[發明專利]一種面向極微弱信號的雙譜段激光成像裝置

有效

• 申請號: 202010469768.9
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111650600B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 張景豪;趙思思;蘇云;張文昱;孫倩;鄭永超
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481;G01S7/4863
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明公開了一種面向極微弱信號的雙譜段激光成像裝置，包括雙譜段脈沖激光發射系統、遮光罩、光學接收系統、空間光調制器組件、中繼光學組件、陣列探測組件、多通道高速信號采集單元、綜合控制與數據處理單元。雙譜段脈沖激光發射系統發射兩束不同波長的激光照射目標，產生的后向散射信號經光學接收系統匯聚到空間調制器所在一次像面后，經過空間調制，將激光信號反射至中繼光學組件后，由陣列探測組件完成兩個波長的激光信號探測，多通道高速信號采集單元實現對信號的采集記錄，最后由綜合控制與數據處理單元完成基于壓縮感知理論的計算成像，同時重構出目標的兩個波長的三維圖像。

技術領域

本發明涉及激光三維成像技術領域，特別涉及一種面向極微弱信號的雙譜段激光成像裝置。

技術背景

傳統激光三維成像主要有兩種方式：點掃描方式和大面陣閃光成像方式。點掃描方式，通過利用激光掃描機構和單點探測器配合，以激光光斑逐點對目標的掃描，其分辨率與激光光斑大小有關。在點掃描方式下，對目標進行激光三維成像時需要一定的掃描時間，不適合運動目標；同時遠距離下，由于光的衍射，照射在目標上的光斑將大于目標本身，無法對遠距離目標進行成像。大面陣閃光成像方式，通過利用大面陣探測器接收，以非掃描式的激光直接照射目標，獲取目標的三維圖像，分辨率與探測器規模有關。目前應用于高分辨激光成像的大面陣探測器研制難度極大，只掌握在國際少數幾家公司手中；同時，大規模面陣器件規模使用，在一定信噪比要求下，，激光器能量與接收口徑將顯著增大，難以進行遠距離高分辨成像。若要同時實現多譜段激光成像時，無論從技術上還是設備規模上，要求將會進一步顯著提升。

當面向天基對空間目標進行激光三維成像的應用時，由于宇宙空間尺度大，作用距離遠，目標處于高速，且天基平臺在尺寸、功耗、重量、指向等約束嚴格，傳統激光成像方式

設備規模、積分時間、空間分辨率、激光能量、探測靈敏度等無法同時滿足空間應用要求。因此，目前尚未有有效的系統與方法解決空間應用的需求。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種面向極微弱信號的雙譜段激光成像的裝置與方法，解決傳統激光成像方式在脈沖能量不足、探測靈敏度不足、積分時間。空間分辨率、設備規模、譜段等難以兼顧的難題，實現對目標高分辨、高靈敏、高速度、多譜段激光三維成像。

本發明的技術方案如下：一種面向極微弱信號的雙譜段激光成像裝置，包括雙譜段脈沖激光發射系統、遮光罩、光學接收系統、中繼光學組件、陣列探測組件、多通道高速計數單元、綜合控制與數據處理單元；

所述雙譜段脈沖激光發射系統以一定的重復頻率發射兩束不同譜段的脈沖激光照射目標，產生的后向散射雙譜段激光信號經遮光罩后被光學接收系統接收；所述中繼光學組件位于光學接收系統與四個陣列探測組件E1～E4之間；所述多通道高速計數單元對陣列探測器組件輸出的電信號進行采集和記錄，并形成信號的光子事件計數統計，并輸出到綜合控制與數據處理單元；綜合控制與數據處理單元用于雙譜段脈沖激光發射系統、中繼光學組件、陣列探測組件、多通道高速計數單元的同步與控制，并對多通道高速計數單元采集記錄的數據進行數據處理。

所述的兩束不同譜段激光信號采用532nm、1064nm激光信號。

所述的激光照射目標指在目標處激光光斑尺寸大于目標尺寸，激光光斑能覆蓋目標。

所述光學接收系統位于遮光罩后端，收集來自目標后向散射回來的雙譜段激光信號并將雙譜段激光信號匯聚到中繼光學組件。

所述光學接收系統形式為卡塞格林式光學系統。