CN1936617B - 综合低噪声恒温激光接收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种综合低噪声恒温激光接收系统，涉及一种激光接收系统。本发明是在圆筒(0)内，从右向左，依次设置有准直透镜(1)、滤光片(2)、角反射器(3)、光电接收系统(5)；在圆筒(0)上，设置有CCD(4)、温度调节系统(6)、传动装置(7)；传动装置(7)包括第一传动装置(7A)和第二传动装置(7B)，其结构完全一样；滤光片(2)与第一传动装置(7A)相连，反射器(3)与第二传动装置(7B)相连，CCD(4)与角反射器(3)位置对应。本发明集恒温、滤光、光尖调整于一体，结构紧凑。由于性能价格比高，可广泛应用于激光雷达、卫星激光测距、航天器跟踪、恒星跟踪观测、空间碎片动态跟踪等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光接收系统，尤其涉及一种综合低噪声恒温激光接收系统。
背景技术
激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，具有一系列独特的优点：极高的角分辨率，极高的距离分辨率，速度分辨率高，测速范围广，能获得目标的多种图像，抗干扰能力强，比微波雷达的体积和重量小等。但是，激光雷达的技术难度很大，受天气环境影响大，尤其是在白天使用时受太阳光噪声影响，使其应用受到一定的限制。
光学干涉滤光片是建立在光学薄膜干涉原理上的精密光学滤光器件。通过设计和改变膜系的结构和膜层的光学参数，可以获得各种光谱特性，用于控制、调整和改变光波的透射、反射、吸收、偏振或相位状态。利用滤光片只让所需要的波段的光线通过而阻挡其它波段的光线进入的特性可以消除激光雷达使用过程中的杂散光的问题。但是由于滤光片受温度影响比较大，因此滤光片往往放置在恒温槽中，工业中的恒温槽体积一般比较大，不利于系统的小型化和集成化设计。
另外，应用于空间领域的激光雷达，激光束的发散角直接影响观测的结果。往往在激光雷达系统中加入激光准直调节装置。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，而提供一种综合低噪声恒温激光接收系统。
本发明的目的是这样实现的：
完善现有激光雷达系统的功能，降低噪声对系统的影响，实现激光雷达全时段跟踪。
1、设置温度调节系统，满足滤光片对温度敏感的要求；
2、设置传动装置升降滤光片和角反射器；
3、设置角反射器和电荷耦合传感器(CCD)。
具体地说：如图1、图2，本发明由圆筒0、准直透镜1、滤光片2、角反射器3、CCD4、光电接收系统5、温度调节系统6、传动装置7组成；
其位置及连接关系是：
在圆筒0内，从右向左，依次设置有准直透镜1、滤光片2、角反射器3、光电接收系统5；
在圆筒0上，设置有CCD4、温度调节系统6、传动装置7；
传动装置7包括第一传动装置7A和第二传动装置7B，其结构完全一样。
滤光片2与第一传动装置7A相连，第一传动装置7A控制切换滤光片2的伸缩；
角反射器3与第二传动装置7B相连，第二传动装置7B控制切换角反射器3的伸缩；
CCD4与角反射器3位置对应。
本发明的工作原理是：
在白天工作时，如图1，滤光片2工作，滤掉太阳光等噪声；
在夜间工作时，如图2，滤光片2通过第一传动装置7A缩进。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、温度调节精度高，无需人工干预。
2、滤光片2和角反射器3切换简单，具有较高的定位精度和可重复性，解决了光学系统共轴的问题。
3、加入激光回波CCD照相技术。
4、集恒温、滤光、光尖调整于一体，结构紧凑。
5、使准直镜与接收镜之间的距离小于50mm，有利于系统接收视场的调节。
6、充分利用了准直镜和接收镜作为腔体的窗口，有效地减少了光路中的光学界面，提高了接收效率。
由于性能价格比高，可广泛应用于激光雷达、卫星激光测距、航天器跟踪、恒星跟踪观测、空间碎片动态跟踪等领域。
附图说明
图1-本发明结构及工作原理图(滤光片和角反射器伸出时)；
图2-本发明结构及工作原理图(滤光片和角反射器缩进时)；
图3-温度调节系统结构框图；
图4-传动装置结构示意图。
0-圆筒；
1-准直透镜；
2-滤光片；
3-角反射器；
4-CCD；
5-光电接收系统；
6-温度调节系统，6.1-温度传感器， 6.2-单片机，
6.3-数模转换器， 6.4-半导体制冷片；
7-传动装置， 7A-第一传动装置， 7A-第二传动装置；
7.1-步进电机， 7.2-传动丝杆， 7.3-滑块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
1、温度调节系统6
如图3，温度调节系统6由依次连接的温度传感器6.1、单片机6.2、数模转换器6.3、半导体制冷片6.4组成；温度传感器6.1、半导体制冷片6.4置于滤光片2附近。
其工作原理是：单片机6.2从温度传感器6.1获取温度状态，数模转换器6.3将单片机6.2输出的温度转化成模拟量，数模转换器6.3控制半导体制冷片6.4制冷；
温度传感器6.1采用Maxim公司的DS18B20芯片实现，其温度测量精度达到0.0625℃；
单片机6.2采用常用上市产品；
数模转换器6.3采用常用上市产品；
半导体制冷片6.4采用常用上市产品。
2、传动装置7
如图4，所述的传动装置7是一种涡轮丝杆升降机结构，包括结构完全一样的两个传动装置(第一传动装置7A和第二传动装置7B)，由步进电机7.1、传动丝杆7.2、滑块7.3组成；步进电机7.1和传动丝杆7.2连接，滑块7.3套在传动丝杆7.2上。
当步进电机7.1转动时，传动丝杆7.2也随着转动，滑块7.3则上下移动，使滤光片2、角反射器3按要求缩进或伸出。
3、角反射器3和CCD4
本发明特别是卫星激光测距的应用中，激光回波的光尖对系统的精度和观测的数据量十分重要。因此本发明加入了角反射器3和CCD4。当本发明需要调节激光光尖时，通过第二传动装置7B将角反射器3伸出，如图1所示，激光回波发射到CCD4上观察，经过数字解算或人工调节，改善激光光尖的质量。在正常观测过程中，角反射器3通过第二传动装置7B缩进，如图2所示，激光回波直接被光电接收系统5(如单光子雪崩二极管SPAD，光电倍增管PMT)接收。
Claims (3)
1.一种综合低噪声恒温激光接收系统，其特征在于：
由圆筒(0)、准直透镜(1)、滤光片(2)、角反射器(3)、CCD(4)、光电接收系统(5)、温度调节系统(6)、传动装置(7)组成；
在圆筒(0)内，从右向左，依次设置有准直透镜(1)、滤光片(2)、角反射器(3)、光电接收系统(5)；
在圆筒(0)上，设置有CCD(4)、温度调节系统(6)、传动装置(7)；
传动装置(7)包括第一传动装置(7A)和第二传动装置(7B)，其结构完全一样；
滤光片(2)与第一传动装置(7A)相连，在白天工作时，滤光片(2)通过第一传动装置(7A)伸出，滤掉太阳光噪声；在夜间工作时，滤光片(2)通过第一传动装置(7A)缩进；
角反射器(3)与第二传动装置(7B)相连，在正常观测过程中，角反射器(3)通过第二传动装置(7B)缩进，在需要调节激光光尖时，角反射器(3)通过第二传动装置(7B)伸出；
CCD(4)与角反射器(3)位置对应。
2.按权利要求1所述的激光接收系统，其特征在于：
温度调节系统(6)，由依次连接的温度传感器(6.1)、单片机(6.2)、数模转换器(6.3)、半导体制冷片(6.4)组成；温度传感器(6.1)、半导体制冷片(6.4)置于滤光片(2)附近。
3.按权利要求1所述的激光接收系统，其特征在于：
传动装置(7)是一种涡轮丝杆升降机结构，由步进电机(7.1)、传动丝杆(7.2)、滑块(7.3)组成；步进电机(7.1)和传动丝杆(7.2)连接，滑块(7.3)套在传动丝杆(7.2)上。
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