[發明專利]一種緊湊型運動物體微動特征檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 202110508809.5
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113281529B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 馬喆;楊靜琦;姜來;周潔
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團第二研究院
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 張國虹

本發明公開了一種緊湊型運動物體微動特征檢測裝置及檢測方法，其中檢測裝置，包括：激光光源、渦旋光產生與指向控制裝置、偏振分光鏡、反射鏡、二色性分光鏡、收發一體天線、渦旋回光信號采集裝置和物體位置測量裝置。本發明的緊湊型運動物體微動特征檢測裝置可以在有限空間內同時實現渦旋光束的產生、對物體的追蹤、及微動特性測量，目的在于解決對運動物體的微動檢測的問題。

技術領域

本發明涉及光電檢測的技術領域，特別是一種緊湊型運動物體微動特征檢測裝置及檢測方法。

背景技術

傳統多普勒頻移探測方法多基于線性多普勒效應，主要用于平移速度的測量。當用于轉動速度測量時，只能通過測量轉動速度在光束傳播方向上的分量，進而推算轉動速度，導致轉動速度的測量難度大、測量精度低。渦旋光是一種攜帶軌道角動量的結構光，當渦旋光照射至具有旋轉速度的物體時，物體的轉速會對渦旋光引入持續的相位變化，進而產生光的頻率移動，引起旋轉多普勒效應，其中旋轉多普勒頻移量直接與物體旋轉速度相關，可以實現平移速度與旋轉速度的解耦，能夠有效提取物體轉速等微動信息。

現有渦旋光旋轉速度測量技術多針對固定的旋轉物體，然而當被測物體處于運動狀態中時，渦旋光束無法保證對物體的持續跟蹤照射，導致渦旋光轉速測量系統的使用場景受限。現有光束指向調控方法多采用機械方式，通過萬向節、快速反射鏡、Risley棱鏡等的機械運動實現光束指向的調制，存在體積大、轉動慣量大、能耗高等問題，難以滿足對空間要求較高的測量系統的使用要求。

發明內容

本發明目的在于提供一種緊湊型運動物體微動特征檢測裝置及檢測方法，可以在有限空間內同時實現渦旋光束的產生、對物體的追蹤、及微動特性測量，目的在于解決對運動物體的微動檢測的問題。

根據本發明的一方面，提供了一種緊湊型運動物體微動特征檢測裝置，包括：激光光源、渦旋光產生與指向控制裝置、偏振分光鏡、反射鏡、二色性分光鏡、收發一體天線、渦旋回光信號采集裝置和物體位置測量裝置；渦旋光產生與指向控制裝置設置在激光光源和偏振分光鏡之間，反射鏡和二色性分光鏡均位于偏振分光鏡的光路上，且反射鏡和二色性分光鏡分別位于偏振分光鏡的前后，收發一體天線位于二色性分光鏡的反射光路上，物體位置測量裝置位于二色性分光鏡的透射光光路上，渦旋回光信號采集裝置設置在反射鏡的反射光的光路上；運動物體的光線通過天線主鏡反射至天線次鏡，再進入二色性分光鏡。

進一步地，天線主鏡為凹面鏡，天線主鏡的凹面為反射面，天線主鏡朝向天線次鏡，凹面鏡的中心具有光過孔。

進一步地，天線次鏡為凸面鏡，天線次鏡的凸面為反射面，天線次鏡的凸面朝向天線主鏡。

進一步地，物體位置測量裝置采用陣面探測器。

進一步地，激光光源用于產生連續高斯光束。

進一步地，偏振分光鏡用于對發射渦旋光與渦旋回光進行光束分離。

進一步地，渦旋回光信號采集裝置用于將光信號轉換為電信號。

進一步地，渦旋光產生與指向控制裝置可根據待測物體形態和待測物體的微動頻率量級設定渦旋光的拓撲荷數。

根據本發明的另一方面，還提供了一種運動物體微動特征檢測方法，采用上述的緊湊型運動物體微動特征檢測裝置，運動物體微動特征檢測方法包括：

S10激光光源產生連續高斯光束，激光光源產生的光束通過渦旋光產生與指向控制裝置經過二色性分光鏡，至天線次鏡，再由天線次鏡至天線主鏡，通過天線主鏡的光束到達運動物體；

S20來自運動物體的光信號通過天線主鏡到達天線次鏡，然后一部分光信號通過二色性分光鏡到達物體位置測量裝置，一部分光信號再依次通過偏振分光鏡和反射鏡到達渦旋回光信號采集裝置。

進一步地，在步驟S10中，高斯光穿透渦旋光產生與指向控制裝置后，輸出光為偏轉了θ角的渦旋光；