一种双模式激光成像探测系统的制作方法

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种双模式激光成像探测系统。

背景技术：

1、光电设备因提供的高分辨率图像符合人眼观察习惯，而在目标识别、确认等方面发挥着重要的作用，是实现警戒搜索、侦察取证、辅助导航等目的的重要途径。近年来，随着电子技术和基础材料发展，光电设备在探测波段上已覆盖微光、可见光、近红外/中波红外/长波红外，全天时及环境适应能力显著增强，但受光波传输过程中吸收、散射等物理机理影响，目前主流的被动探测方式在低能见度及杂光干扰条件下，探测能力仍然有限，还不能完全满足应用需求。

2、单光子激光成像技术采用高准直窄脉冲激光进行照明，相比于被动探测手段具有天然对抗环境干扰的优势，能够有效弥补被动探测方式的短板。同时，接收端选用灵敏度达到单光子量级的探测器，能够实现百公里量级的探测距离，极大扩展了光电设备的能力边界，被认为是下一代光电设备发展的重要方向。但是单光子激光成像系统为了保证较好的抗干扰能力和较远的探测距离，视场角偏小，并且常采用门控模式以降低环境噪声提升系统信噪比，需要其它系统提供辅助的距离信息，用于广域侦察搜索时能力受限，极大限制了激光成像系统的应用场景。

技术实现思路

1、针对上述问题，现提供一种双模式激光成像探测系统，旨在解决现有技术中存在的问题。

2、具体技术方案如下：

3、一种双模式激光成像探测系统，包括激光器、光学发射镜组、二维摆镜、光学接收镜组、转折镜、自由模式探测器和门控模式探测器组成；

4、所述激光器用于产生脉冲激光信号；

5、所述光学发射镜组用于对出射的光进行扩束和整形；

6、所述二维摆镜用于控制出射光束的方向实现目标区域的扫描；

7、所述光学接收镜组用于接收目标表面反射光；

8、所述转折镜用于成像光路切换；

9、所述自由模式探测器为单光子单元探测器，用于对传输链路回波信号的全波形采样，以锁定疑似目标；

10、所述门控模式探测器为单光子阵列探测器，用于对疑似目标进行高精度成像。

11、上述的双模式激光成像探测系统，还具有这样的特征，所述系统采用双模式探测器切换的方式实现自主广域搜索、精确目标识别功能，所述激光器发射光束由所述二维摆镜扫描形成阵列光束照射到目标场景中，所述自由模式探测器对传输链路中的回波信号进行全波形采样，甄别、锁定疑似目标信号之后，形成先验距离和方位信息切换至所述门控模式探测器对目标进行清晰成像。

12、上述的双模式激光成像探测系统，还具有这样的特征，所述自由模式探测器一直处于过偏压状态，可随时响应随机达到的光子并输出脉冲信号；所述门控模式探测器正常处于淬灭状态，待门脉冲电压信号加载到器件两端才处于过偏压状态，只能响应一定门宽内的光子，适用于已知到达时间的光子探测，即探测距离已确定的目标。

13、上述的双模式激光成像探测系统，还具有这样的特征，系统在进行自主广域搜索时，通过所述二维摆镜形成m°×n°视场，可配合转台进行周向搜索；所述转折镜切换成像光路至所述自由模式探测器，采用基于时域一维距离像的角度差分聚类算法快速提取目标特征，输出疑似目标距离、方位信息。

14、上述的双模式激光成像探测系统，还具有这样的特征，系统标记疑似目标信息之后，所述转折镜切换成像光路至所述门控模式探测器，依据目标先验方位信息设置转台俯仰角，依据目标先验距离信息设置探测器延时和门宽，确保探测器能采集到目标图像信息。

15、上述的双模式激光成像探测系统，还具有这样的特征，基于时域一维距离像的角度差分聚类算法分三步进行目标特征提取；

16、第一步、建立时序基准，采用高精度时间数字转换模块，将所述自由模式探测器的光子探测时刻与激光发射时刻精准同步，结合时差回波测距原理得到“距离-回波强度幅值”的一维距离像分布映射关系，通过背景与目标的反射率差异进行粗分类，回波强度差异小且点云密度高的为背景；

17、第二步建立空间基准，将各模块坐标统一到东北天坐标系，结合相对距离信息得到“距离-角度”分布的映射关系，背景中有目标时角度会发生明显突变；

18、第三步建立基于时域一维距离像的角度差分聚类模型，对一维距离像序列进行多帧融合，通过相邻探测点的信号幅度差异和角度差异从背景中获取目标信息。

19、上述的双模式激光成像探测系统，还具有这样的特征，所述门控模式探测器采用距离选通及门控工作模式，可降低后向散射光干扰。

20、综上所述，该方案的有益效果是：

21、本发明提供的双模式激光成像探测系统中，通过双模式探测器切换的方式实现先通过广域搜索获取疑似目标方位距离信息，根据疑似目标信息后进行精确目标识别成像的功能。本发明提供的双模式激光成像探测系统具有提升单光子激光成像系统适装性、实用性的效果。

1.一种双模式激光成像探测系统，其特征在于：包括激光器（10）、光学发射镜组（12）、二维摆镜（13）、光学接收镜组（14）、转折镜（15）、自由模式探测器（16）和门控模式探测器（17）组成；

2.根据权利要求1所述的一种双模式激光成像探测系统，其特征在于：所述系统采用双模式探测器切换的方式实现自主广域搜索、精确目标识别功能，所述激光器（10）发射光束由所述二维摆镜（13）扫描形成阵列光束照射到目标场景中，所述自由模式探测器（16）对传输链路中的回波信号进行全波形采样，甄别、锁定疑似目标（18）信号之后，形成先验距离和方位信息切换至所述门控模式探测器（17）对目标进行清晰成像。

3.根据权利要求2所述的一种双模式激光成像探测系统，其特征在于：所述自由模式探测器（16）一直处于过偏压状态，可随时响应随机达到的光子并输出脉冲信号；所述门控模式探测器（17）正常处于淬灭状态，待门脉冲电压信号加载到器件两端才处于过偏压状态，只能响应一定门宽内的光子，适用于已知到达时间的光子探测，即探测距离已确定的目标。

4.根据权利要求1所述的一种双模式激光成像探测系统，其特征在于：系统在进行自主广域搜索时，通过所述二维摆镜（13）形成m°×n°视场，可配合转台进行周向搜索；所述转折镜（15）切换成像光路至所述自由模式探测器（16），采用基于时域一维距离像的角度差分聚类算法快速提取目标特征，输出疑似目标（18）距离、方位信息。

5.根据权利要求4所述的一种双模式激光成像探测系统，其特征在于：系统标记疑似目标（18）信息之后，所述转折镜（15）切换成像光路至所述门控模式探测器（17），依据目标先验方位信息设置转台俯仰角，依据目标先验距离信息设置探测器延时和门宽，确保探测器能采集到目标图像信息。

6.根据权利要求5所述的一种双模式激光成像探测系统，其特征在于：基于时域一维距离像的角度差分聚类算法分三步进行目标特征提取；

7.根据权利要求5所述的一种双模式激光成像探测系统，其特征在于：所述门控模式探测器（17）采用距离选通及门控工作模式，可降低后向散射光干扰。