專利名稱：激光差分掃描探測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及激光差分掃描探測方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在強后向散射介質(zhì)中，相對于介質(zhì)的強后向散射，要探測的遠(yuǎn)距離目標(biāo)的 激光回波信號通常都很微弱，有的甚至淹沒在介質(zhì)的后向散射中，直接檢測的
探測效能非常低，針對該問題目前已有多種解決方案例如王江安教授等人提 出了利用線偏振激光發(fā)射，利用介質(zhì)和目標(biāo)對激光的退偏效應(yīng)不同，通過檢測 與發(fā)射激光偏振方向垂直的偏振方向的回波信號來提取出感興趣的目標(biāo)回波信 號，但這樣的探測將絕大部分激光能量將被檢偏器濾掉，激光能量利用率較低； 又例如利用探測后向散射光空間譜強度分布來從復(fù)雜后向散射噪聲中提取目標(biāo) 的有用回波信號，但這樣一個激光發(fā)射要對應(yīng)一個面陣探測器，折合到每個面 元上的發(fā)射功率更小，且算法復(fù)雜。
事實上針對強后向散射介質(zhì)中的激光目標(biāo)探測，差分探測是一種行之有效 的探測方式。差分探測是用兩束相對能量保持恒定(為了保證探測精度和靈敏 度，兩束探測光的能量最好能夠始終相等)的探測光探測不同的兩個目標(biāo)區(qū)域， 當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在某一目標(biāo)區(qū)域中，同時又不出現(xiàn)在另一目標(biāo)區(qū)域中時，探測到的 激光回波信號會出現(xiàn)明顯的差異。而差分放大的特性就是當(dāng)兩路信號相等時， 輸出為0電平；而當(dāng)兩路信號差異明顯時，差異越大，放大倍數(shù)越高。
為了保證探測靈敏度較高，進(jìn)行差分探測所要解決的首要問題是兩束探測 光的能量應(yīng)基本相等，其實現(xiàn)的方式有以下兩種第一種是使用兩個功率穩(wěn)定 性非常高的發(fā)射激光器，采用這種方式，激光器的功率穩(wěn)定性對探測靈敏度的 影響較大，實現(xiàn)高靈敏度的遠(yuǎn)程探測很難；第二種是將一束激光分束成能量相 等的兩束探測光，采用該種方式只要激光的輸出空間分布保持較好的對稱性，功率穩(wěn)定性對探測靈敏度的影響不大，因此可以有效地降低對發(fā)射激光器的功 率穩(wěn)定性要求，提高差分探測靈敏度。
在實際應(yīng)用中只靠載體的運動進(jìn)行搜索速度太慢，必須具備掃描搜索功能， 但是在光學(xué)上掃描搜索就意味著探測光束要產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，在此情況下始終保持兩 束差分光路的能量基本均衡是非常困難的，所有現(xiàn)有研究和專利都沒有涉及或 暗示著通過何種技術(shù)手段來實現(xiàn)掃描差分探測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種激光差分掃描探測方法，本發(fā)明還要 提供一種激光差分掃描探測系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明激光差分掃描探測方法包括
收發(fā)同步掃描步驟，用于對激光發(fā)射光束和兩束激光回波光束進(jìn)行同步掃
描；
分光步驟，用于將激光發(fā)射光束由一束光分為能量基本相等的兩束光，即 將激光發(fā)射光束分為大小相等的兩束；
激光回波光束接收處理步驟，用于接收經(jīng)過所述收發(fā)同步掃描步驟處理的 兩束目標(biāo)區(qū)域回波光束，并將該兩個光信號分別轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?br> 差分放大處理步驟，用于對所述兩個電信號進(jìn)行差分放大處理，并從中提 取有用的目標(biāo)信息；
所述收發(fā)同步掃描步驟如果在所述分光步驟之前，則所述收發(fā)同步掃描步 驟應(yīng)保證掃描之后的發(fā)射激光能夠在掃描光學(xué)元件之后預(yù)定的有限距離內(nèi)會 聚；所述收發(fā)同步掃描步驟如果在所述分光步驟之后，則所述收發(fā)同步掃描步 驟應(yīng)保證分光之后的兩束發(fā)射激光在掃描過程中能量不變。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明激光差分掃描探測系統(tǒng)包括
激光器，用作激光光源；
收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)，用于對激光發(fā)射光束和接收的兩束激光回波光 束進(jìn)行同步掃描；分光光學(xué)分系統(tǒng)，用于將激光發(fā)射光束由一束光分為能量基本相等的兩束
光，即將激光發(fā)射光束分為大小相等的兩束發(fā)射光束；
激光回波光束接收處理分系統(tǒng)，用于接收經(jīng)過所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系
統(tǒng)處理的兩束目標(biāo)區(qū)域回波光束，并將該兩個光信號分別轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?br> 差分放大處理分系統(tǒng)，用于對所述兩個電信號進(jìn)行差分放大處理，并從中 提取有用的目標(biāo)信息；
在激光發(fā)射光束的光路中，如果所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)在所述分光 光學(xué)分系統(tǒng)之前，則所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)應(yīng)保證其出瞳位置在掃描過 程中固定于預(yù)定的有限距離內(nèi)的一點；在激光發(fā)射光束的光路中，如果所述收 發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)在所述分光光學(xué)分系統(tǒng)之后，則所述收發(fā)同步掃描光學(xué) 分系統(tǒng)應(yīng)保證分光之后的兩束激光發(fā)射光束在掃描過程中能量不變。
所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)可以為包括雙面掃描鏡和倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn) 鏡，其中所述雙面掃描鏡的兩個反射面分別用于對發(fā)射光束和接收光束進(jìn)行掃 描，所述倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡用于使所述雙面掃描鏡的兩個反射面的掃描同步， 該倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出瞳位置應(yīng)固定于預(yù)定的有限距離內(nèi)的某處。
所述雙面掃描鏡具體可以為雙面行掃描振鏡。
相應(yīng)地，所述分光光學(xué)分系統(tǒng)可以為反射分光棱鏡，其位于所述倒一倍轉(zhuǎn) 向望遠(yuǎn)鏡的出瞳處，其分光方向可以平行于激光發(fā)射光束的掃描方向，也可以 垂直于所述激光發(fā)射光束的掃描方向。
所述分光光學(xué)分系統(tǒng)還可以為包括一個平面反射鏡和一個透射分光棱鏡， 所述平面反射鏡位于所述倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出瞳處，所述透射分光棱鏡位于 所述平面反射鏡的反射光路中。
所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)還可以為一個收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓，該收發(fā) 掃描反射式轉(zhuǎn)鼓的兩個反射面分別用于對發(fā)射和接收光束進(jìn)行掃描，相應(yīng)地， 所述分光光學(xué)分系統(tǒng)置于所述激光器和所述收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓之間，即該分 光光學(xué)分系統(tǒng)置于所述激光器和所述收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓之間的激光發(fā)射光束光路中。該分光光學(xué)分系統(tǒng)將激光器的發(fā)射光束由一束光分為垂直于掃描方向 的能量基本相等的兩束光，然后收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓對該兩束激光發(fā)射光束和 該兩束激光發(fā)射光束的回波光束進(jìn)行同步掃描。
所述分光光學(xué)分系統(tǒng)具體可以為 一個透射分光棱鏡。
所述激光回波光束接收處理分系統(tǒng)可以為包括兩個小視場接收分系統(tǒng)。 在本發(fā)明中，離開激光差分探測系統(tǒng)之前的激光均定義為發(fā)射激光。 本發(fā)明技術(shù)方案有效地解決了在激光掃描探測中如何將一束激光分為能量 基本相等的兩束激光的問題，從而實現(xiàn)了激光差分掃描探測，這對于激光探測 技術(shù)在強后向介質(zhì)中的應(yīng)用開拓了 一種新的有效途徑。本發(fā)明激光差分掃描探 測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，只要激光發(fā)射光束能夠保持較好的對稱性，對發(fā) 射激光器的功率穩(wěn)定性及其輸出模式要求不高，結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn)兩束探測光的 光程對稱，保證差分探測的靈敏度。


圖l是本發(fā)明激光差分掃描探測系統(tǒng)的一種實施例；
閨2是本發(fā)明激光差分掃描探測系統(tǒng)的另一種實施例；
圖3是本發(fā)明激光差分掃描探測系統(tǒng)的又一種實施例；
圖4是本發(fā)明激光差分掃描探測系統(tǒng)的再一種實施例。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實施例一、使用反射分光棱鏡實現(xiàn)掃描差分探測，其差分探測分光方向與 掃描方向相同
如圖l所示，雙面行掃描振鏡(2)的兩個反射面分別掃描激光器(6)的出 射光束和兩束差分接收回波光束，倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡(7)使二者掃描同步。由 于激光器(6)的出射光束投射在雙面行掃描振鏡(2)的點是固定的(也就是倒 一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的入瞳)，經(jīng)過倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡成像在其像平面上的像點(也 就是倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出瞳)也是固定的，這樣位于倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出
8瞳處的反射分光棱鏡(8)始終能將掃描光束平均地分為兩束能量基本相等的探
測光束，這兩束掃描光束的回波光束經(jīng)雙面行掃描振鏡(2)同步掃描后其光束 方向是固定的，所以可以用兩個小視場接收分系統(tǒng)(1， 3)分別接收。再對接 收到的兩個信號進(jìn)行差分放大就能高靈敏度地提取出所需的目標(biāo)反射信息。在 該實施例中反射分光棱鏡(8)的分光方向平行于掃描方向，如果分束角等于掃描 角，就能得到二倍于掃描角的掃描視場。
實施例二、使用反射分光棱鏡實現(xiàn)掃描差分探測，其差分探測分光方向與 掃描方向垂直
如圖2所示，如圖1所示，雙面行掃描振鏡(2)的兩個反射面分別掃描激 光器(6)的出射光束和兩束差分接收回波光束，倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡(7)使二者 掃描同步。由于激光器(6)的出射光束投射在雙面行掃描振鏡(2)的點是固定 的(也就是倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的入瞳)，經(jīng)過倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡成像在其像平面 上的像點(也就是倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出瞳)也是固定的，這樣位于倒一倍轉(zhuǎn) 向望遠(yuǎn)鏡的出瞳處的反射分光棱鏡(8)始終能將掃描光束平均地分為兩束能量 基本相同的探測光束。這兩束掃描光束的回波光束經(jīng)雙面行掃描振鏡(2)同步 掃描后其光束方向是固定的，所以可以用兩個小視場接收分系統(tǒng)(1， 3)分別 接收，再對接收到的兩個信號進(jìn)行差分放大就能高靈敏度地提取出所需的目標(biāo) 反射信息。在該實施例中反射分光棱鏡(8)的分光方向垂直于掃描方向。這樣每 掃描一行，就能得到二行成像信息，其行掃描視場等于掃描角。
實施例三、使用透射分光棱鏡實現(xiàn)掃描差分探測，其差分探測分光方向與 掃描方向垂直
如圖3所示，雙面行掃描振鏡(2)的兩個反射面分別掃描激光器(6)的出 射光束和兩束差分接收回波光束，倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡(7)使二者掃描同步。在 倒 一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的像平面處即該倒 一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出瞳處放置平面反射鏡 (9),透射分光棱鏡(10)位于平面反射鏡(9)的反射光路中，其棱邊位于該掃 描光束的中心，因而能將該掃描光束均分為兩束探測光；這兩束掃描光束的回波光束經(jīng)雙面行掃描振鏡(2)同步掃描后其光束方向是固定的，所以可以用兩 個小視場接收分系統(tǒng)U， 3)分別接收，再對接收到的兩個信號進(jìn)行差分放大 就能高靈敏度地提取出所需的目標(biāo)反射信息。這樣每掃描一行，就能得到二行
成像信息，其行掃描視場等于掃描角。在該實施例中反射分光棱鏡(8)的分光方 向是垂直于掃描方向的。
實施例四、使用透射分光棱鏡和收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓實現(xiàn)掃描差分探測， 該透射分光棱鏡的差分探測分光方向與掃描方向垂直
收回波光束進(jìn)行掃描，而在激光器與收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓之間，利用透射分光 棱鏡將激光發(fā)射光束由一束光分為垂直于掃描方向的兩束能量基本相等的光， 這樣被收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓掃描的激光發(fā)射光束實際上是兩束光。這兩束掃描 光束的回波光束經(jīng)收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓掃描后其光束方向是固定的，所以可以 用兩個小視場接收分系統(tǒng)分別接收，再對接收到的兩個信號進(jìn)行差分放大就能 高靈敏度地提取出所需的目標(biāo)反射信息。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn) 一步詳細(xì)說明，所應(yīng)注意的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范 圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求記載的技術(shù)方案 及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種激光差分掃描探測方法，其特征在于包括收發(fā)同步掃描步驟，用于對激光發(fā)射光束和兩束激光回波光束進(jìn)行同步掃描；分光步驟，用于將激光發(fā)射光束由一束光分為能量基本相等的兩束光，即將激光發(fā)射光束分為大小相等的兩束；激光回波光束接收處理步驟，用于接收經(jīng)過所述收發(fā)同步掃描步驟處理的兩束目標(biāo)區(qū)域回波光束，并將該兩個光信號分別轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；差分放大處理步驟，用于對所述兩個電信號進(jìn)行差分放大處理，并從中提取有用的目標(biāo)信息；所述收發(fā)同步掃描步驟如果在所述分光步驟之前，則所述收發(fā)同步掃描步驟應(yīng)保證掃描之后的發(fā)射激光能夠在掃描光學(xué)元件之后預(yù)定的有限距離內(nèi)會聚；所述收發(fā)同步掃描步驟如果在所述分光步驟之后，則所述收發(fā)同步掃描步驟應(yīng)保證分光之后的兩束發(fā)射激光在掃描過程中能量不變。
2、 一種激光差分掃描探測系統(tǒng)，其特征在于包括 激光器，用作激光光源；收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)，用于對激光發(fā)射光束和接收的兩束激光回波光 束進(jìn)行同步掃描；分光光學(xué)分系統(tǒng)，用于將激光發(fā)射光束由一束光分為能量基本相等的兩束 光，即將激光發(fā)射光束分為大小相等的兩束發(fā)射光束；激光回波光束接收處理分系統(tǒng)，用于接收經(jīng)過所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系 統(tǒng)處理的兩束目標(biāo)區(qū)域回波光束，并將該兩個光信號分別轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；差分放大處理分系統(tǒng)，用于對所述兩個電信號進(jìn)行差分放大處理，并從中 提取有用的目標(biāo)信息；在激光發(fā)射光束的光路中，如果所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)設(shè)置在所述分光光學(xué)分系統(tǒng)之前，則所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)應(yīng)保證其出瞳位置在掃描過程中固定于預(yù)定的有限距離內(nèi)的一點；在激光發(fā)射光束的光路中，如果所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)設(shè)置在所述分光光學(xué)分系統(tǒng)之后，則所述收發(fā)同步 掃描光學(xué)分系統(tǒng)應(yīng)保證分光之后的兩束激光發(fā)射光束在掃描過程中能量不變。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光差分掃描探測系統(tǒng)，其特征在于 所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)包括雙面掃描鏡和倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡；其中所述雙面掃描鏡的兩個反射面分別用于對激光發(fā)射光束和接收的兩束 回波光束進(jìn)行掃描，所述倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡用于使所述雙面掃描鏡的兩個反射 面的掃描同步，該倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出瞳位置應(yīng)固定于預(yù)定的距離內(nèi)的某個 位置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光差分掃描探測系統(tǒng)，其特征在于 所述雙面掃描鏡為雙面行掃描振鏡。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激光差分掃描探測系統(tǒng)，其特征在于所述分光光學(xué)分系統(tǒng)為反射分光棱鏡，其位于所述倒 一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出 瞳處，其分光方向平行于激光發(fā)射光束的掃描方向。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激光差分掃描探測系統(tǒng)，其特征在于 所述分光光學(xué)分系統(tǒng)為反射分光棱鏡，位于所述倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出瞳處，其分光方向垂直于激光發(fā)射光束的掃描方向。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的激光差分掃描探測系統(tǒng)，其特征在于 所述分光光學(xué)分系統(tǒng)包括一個平面反射鏡和一個透射分光棱鏡，所述平面反射鏡位于所述倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡的出瞳處，所述透射分光棱鏡位于所述平面 反射鏡的反射光路中。
8、 據(jù)權(quán)利要求2所述的激光差分掃描探測系統(tǒng)，其特征在于 所述收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)為一個收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓； 所述分光光學(xué)分系統(tǒng)置于所述激光器和所述收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓之間的激光發(fā)射光束的光路上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光差分掃描探測系統(tǒng)，其特征在于 所述分光光學(xué)分系統(tǒng)為 一個透射分光棱鏡。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 4、 8或9所述的激光差分掃描探測系統(tǒng)，其特征 在于所述激光回波光束接收處理分系統(tǒng)為包括兩個小視場接收分系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光差分掃描探測方法及系統(tǒng)，該方法包括收發(fā)同步掃描步驟，對發(fā)射光束和回波光束進(jìn)行同步掃描，并保證掃描時兩束發(fā)射光能量不變或掃描后的發(fā)射光在預(yù)定距離內(nèi)會聚；分光步驟，將發(fā)射光由一束分為能量相等的兩束；回波光束接收處理步驟，接收掃描后的回波光束，將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；差分放大處理步驟，對該電信號進(jìn)行差分放大處理，并提取有用信息。該系統(tǒng)包括激光器、收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)、分光光學(xué)分系統(tǒng)、回波光束接收處理分系統(tǒng)和差分放大處理分系統(tǒng)，其中收發(fā)同步掃描光學(xué)分系統(tǒng)可由雙面行掃描振鏡和倒一倍轉(zhuǎn)向望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成，也可為收發(fā)掃描反射式轉(zhuǎn)鼓。本發(fā)明為激光探測技術(shù)在強后向介質(zhì)中的應(yīng)用開拓了新的途徑。
文檔編號G01S17/02GK101308211SQ200810115439
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者張小龍, 楊進(jìn)川, 眭曉林, 剛 陳, 陳念江 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十一研究所