CN2773714Y - 激光扫描探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光扫描探测器。为解决现有无线电雷达不能探测隐形目标的问题，其包括一个横向放置的正多边柱形反射镜，反射镜配有纵向旋转驱动机构和纵向旋转角度传感器，与反射镜相配合的能够连续发射激光信号连续接收外部空间反射到反射镜上的反射信号的激光发射接收器，和支持上述所有部件的底座；在底座与上述所有部件之间配装有水平旋转驱动机构和水平旋转角度传感器，或反射镜进一步配装有水平旋转驱动机构和水平旋转角度传感器；激光发射接收器、旋转角度传感器和旋转驱动机构进一步连接计算机。因此，其具有能探测的隐形目标，不受电子干扰影响，可靠性强，在国防领域应用价值高的优点。

Description

激光扫描探测器

技术领域

本实用新型涉及空间物体探测装置，特别是涉及一种激光扫描探测器。

背景技术

无线电雷达通过反射的无线电波探测飞机舰船等物体，从而能确定它们的空间位置和距离。而无线电雷达在探测隐形飞机等不反射或反射率很小的物体时常常难以胜任，另外无线电雷达还会被干扰信号破坏，失去作用。如某军事大国的多次现代战争中使用隐形飞机为先锋，对其他国家于夜间发起攻击，拉开战争的序幕。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能对无线电雷达无法探测的隐形目标进行探测的激光扫描探测器。

本实用新型激光扫描探测器的原理是基于：在无光黑夜的空旷草原上，100米处有一帐篷，现有只一个激光教鞭，当然不能用它照亮帐篷，但是用激光教鞭反复晃动地照射帐篷，同样可以知道那座帐篷的大致高度宽度，因为激光教鞭照射到帐篷时，可以看到一个红点，而没有照射到帐篷时，则看不到红点，比如从左到右照射时，开始看不到红点，因为照射到很远的地方，当照射到帐篷时看到了红点；继续往右照射，当红点离开了帐篷时，又看不到了。当然加大激光的照射功率，有效距离自然会增加了。另外，宇宙中遥远的微光可以用专用望远镜检测看到，那么本实用新型的观测相比之下就很容易了。

为实现上述目的，本实用新型激光扫描探测器包括一个横向放置的正多边柱形反射镜，反射镜配有纵向旋转驱动机构和纵向旋转角度传感器，与反射镜相配合的能够连续发射激光信号连续接收外部空间反射到反射镜上的反射信号的激光发射接收器，和支持上述所有部件的底座；在底座与上述所有部件之间配装有水平旋转驱动机构和水平旋转角度传感器，或反射镜进一步配装有水平旋转驱动机构和水平旋转角度传感器；激光发射接收器、旋转角度传感器和旋转驱动机构进一步连接计算机。正多边柱形反射镜可以为正三边柱、正四边柱、正五边柱等其它任意正多边柱形。作为有益的变换，反射镜也可以纵向布置。其是用激光线对需检测区域进行扫描照射，接收器(优选望远镜式)同步检测照射线的照射情况，将每一个照射坐标上的照射检测(接收)值等比例放大输出并记录，再按坐标排列显示，就可以显示出物体的形状、位置。其工作方式类似雷达探测，用扫描反射镜反射由激光发射接收器发射出的激光束，同时通过扫描反射镜以类似望远镜方式用光敏元件检测接收，经过运算放大得到即时检测输出信号，将扫描反射镜高速纵向旋转、低速水平旋转的即时角度信号与检测输出信号共同连续输出时，即可通过计算机等外部设备显示激光照射区域的物体。其适合在黑夜或探测空间光线弱时进行探测，因为此时，反射光线对比度大，探测反射信号强，探测目标更清楚。该激光探测信号与雷达信号不同，既不会被隐形目标吸收，也不会受其它电子干扰信号影响。本实用新型适合对空间物体特别是飞行中的物体的扫描成像，尤其是在夜间，比如对隐形飞机的探测有绝对的优势。

作为优化，激光发射接收器由并列布置的激光信号发射器和激光信号接收器组成。如此设计，结构更紧凑，信号更准确。

作为优化，激光信号发射器由激光发生器、驱动激光发生器的控制器和位于激光发生器前方的调焦透镜组成；激光信号接收器由光敏元件、与光敏元件相连的前置放大器和位于光敏元件前方的调焦透镜组成。如此设计，在激光信号发射器中发射激光束后，可以同时用光敏元件通过调焦透镜和反射镜进行望远镜式强指向性地观测检测照射之处的物体信号反射。

作为优化，底座上还配装有用于保护其上方部件的半球形透明防尘封闭罩。如此设计，能够较好地防止光学部件被尘土污染。

作为优化，防尘封闭罩内还配装有空调器，空调器的接口及换气冷凝水卸放器安装在底座上，底座上还安装有数据交换及电源接口。如此设计，能使其性能更稳定。

作为优化，激光发射接收器为横向并列布置的多个或多组。多组都由相等的多个激光发射接收器组成。如此设计，有助于提高探测精度和探测速度。

作为优化，反射镜的反射面在任何纵向旋转角度都不与激光发射接收器的发射接收线垂直，或在垂直位暂时停止探测激光的发射。如此设计，有利于避免直接反射的激光束对激光发射接收器中信号接收器的不利影响和对正常探测信号的干扰。

采用上述技术方案后，本实用新型激光扫描探测器是使用激光发射接收器发射激光线照射，用类似望远镜方式同步观测检测照射的检测信号并放大，用正多边柱形反射镜纵向和水平旋转使照射和检测方向不断连续有规律地运转，并将照射的检测信息、纵向水平旋转的信息同时输出处理即可通过外部设备处理得到扫描图象。其与现有的无线电雷达相比具有能探测的隐形目标，不受电子干扰影响，可靠性强，在国防领域应用价值高的优点。

附图说明

图1是本实用新型激光扫描探测器的工作原理图；

图2是本实用新型激光扫描探测器的结构示意图

图3是本实用新型激光扫描探测器中激光发射接收器的结构示意图；

图4是本实用新型激光扫描探测器第二种实施方式的侧视结构示意图；

图5是本实用新型激光扫描探测器第二种实施方式的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例作更进一步的说明：

如图1所示，本实用新型激光扫描探测器的工作过程是：

本实用新型激光扫描探测器的控制器驱动激光发生器对反射镜进行照射；反射镜得到的反射信号通过透镜聚焦后由光敏元件接收，再经前置放大器放大后，形成照射接收即时数据，送计算机处理；反射镜纵向旋转的同时由角度传感器形成纵向角度即时数据，送计算机处理；反射镜水平旋转的同时由角度传感器形成水平向角度即时数据，送计算机处理；经计算机处理后的探测目标信息送显示器或其它终端设备，或进行信息输出及共享；计算机还通过输出操作指令对上述检测过程进行控制；探测器的工况反馈信息也输入计算机，再由计算机进行调控。

如图2所示，本实用新型激光扫描探测器包括一个横向放置的正四边柱形反射镜7，反射镜7配有纵向旋转驱动机构和纵向旋转角度传感器6，与反射镜7相配合的能够连续发射激光信号连续接收外部空间反射到反射镜上的反射信号的激光发射接收器12，和支持上述所有部件的底座2；反射镜7与底座2之间配装有水平旋转驱动机构14和水平旋转角度传感器13；激光发射接收器12、旋转角度传感器和旋转驱动机构进一步连接计算机。反射镜7的反射面在任何纵向旋转角度都不与激光发射接收器12的发射接收线垂直。其工作原理为：激光发射接收器12发射激光束，经反射镜7将激光照射线反射出去；同时用激光发射接收器12观察检测反射镜上的反射光信号，就象用高倍小孔望远镜查看发射出去的激光束所照射地方的情况。此时反射镜7由上至下纵向连续旋转，使得照射和观测不断由上而下地反复，形成纵向扫描；当反射镜7高速地纵向扫描的同时，反射镜7又按水平方向低速旋转，纵向的扫描线变成了连续排列的竖线，此时被测物体的形状就被显示出来了。

如图3所示，本实用新型激光扫描探测器中的激光发射接收器由并列布置的激光信号发射器和激光信号接收器组成。激光信号发射器由激光发生器S、驱动激光发生器的控制器C和位于激光发生器前方的调焦透镜T1组成；激光信号接收器由光敏元件GM、与光敏元件相连的前置放大器RA和位于光敏元件前方的调焦透镜T2T和T2a组成。

驱动激光发生器的控制器C在按指令要求工作时，推动激光发生器S发射出激光束，通过调焦透镜T1时激光束变为一条细直线，以下简称照射线；用激光信号接收器检测被照射物体时，通过相当于望远镜的调焦透镜T2、T2a，光敏元件GM得到的信号经过前置放大器RA进行放大，其输出的变化为：照射到物体时，比没有照射会明显增强。由于通过望远镜式检测，因此检测范围要小。在不使用接收自动调焦方法时，可以最远处的1/3焦距为参考。检测被照物体的路线相当于望远镜的视线，以下简称检测线。发射器、接收器制作时连接在一起，因此一个发射激光信号发射器的检测线、照射线之间间距很近，而且近似为平行线。

如图4和5所示，实施例二，本实用新型激光扫描探测器包括一个横向放置的正四边柱形反射镜7，反射镜7配有纵向旋转驱动机构和纵向旋转角度传感器6，与反射镜7相配合的能够连续发射激光信号连续接收外部空间反射到反射镜上的反射信号的激光发射接收器12，和支持上述所有部件的底座2；反射镜7与底座2之间配装有水平旋转驱动机构14和水平旋转角度传感器13；激光发射接收器12、旋转角度传感器和旋转驱动机构进一步连接计算机。底座2上还配装有用于保护其上方部件的半球形透明防尘封闭罩3。防尘封闭罩3内还配装有空调器，空调器的接口及换气冷凝水卸放器15安装在底座2上，底座2上还安装有数据交换及电源接口16。激光发射接收器12布置形式为三个一组，三组横向并列。结构基础底座2的垂直轴方向上，安装绕此轴旋转的水平旋转基础板5，在基础板5上安装旋转反射镜7的固定支架17，在支架17上安装正四面体反射镜7和纵向角度传感器6，以及电机及变速箱9等。反射镜7的反射面在任何纵向旋转角度都不与激光发射接收器12的发射接收线垂直。

其工作原理为：激光发射接收器12发射激光束，经反射镜7将激光照射线反射出去；同时用激光发射接收器12观察检测反射镜7上的反射光信号，就象用高倍小孔望远镜查看发射出去的激光束所照射地方的情况。此时反射镜7由上至下纵向连续旋转，使得照射和观测不断由上而下地反复，形成纵向扫描；当反射镜7高速地纵向扫描的同时，反射镜7又按水平方向低速旋转，纵向的扫描线变成了连续排列的竖线，此时被测物体的形状就被显示出来了。

这里的接收器的工作方式就如同指向性极强的“望远镜”，它与发射器使用同一安装角度。当发射接收器工作时，发射接收器斜上方的扫描反射镜纵向旋转，致使激光发射接收器的检测线、照射线被不停地进行纵向反射，也就是进行纵向扫描。为了提高工作效率，扫描反射镜制作成多面形式，可以为正四面体、正八面体等，即多面扫描反射镜(多面扫描反射镜比单面反射镜效率提高，但硬件再理想也需要通过软件进行调试；而且实际使用中的有效信号不是接收的信号/显示亮度的量的大小，而是接收信号/显示亮度的变化量的大小)。激光发射接收器的照射线、检测线在多面扫描反射镜高速旋转反射照射线、检测线的同时，多面反射镜低速水平旋转，致使纵向扫描工作在水平方向连续转动。此时，照射线对空间进行二维照射，接收器同时进行检测接收。

照射线的功率是固定的，而检测线的信号可能是变化的，通过对其变化进行分析和计算才能得到。在多面反射镜纵向旋转和水平旋转的时候，用角度传感器同步检测，得到水平和纵向的角度即时参数，将水平、纵向角度参数，加上接收器即时放大输出的检测信号，输入计算机，即可得到空间的扫描图象。

在此系统设计中可以采用450mm直径的加厚光盘，在直径400～420处刻录2200p/mm的角度线，理论角度精度、控制角度精度1秒内。另外，采用了3个激光发射接收器为一个单元，4个单元依次检测，增加了效率、使用率等。在数据处理方面，本设计为正多面体，如：正六面体、正八面体等，在此使用四面反射镜旋转速度为700转/秒，对轴承的可靠使用有所考验，但对计算机的要求也增加较高，毕竟目前高分辨率显示器、P4/3.0G等高端芯片、主板比较贵。

关于角度传感器，已经有过不少研究，本申请人曾申报的激光数字角度传感器：申请号为200520022821.1即可用于此处。上述关于对轴承的考验方面，一方面要使用品质优秀的轴承。

在实际设计制作中，该探测器的水平探测范围可以设定在180度。因为：1，能提高该探测器的工作效果，客观上该探测器的时间盲区和扫描周期目前还较长。2，该探测器适宜与激光武器配合使用。3、因为云、雨、雾、雪等对其有一定的影响，因此，在军事上可以通过备份或并用无线电雷达来克服。

Claims (7)

1、一种激光扫描探测器，其特征在于包括一个横向放置的正多边柱形反射镜，反射镜配有纵向旋转驱动机构和纵向旋转角度传感器，与反射镜相配合的能够连续发射激光信号连续接收外部空间反射到反射镜上的反射信号的激光发射接收器，和支持上述所有部件的底座；在底座与上述所有部件之间配装有水平旋转驱动机构和水平旋转角度传感器，或反射镜进一步配装有水平旋转驱动机构和水平旋转角度传感器：激光发射接收器、旋转角度传感器和旋转驱动机构进一步连接计算机。

2、根据权利要求1所述的激光扫描探测器，其特征在于激光发射接收器由并列布置的激光信号发射器和激光信号接收器组成。

3、根据权利要求2所述的激光扫描探测器，其特征在于激光信号发射器由激光发生器、驱动激光发生器的控制器和位于激光发生器前方的调焦透镜组成；激光信号接收器由光敏元件、与光敏元件相连的前置放大器和位于光敏元件前方的调焦透镜组成。

4、根据权利要求3所述的激光扫描探测器，其特征在于底座上还配装有用于保护其上方部件的半球形透明防尘封闭罩。

5、根据权利要求4所述的激光扫描探测器，其特征在于防尘封闭罩内还配装有空调器，空调器的接口及换气冷凝水卸放器安装在底座上，底座上还安装有数据交换及电源接口。

6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的激光扫描探测器，其特征在于激光发射接收器为并列布置的多个或多组。

7、根据权利要求1、2、3、4或5所述的激光扫描探测器，其特征在于反射镜的反射面在任何纵向旋转角度都不与激光发射接收器的发射接收线垂直，或在垂直位暂时停止探测激光的发射。

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