[發明專利]一種水下激光周向掃描光束發射系統

在審

• 申請號: 201910905744.0
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110501689A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 彭波;趙慧;李中云;鐘昆;劉松林;黃莎玲
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S7/491;G01S17/06;G02B26/12
• 代理公司: 51288 綿陽山之南專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 沈強<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明提供了一種水下激光周向掃描光束發射系統，該方案包括有殼體、設置在殼體內部的光束控制器、平面反射鏡組、振鏡組以及設置在殼體表面的第一、第二、第三、第四光學窗口；第一、第二、第三、第四光學窗口分別設置在殼體上位于同一水平面的前后左右四個方向的外壁上；光束控制器發出的激光束能夠在一個掃描周期中通過平面反射鏡組和振鏡組反之后依次從第一、第二、第三、第四光學窗口呈90°掃描出射。該方案能夠在激光周向掃描探測時不阻擋出射光束，同時又不破壞水下航行器的密封耐壓、電氣連接和結構強度，對入射激光束實施360°分扇區無遮擋地掃描出射。

技術領域

本發明涉及的是水下目標激光探測領域，尤其是一種水下激光周向掃描光束發射系統。

背景技術

水下激光探測一般采用傳輸損耗小的藍綠激光。與水聲探測、磁場探測和電磁探測相比，水下藍綠激光探測具有更高的測距精度和定位精度，且不受水文干擾和聲磁干擾，是未來水下探測技術的重要發展方向。目前，水下激光探測技術的研究主要集中于海洋激光雷達和水下激光成像兩個應用領域。前者與空地激光雷達相同，載體主要有船載和機載兩種形式；后者主要基于線掃描技術和距離選通技術實現水下目標的成像探測，主要應用于水下大型運載平臺。由于探測裝置體積大、功耗高，這兩種探測方法還未見能夠應用于水下小型航行器的研究報道。

在水下目標探測中，由于目標方位隨機，交會速度快，探測時間短，加上水下小型平臺體積、功耗有限，以及激光收發的開窗密封與結構強度，以及光路布置與掃描盲區之間的矛盾問題，水下激光目標探測極具挑戰。最近，國內文獻公開報道了一種水下激光近程周向掃描的探測方法。所研制的樣機裝置采用脈沖點光束收發同步的掃描探測體制，由雙軸電機驅動發射反射鏡和接收反射鏡同步旋轉。發射反射鏡將激光器的出射光束直接轉折后經光學發射窗口出射；與此同時，目標的反射回波經光學接收窗口后，由接收反射鏡直接轉折至光電探測器上。最終，通過電機旋轉實現周向動態掃描探測，并根據接收到的目標回波解算其方位和距離信息。該探測方法存在如下不足之處：1、位于裝置中心的雙軸電機和收/發反射鏡等需要支撐結構（如加強筋），在周向掃描探測時這些支撐結構存在遮擋光束的問題，不能實現360°全方位探測，存在探測盲區；2、在實施周向掃描探測時，發射和接收均需要尺寸較大的環形光學窗口，在水下環境中存在密封耐壓和結構強度的問題；3、此探測裝置安裝于水下航行器時，周視收發光路阻礙了前后艙段之間的電氣連接。

發明人在前期研究中，提出了“一種水下目標周向掃描激光探測系統”（201810105360.6），以及“一種激光周向非掃描目標探測裝置”（201810214638.3）。這兩個專利克服了常規周向掃描的探測盲區、密封耐壓、結構強度以及電氣連接的問題，但是面臨所用光學器件精度高，加工難度大，以及光機裝調困難的問題。

發明內容

本發明的目的，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種水下激光周向掃描光束發射系統，該方案為了在激光周向掃描探測時不阻擋出射光束，同時又不破壞水下航行器的密封耐壓、電氣連接和結構強度，提出“純反射式分區掃描”的激光周向光束發射方法，即采用光束控制器、平面反射鏡組以及振鏡組，通過光路轉折和振鏡掃描，對入射激光束實施360°分扇區無遮擋地掃描出射。

本方案是通過如下技術措施來實現的：

一種水下激光周向掃描光束發射系統，其特征是：包括有殼體、設置在殼體內部的光束控制器、平面反射鏡組、振鏡組以及設置在殼體表面的第一、第二、第三、第四光學窗口；第一、第二、第三、第四光學窗口分別設置在殼體上位于同一水平面的前后左右四個方向的外壁上；光束控制器發出的激光束能夠在一個掃描周期中通過平面反射鏡組和振鏡組反之后依次從第一、第二、第三、第四光學窗口呈90°掃描出射。

作為本方案的優選：平面反射鏡組包括有獨立設置的第一平面反射鏡、第二平面反射鏡以及第四平面反射鏡；振鏡組包括有獨立設置的第一振鏡、第二振鏡、第三振鏡以及第四振鏡。