CN115808698A - 一种半球域激光告警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电探测技术领域，公开了一种半球域激光告警系统，包括探测模块、成像模块和控制模块；探测模块包括由八只探测器组成的探测阵列，其中的四只探测器作为方位探测器用于实现0～360°范围内激光入射方位角的探测，另外四只探测器作为俯仰探测器用于实现0～90°范围内激光入射俯仰角的探测；成像模块用于对入射激光进行成像；控制模块用于接收来自成像模块的图像信息，并根据图像信息得到入射激光的方位角和俯仰角。本发明能够实现半球域在轴测距/照射激光的入射角度探测与离轴高能激光散射光的成像与识别，具有响应速度快、入射角度测量分辨率高、波长范围广等优点，能够满足小型机载/弹载强激光告警需求。
Description
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，更具体地，涉及一种半球域激光告警系统。
背景技术
随着高能激光技术的发展与应用，战术激光武器已成为摧毁无人机、火箭弹和战术导弹的高效作战手段。战术激光武器是利用数十千瓦平均功率的高能激光，作用在数公里外的战术目标上，造成目标硬破坏或软破坏的具有机动能力的激光武器，用于近程防空拦截毁伤无人机、火箭弹和战术导弹等，可应用于陆基、海基、空基、天基等平台。
面对激光测距类装备的探测，通常采用激光告警装置来探测来袭激光信号。激光告警设备通过接收敌方激光装备输出的激光辐射产生警告信号，提醒我方目标正处于敌方激光辐照光束内。通过告警探测器，可获取敌方辐射信号的类型、波长以及敌方所在方位等信息。
对于高能激光武器系统的预警，参见图1，主要包括两个方面：一是远距离对高能激光武器系统的高能激光输出进行散射告警，即离轴探测识别，提前发现高能激光武器系统所在方位；二是在高能激光武器系统对目标进行测距跟瞄时进行在轴激光告警，便于被保护目标进行下一步的激光对抗处理。
现有常见的激光告警装置可分为两种，一种是单点在轴激光告警，能探测激光入射角度、波长、频率等相关信息，另一种是多点分布式散射激光告警系统，利用多探测器固定布局，解算激光入射角度。对于高能激光武器系统告警而言，这些激光告警装置在体积、精度、功能及准确率等方面难以满足小型机载及弹载需求。
发明内容
本发明通过提供一种半球域激光告警系统，解决现有技术中激光告警装置无法满足小型机载及弹载强激光告警需求的问题。
本发明提供一种半球域激光告警系统，包括：探测模块、成像模块和控制模块；
所述探测模块包括由八只探测器组成的探测阵列，其中的四只探测器作为方位探测器用于实现0～360°范围内激光入射方位角的探测，另外四只探测器作为俯仰探测器用于实现0～90°范围内激光入射俯仰角的探测；
所述成像模块用于对入射激光进行成像；
所述控制模块用于接收来自所述成像模块的图像信息，并根据所述图像信息得到入射激光的方位角和俯仰角。
优选的，八只所述探测器呈环形均匀分布，且所述方位探测器和所述俯仰探测器间隔排布；四只所述方位探测器的编码方向均指向环形中心，四只所述俯仰探测器的编码方向均垂直于向心方向；每只所述探测器的光学窗口法线与基准面呈45°。
优选的，相邻两只探测器的探测区域部分重叠，重叠的探测区域形成方位45°、俯仰90°的四面椎体。
优选的，所述探测模块的角度测量误差值在1.5°以内。
优选的，所述探测器采用GD3517Y型高角度分辨率探测器，该型号探测器的视场角为-45°～+45°。
优选的，所述探测器的工作波段为0.9-1.7um。
优选的，所述成像模块包括广角远心鱼眼透镜组和InGaAs焦平面成像组件；
所述广角远心鱼眼透镜组用于汇聚半球域范围内入射的激光，将其聚焦于所述InGaAs焦平面成像组件的光敏面上；
所述InGaAs焦平面成像组件用于在所述控制模块的触发下将其光敏面接收到的光信号转化为图像信号，并将得到的图像信息传递至所述控制模块。
优选的，所述InGaAs焦平面成像组件采用波段为0.9um～1.7um的InGaAs相机。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的半球域激光告警系统包括探测模块、成像模块和控制模块，探测模块包括由八只探测器组成的探测阵列，其中的四只探测器作为方位探测器用于实现0～360°范围内激光入射方位角的探测，另外四只探测器作为俯仰探测器用于实现0～90°范围内激光入射俯仰角的探测；成像模块用于对入射激光进行成像；控制模块用于接收来自成像模块的图像信息，并根据图像信息得到入射激光的方位角和俯仰角。本发明采用高角度分辨率探测器组成探测阵列，探测模块的角度测量误差值在1.5°以内，测量精度高，结合成像模块和控制模块可实现半球域在轴测距/照射激光的入射角度探测与离轴高能激光散射光的成像与识别，具有响应速度快、入射角度测量分辨率高等优点。本发明中的每只方位探测器的探测范围为90°，因此采用四只方位探测器即可满足360°的方位角探测的要求，搭配四只俯仰探测器即可实现半球域激光告警，能够减小装置体积，满足小型机载/弹载强激光告警需求。
附图说明
图1为高能激光在轴/离轴告警示意图；
图2为本发明实施例提供的一种半球域激光告警系统中探测器的排布示意图；
图3为本发明实施例提供的一种半球域激光告警系统的结构示意图；
图4为探测器的安装角度示意图；
图5为相邻两只探测器重叠探测区域的示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本实施例提供了一种半球域激光告警系统，参见图2-图5，包括：探测模块、成像模块和控制模块；所述探测模块包括由八只探测器组成的探测阵列，其中的四只探测器作为方位探测器(即图2中的第一方位探测器1、第二方位探测器3、第三方位探测器5和第四方位探测器7)用于实现0～360°范围内激光入射方位角的探测，另外四只探测器作为俯仰探测器(即图2中的第一俯仰探测器2、第二俯仰探测器4、第三俯仰探测器6和第四俯仰探测器8)用于实现0～90°范围内激光入射俯仰角的探测；所述成像模块用于对入射激光进行成像；所述控制模块11用于接收来自所述成像模块的图像信息，并根据所述图像信息得到入射激光的方位角和俯仰角。
其中，八只所述探测器呈环形均匀分布(具体呈环形45°均匀分布)，且所述方位探测器和所述俯仰探测器间隔排布；四只所述方位探测器的编码方向均指向环形中心，四只所述俯仰探测器的编码方向均垂直于向心方向；每只所述探测器的光学窗口法线与基准面呈45°，从而最大化利用探测器的探测范围。
本发明中的探测器不仅可以探测到90°范围内是否有激光，还可以直接得到方位角，因此不需要重叠即可实现角度测量。
为了进一步提高探测精度，本发明中相邻两只探测器的探测区域可部分重叠。例如，所述探测器采用GD3517Y型高角度分辨率探测器，该型号探测器的视场角为-45°～+45°。GD3517Y型高角度分辨率探测器的高灵敏度分辨率达到1.4°，能实现一维入射激光的探测，并提供入射激光的高精度到达角信息。GD3517Y型高角度分辨率探测器在入射光±45°时误差最大，为了提高探测精度，可以使相邻两只探测器的探测区域重叠45°，以避免测量方位角和俯仰角时出现同时处在误差最大的情况。
即本发明优先的方案中，相邻两只探测器的探测区域部分重叠，重叠的探测区域形成方位45°、俯仰90°的四面椎体。本发明利用重叠区域，可实现入射激光的方位、俯仰角的高精度测量。相对于方位90°重叠，本发明可有效避免方位、俯仰双极值入射角条件下的3°误差，从而将方位360°、俯仰0～90°范围内的来袭激光入射角度(方位角、俯仰角)测量误差值控制在1.5°以内。即本发明中两探测器之间探测区域重叠45°，任意入射激光光束经相邻两探测器识别后能够输出方位、俯仰角度信息，能够有效提高激光告警准确率。
本发明中的所述探测模块(即激光入射角度探测阵列)由八只高角度分辨率探测器环形分布而成，其中四只用于探测来袭激光的方位角，另外四只用于探测来袭激光的俯仰角，利用上述高角度分辨率探测器，能够实现方位360°、俯仰0～90°半球域来袭激光入射角的快速稳定测量，实现半球域范围内在轴/离轴激光信号的有效探测，提供在轴入射激光的高精度到达角信息。
其中，所述成像模块包括广角远心鱼眼透镜组9和InGaAs焦平面成像组件10；所述广角远心鱼眼透镜组9用于汇聚半球域范围内入射的激光，将其聚焦于所述InGaAs焦平面成像组件10的光敏面上；所述InGaAs焦平面成像组件10用于在所述控制模块11的触发下将其光敏面接收到的光信号转化为图像信号，并将得到的图像信息传递至所述控制模块11。
本发明中的所述成像模块(即激光光束可视化组件)在所述控制模块11的触发下完成激光光场及目标场景的采样输出。
本发明中的所述控制模块11接收高角度分辨率探测器阵列输出的脉冲告警信号和方位/俯仰角度信号，实现激光测距在轴探测识别；通过控制所述InGaAs焦平面成像组件10采集当前场景图像，并接收所述InGaAs焦平面成像组件10输出的图像数据，所述控制模块11分析图像中的激光光束路径，提取高能激光光源位置方向，输出告警信号和方位/俯仰角度信号，实现高能激光离轴探测识别。
具体的，本发明中所述探测器的工作波段为0.9-1.7um，所述InGaAs焦平面成像组件10采用波段为0.9um～1.7um的InGaAs相机，InGaAs相机的像元尺寸为15um，像元数为640×512，因此本发明不仅覆盖了现役1.06um和1.5X um(例如1.54um、1.57um)激光测距机的激光波长，还涵盖了常用的激光打击波段1.3um，能实现常见战术激光武器输出光束的成像，具有波长范围广的优点。
综上，本发明提出的一种半球域激光告警系统采用八只高角度分辨率探测器环形排列，相邻探测器编码指向垂直放置，通过探测模块实现方位360度、俯仰0-90度半球域来袭激光入射角的快速稳定测量；通过中心区域设置的成像模块实现激光光束的采集，通过控制模块进行图像识别实现激光光束路径分析，提供高能激光武器系统所在方位，能够实现激光测距在轴告警和高能激光离轴探测识别告警。本发明具有响应速度快、激光入射角度分辨率高、波长范围广等优点，能够满足小型机载/弹载强激光告警需求。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种半球域激光告警系统，其特征在于，包括：探测模块、成像模块和控制模块；
所述探测模块包括由八只探测器组成的探测阵列，其中的四只探测器作为方位探测器用于实现0～360°范围内激光入射方位角的探测，另外四只探测器作为俯仰探测器用于实现0～90°范围内激光入射俯仰角的探测；
所述成像模块用于对入射激光进行成像；
所述控制模块用于接收来自所述成像模块的图像信息，并根据所述图像信息得到入射激光的方位角和俯仰角。
2.根据权利要求1所述的半球域激光告警系统，其特征在于，八只所述探测器呈环形均匀分布，且所述方位探测器和所述俯仰探测器间隔排布；四只所述方位探测器的编码方向均指向环形中心，四只所述俯仰探测器的编码方向均垂直于向心方向；每只所述探测器的光学窗口法线与基准面呈45°。
3.根据权利要求2所述的半球域激光告警系统，其特征在于，相邻两只探测器的探测区域部分重叠，重叠的探测区域形成方位45°、俯仰90°的四面椎体。
4.根据权利要求1所述的半球域激光告警系统，其特征在于，所述探测模块的角度测量误差值在1.5°以内。
5.根据权利要求1所述的半球域激光告警系统，其特征在于，所述探测器采用GD3517Y型高角度分辨率探测器，该型号探测器的视场角为-45°～+45°。
6.根据权利要求1所述的半球域激光告警系统，其特征在于，所述探测器的工作波段为0.9-1.7um。
7.根据权利要求1所述的半球域激光告警系统，其特征在于，所述成像模块包括广角远心鱼眼透镜组和InGaAs焦平面成像组件；
所述广角远心鱼眼透镜组用于汇聚半球域范围内入射的激光，将其聚焦于所述InGaAs焦平面成像组件的光敏面上；
所述InGaAs焦平面成像组件用于在所述控制模块的触发下将其光敏面接收到的光信号转化为图像信号，并将得到的图像信息传递至所述控制模块。
8.根据权利要求7所述的半球域激光告警系统，其特征在于，所述InGaAs焦平面成像组件采用波段为0.9um～1.7um的InGaAs相机。
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