输出的连续激光进入所述倍频装置，从所述倍频装置出射的激光作为泵浦源进入所述光学参量放大装置，从所述光学参量放大装置输出的激光为压缩态激光。
3.根据权利要求2所述的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统，其特征在于，所述激光器输出的连续激光和从所述光学参量放大装置输出的激光的波长均为1064nm。
4.根据权利要求2所述的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统，其特征在于，所述连续压缩态光源还包括反馈控制系统，所述反馈控制系统包括温控模块和腔长控制模块：
所述温控模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置中的非线性晶体的温度；
所述腔长控制模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置的腔长。
5.根据权利要求1所述的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统，其特征在于，所述量子回波高阶关联探测系统包括相位调制器、平衡零拍探测装置和两个探测器；
所述相位调制器用于对所述本地光进行相位调制；
所述平衡零拍探测装置作为所述量子回波高阶关联探测系统的光信号接收部分；
所述回波信号与经过相位调制后的本地光在所述平衡零拍探测装置处耦合，经所述平衡零拍探测装置透射后分别被两个探测器接收。
6.根据权利要求1所述的基于连续压缩态激光的目标回波探测系统，其特征在于，所述信号处理系统包括：
第一分析模块，其配置成对探测到的回波信号的相位和振幅信息进行高阶关联处理，得到所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性；和
第二分析模块，其配置成对所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性进行分析处理，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
7.一种基于连续压缩态激光的目标回波探测方法，其特征在于，包括：
将待测目标置于姿态模拟系统上，将所述姿态模拟系统置于周向轨道的中心，将平衡零拍探测装置置于所述周向轨道上；
将所述连续压缩态光源输出的连续压缩态激光分为两束，一束作为本地光，并利用相位调制器调节所述本地光的相位，另一束作为探测光；
控制所述姿态模拟系统，使所述探测光以不同的俯仰角和方位角照射在所述待测目标上；
调节所述平衡零拍探测装置在所述周向轨道上的位置，使所述平衡零拍探测装置以不同角度接收所述待测目标反射的激光，即回波信号，并且，在所述平衡零拍探测装置接收所述回波信号的同时，使经过相位调制后的本地光照射在所述平衡零拍探测装置上；
利用两个探测器分别探测经所述平衡零拍探测装置透射的本地光和回波信号；
对所述两个探测器探测到的信号进行分析，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
8.根据权利要求7所述的基于连续压缩态激光的目标回波探测方法，其特征在于，所述连续压缩态光源包括激光器、倍频装置以及光学参量放大装置；所述激光器输出的连续激光进入所述倍频装置，从所述倍频装置出射的激光作为泵浦源进入所述光学参量放大装置，从所述光学参量放大装置输出的激光为压缩态激光。
9.根据权利要求7所述的基于连续压缩态激光的目标回波探测方法，其特征在于，所述连续压缩态光源还包括反馈控制系统，所述反馈控制系统包括温控模块和腔长控制模块：
所述温控模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置中的非线性晶体的温度；
所述腔长控制模块用于控制所述倍频装置以及光学参量放大装置的腔长。
10.根据权利要求7所述的基于连续压缩态激光的目标回波探测方法，其特征在于，对所述两个探测器探测到的信号进行分析，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息包括：
对探测到的回波信号的相位和振幅信息进行高阶关联处理，得到所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性；
对所述回波信号与所述本地光的相位及振幅关联特性进行分析处理，得到所述待测目标的回波信号中的量子特性信息。
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