>【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含四個部 分，分別為激光器（1)，發(fā)射、接收系統(tǒng)（2)，控制系統(tǒng)（3)，光譜分析系統(tǒng)（4)。在控制系統(tǒng)的 指揮（3)下，激光器（1)發(fā)射脈沖激光，經(jīng)過發(fā)射系統(tǒng)擴束后準直或者聚焦到指定距離（由 于高斯光束的特性，在幾十公里以上的距離上，聚焦和準直沒有本質(zhì)區(qū)別），產(chǎn)生的拉曼回 波信號可以由接受系統(tǒng)收集并送給光譜分析系統(tǒng)（4)進行拉曼光譜識別。識別的結(jié)果交回 控制系統(tǒng)（3)進行目標識別，控制系統(tǒng)根據(jù)識別結(jié)果繼續(xù)指揮激光器（1)按照一定的延遲 時間發(fā)射新脈沖，同時通過掃描器控制發(fā)射、接受系統(tǒng)的空間指向，如此重復(fù)，直到跟蹤捕 捉到目標軌跡。
[0018] 圖2展示了實現(xiàn)本發(fā)明的一種單路激光雷達系統(tǒng)光路圖。這種實現(xiàn)方式適合機 載、艦載或者其他小范圍應(yīng)用的場合。NchYAG激光器發(fā)射的1064nm的激光（1)，經(jīng)過二向 色鏡（2)后幾乎全部透射，進入發(fā)射系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng)由共焦的平凹透鏡（3)、卡塞格林望遠 鏡（4)及必要的平面反射鏡組成，激光經(jīng)過凹透鏡（3)發(fā)散后進入卡塞格林望（4)遠鏡并 被準直發(fā)射。其中必要的平面反射鏡、鏡組可用于將激光提升到一定高度、通過類潛望鏡光 路結(jié)構(gòu)結(jié)合機械裝置進行方向掃描等，根據(jù)具體的使用場合決定，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟 知的簡單光路，在圖中并未詳細畫出?？ㄈ窳滞h鏡的口徑最好在50cm以上。如前所 述，飛行目標探測激光雷達和大氣參數(shù)剖面探測激光雷達的一個本質(zhì)區(qū)別是：前者的目的 是預(yù)警，激光發(fā)射方向往往是水平方向，后者目的是為了本地氣象探測，一般是垂直方向發(fā) 射。因此本實施例所涉及的激光發(fā)射系統(tǒng)默認指向水平方向，俯仰角可在-10°~30°之 間可調(diào)，方位角360°可調(diào)，由掃描器（5)控制。從目標方向返回的拉曼散射信號經(jīng)過同一 個發(fā)射系統(tǒng)，此時光路反轉(zhuǎn)，成為接受系統(tǒng)。水、二氧化碳及其他尾流物質(zhì)的拉曼信號相比 于入射激光有一個頻率移動，因此可以被二向色鏡（2)幾乎全部反射，反射后的回波信號 再經(jīng)過一個帶通濾波器（6)進一步濾除入射信號和其他背景光信號，被拉曼光譜儀（7)分 光、進行光譜識別。如果發(fā)現(xiàn)強烈的水、二氧化碳或者其他特征物質(zhì)的拉曼譜，即可提交控 制系統(tǒng)（8)作為可疑目標，通過掃描器（5)進行進一步跟蹤掃描。通過連續(xù)掃描可確定可 疑目標的軌跡，根據(jù)軌跡可區(qū)分可疑目標是飛行器還是其他目標如靜態(tài)源等。
[0019] 圖3是本發(fā)明的陣列式實現(xiàn)方式。這種方式適合陸基裝配，如安裝在山頂，常規(guī)微 波雷達臨近位置等。大功率激光器陣列（1)發(fā)射的激光經(jīng)過光纖束（2)耦合傳輸后進入發(fā) 射面（3)。所述的大功率激光器最佳選擇是工業(yè)級以上的光纖激光器，方便和光纖直接耦 合。發(fā)射面由一定數(shù)量的小型望遠鏡組成陣列，長寬方向典型數(shù)量如10X10,20X10,20X20， 每一個小型望遠鏡有效口徑在l〇cm-30cm，由于尺寸較小，而且發(fā)射的激光是單色光，無需 考慮色差問題，可以直接選用凹透鏡-凸透鏡型的簡單望遠鏡。回波信號由一個獨立的大 口徑望遠鏡接受，一般為口徑大于50cm的反射式望遠鏡，如卡塞格林望遠鏡（4)?；夭ㄐ?號經(jīng)過濾波器（6)濾除栗浦信號和背景信號后送入分光裝置如拉曼光譜儀（7)進行光譜識 另IJ。之后的工作流程和圖2中單路激光系統(tǒng)相同。陣列發(fā)射面（3)和獨立的信號收集望遠 鏡⑷的空間指向由控制系統(tǒng)⑶通過掃描器（5)控制。
【主權(quán)項】
1. 用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達探測方法，其特征在于：通過掃描大氣以探測 可能存在的飛行器的尾流，測定可能存在尾流的空間區(qū)域的拉曼光譜和正常大氣拉曼譜的 不同，以大氣拉曼譜中氧氣、氮氣的信號為基準，如果二氧化碳1285cm 1ISSScm 1拉曼頻移 信號和水蒸氣3652cm 1拉曼頻移信號強度為正常值的5倍以上，即可將之列為可疑目標，再 結(jié)合掃描器所獲得的目標移動速度來識別目標是否為飛行器，并進一步確定速度和軌跡。2. 用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達，其特征在于包括以下組成部分：激光器，激 光發(fā)射裝置，信號收集裝置，光譜分析、成像裝置，掃描器，控制系統(tǒng)；激光器發(fā)出的激光經(jīng) 過發(fā)射裝置發(fā)射，拉曼回波信號經(jīng)過信號收集裝置收集、濾波后送光譜分析、成像裝置檢測 識別，掃描器控制激光發(fā)射裝置和信號收集裝置的方位角和俯仰角，整個系統(tǒng)由控制器控 制并顯示最終結(jié)果。3. 如權(quán)利要求2所述的用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達，其中發(fā)射裝置包括光束 變換系統(tǒng)和發(fā)射望遠鏡；光束變換系統(tǒng)用于獲得各種發(fā)散角和直徑的光束，由透鏡或者透 鏡組組成。4. 如權(quán)利要求2所述的用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達，其發(fā)射裝置主要沿水平 方向發(fā)射激光，以水平方向為0°，俯仰角-10° -30°可調(diào)，方位角360°可調(diào)。5. 如權(quán)利要求2所述的用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達，其信號收集裝置為卡塞 格林望遠鏡，俯仰角、方位角與發(fā)射裝置同步。6. 如權(quán)利要求2所述的用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達，其光譜分析、成像系統(tǒng) 的分光元件為拉曼光譜儀，探測器為具備時間分辨能力的ICCD。7. 如權(quán)利要求2所述的用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達，其激光器為單一激光 器，發(fā)射裝置和信號接收裝置為同一裝置，發(fā)射激光和回波拉曼信號通過二向色鏡分束。8. 如權(quán)利要求2所述的用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達，其激光器為陣列激光 器，通過光纖將激光耦合到陣列發(fā)射裝置，陣列發(fā)射裝置由一定數(shù)量的口徑小于30cm的小 型望遠鏡組成陣列，信號收集裝置為一個獨立的口徑大于50cm的反射式望遠鏡。9. 如權(quán)利要求8所述的用于飛行器探測的拉曼散射激光雷達，用于信號收集的反射式 望遠鏡為卡塞格林望遠鏡。
【專利摘要】該發(fā)明提出一種空中目標探測激光雷達的實現(xiàn)方法和實現(xiàn)裝置，涉及空中飛行器探測領(lǐng)域。該激光雷達利用飛行器產(chǎn)生的高溫高壓尾流的特征拉曼散射來識別目標的存在，通過距離選通和掃描器角度掃描實現(xiàn)對目標的跟蹤、定位?？捎糜趯﹄[身、非隱身等各種噴氣式飛行器進行探測。
【IPC分類】G01S7/481, G01N21/65, G01S17/58
【公開號】CN105044729
【申請?zhí)枴緾N201510366353
【發(fā)明人】石錦衛(wèi), 劉大禾, 王艷容
【申請人】北京師范大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月30日