本發(fā)明屬于量子成像領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離激光高靈敏單光子成像的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的星載/機(jī)載激光主動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)是一種線性探測(cè)系統(tǒng)，均存在以下問(wèn)題：

(1)由于傳統(tǒng)探測(cè)系統(tǒng)采用的是線性光電探測(cè)器，對(duì)回波信號(hào)的能量要求較高，導(dǎo)致星載/機(jī)載發(fā)射激光能量較大，因此系統(tǒng)能耗及體積均較大、系統(tǒng)集成度較低；

(2)采用單光束替換多光束掃描的方法雖然可降低激光發(fā)射功率，但單次只能測(cè)量單點(diǎn)高程信息，獲取某一地區(qū)大比例尺制圖所需的高密度覆蓋的高程信息，需要多次環(huán)繞飛行，長(zhǎng)期累積測(cè)量，重復(fù)頻率低，獲取高程信息時(shí)間很長(zhǎng)；

(3)現(xiàn)有探測(cè)系統(tǒng)的高程信息與表面紋理信息必須采用分立系統(tǒng)采集獲得，然后再進(jìn)行信息融合，無(wú)法做到在軌實(shí)時(shí)信息融合，必須傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行信息融合，既增加了天地信息傳輸壓力，同時(shí)也導(dǎo)致信息融合實(shí)時(shí)性很差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

【要解決的技術(shù)問(wèn)題】

本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離激光高靈敏單光子成像的系統(tǒng)，采用激光主動(dòng)照射目標(biāo)，然后根據(jù)回波信息進(jìn)行單光子級(jí)別的三維成像，以至少解決以上技術(shù)問(wèn)題之一。

【技術(shù)方案】

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離激光高靈敏單光子成像的系統(tǒng)，包括激光主動(dòng)照亮模塊、線性探頭、接收望遠(yuǎn)鏡、第一分束器、單光子探測(cè)陣列、CCD成像模塊以及時(shí)序控制模塊，所述單光子探測(cè)陣列與CCD成像模塊連接，所述時(shí)序控制模塊分別與CCD成像模塊、單光子探測(cè)陣列和線性探頭連接，所述第一分束器設(shè)置在接收望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射光路上，所述CCD成像模塊設(shè)置在第一分束器的第一輸出光路上，所述單光子探測(cè)陣列設(shè)置在第一分束器的第二輸出光路上。

作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述時(shí)序控制模塊包括時(shí)間分辨單元和數(shù)據(jù)處理單元，所述時(shí)間分辨單元的一個(gè)輸入端與單光子探測(cè)陣列連接，所述時(shí)間分辨單元的另一個(gè)輸入端與線性探頭連接，所述時(shí)間分辨單元的輸出端與數(shù)據(jù)處理單元連接，所述CCD成像模塊的輸出端與數(shù)據(jù)處理單元連接。

作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述激光主動(dòng)照亮模塊包括激光器、第二分束器和擴(kuò)束調(diào)焦裝置，所述第二分束器設(shè)置在激光器的發(fā)射光路上，所述線性探頭設(shè)置在第二分束器的第一輸出光路上，所述擴(kuò)束調(diào)焦裝置設(shè)置在第二分束器的第二輸出光路上。

作為另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述接收望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射光路上還設(shè)置有窄帶濾波片，所述第一分束器的第二輸出光路上還設(shè)置有可調(diào)衰減器。

【有益效果】

本發(fā)明提出的技術(shù)方案具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明采用了多元單光子探測(cè)陣列進(jìn)行高程信息測(cè)量，重復(fù)頻率高，獲取高程信息時(shí)間效率明顯提高；

(2)本發(fā)明運(yùn)用單光子計(jì)數(shù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)返回光子的檢測(cè)，在實(shí)現(xiàn)增大系統(tǒng)測(cè)量范圍的同時(shí)，降低對(duì)激光發(fā)射功率的要求，進(jìn)一步減小系統(tǒng)能耗及尺寸，同時(shí)具備高靈敏度，高重復(fù)頻率，高集成度，體積小，功耗低等優(yōu)良特性；

(3)本發(fā)明通過(guò)主動(dòng)激光照射目標(biāo)，單光子探測(cè)陣列感知目標(biāo)后，精確控制自適應(yīng)單光子級(jí)CCD進(jìn)行成像，單光子探測(cè)陣列測(cè)量高程信息，自適應(yīng)單光子級(jí)CCD獲取表面紋理圖像信息，可以實(shí)現(xiàn)在軌實(shí)時(shí)信息融合，無(wú)須傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行信息融合，降低了天地信息傳輸壓力，提高了信息融合實(shí)時(shí)效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例一提供的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離激光高靈敏單光子成像的系統(tǒng)的原理框圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行清楚、完整的描述。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離激光高靈敏單光子成像的系統(tǒng)的原理框圖，圖中，實(shí)線表示連接關(guān)系，虛線表示光路方向。如圖1所示，該系統(tǒng)包括激光主動(dòng)照亮模塊、線性探頭2、接收望遠(yuǎn)鏡3、分束器4、單光子探測(cè)陣列5、CCD成像模塊6、時(shí)序控制模塊、窄帶濾波片8和可調(diào)衰減器9，單光子探測(cè)陣列5與CCD成像模塊6連接，時(shí)序控制模塊分別與CCD成像模塊6、單光子探測(cè)陣列5和線性探頭2連接，分束器4設(shè)置在接收望遠(yuǎn)鏡3的發(fā)射光路上，CCD成像模塊6設(shè)置在分束器4的第一輸出光路上，單光子探測(cè)陣列5設(shè)置在分束器4的第二輸出光路上。窄帶濾波片8設(shè)置在接收望遠(yuǎn)鏡3的發(fā)射光路上，可調(diào)衰減器9設(shè)置在分束器4的第二輸出光路上。

本實(shí)施例中，激光主動(dòng)照亮模塊包括激光器11、分束器12和擴(kuò)束調(diào)焦裝置13，分束器12設(shè)置在激光器11的發(fā)射光路上，2線性探頭設(shè)置在分束器12的第一輸出光路上，擴(kuò)束調(diào)焦裝置13設(shè)置在分束器12的第二輸出光路上。

本實(shí)施例中，時(shí)序控制模塊具體包括時(shí)間分辨單元71和數(shù)據(jù)處理單元72。時(shí)間分辨單元71的一個(gè)輸入端與單光子探測(cè)陣列5連接，用于接收單光子探測(cè)陣列5發(fā)送的計(jì)數(shù)信號(hào)。時(shí)間分辨單元71的另一個(gè)輸入端與線性探頭2連接，用于接收線性探頭2發(fā)送的參考信號(hào)。時(shí)間分辨單元71的輸出端與數(shù)據(jù)處理單元72連接。CCD成像模塊6的輸出端與數(shù)據(jù)處理單元72連接，用于將圖像信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元72。

下面說(shuō)明本實(shí)施例的工作原理。

激光器11發(fā)出的脈沖激光(如：光波長(zhǎng)為532nm的激光)經(jīng)過(guò)擴(kuò)束調(diào)焦裝置13調(diào)焦擴(kuò)束，精確指向目標(biāo)，使得激光主動(dòng)照亮的視場(chǎng)和方向精確可控。然后通過(guò)接收望遠(yuǎn)鏡3收集回波光信號(hào)，在焦平面之前，經(jīng)過(guò)窄帶濾光片8抑制背景光，然后通過(guò)分束器4，將大部分信號(hào)光送入高靈敏的CCD成像模塊6，并將小部分信號(hào)光送入單光子探測(cè)陣列5。單光子探測(cè)陣列5完成單光子水平多像素測(cè)距和4×4像素的三維成像，通過(guò)符合計(jì)數(shù)結(jié)果，產(chǎn)生門(mén)控時(shí)序信號(hào)控制高靈敏CCD成像模塊6，使得CCD成像模塊6僅在百納秒的極短時(shí)間內(nèi)采集信號(hào)光，從而達(dá)到單光子水平的信噪比，最終實(shí)現(xiàn)單光子水平的高分辨成像。數(shù)據(jù)處理單元72融合單光子探測(cè)陣列5的多像素距離數(shù)據(jù)和高靈敏CCD成像模塊6的高分辨圖像，可以生成高分辨的三維圖像，為目標(biāo)搜索甄別以及精確測(cè)繪提供重要數(shù)據(jù)。

從以上實(shí)施例及其工作原理可以看出，本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了高靈敏度單光子級(jí)成像，具有重復(fù)頻率高，集成度高，體積小，功耗低等優(yōu)良特性，同時(shí)本發(fā)明實(shí)施例將CCD表面紋理成像和高程信息進(jìn)行在軌實(shí)時(shí)信息融合，提高了信息融合實(shí)時(shí)效率。

需要說(shuō)明，上述描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，也不是對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。