可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器及模拟方法与流程

1.本发明属于光学模拟技术领域，尤其涉及一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器及模拟方法。


背景技术：

2.在地外天体探测任务中，为实现安全着陆，需要着陆器在一定高度处悬停，并通过激光避障敏感器对火面地形进行三维重构，通过避障算法找出适宜着陆的安全区域。可见，激光避障敏感器是实现地外天体安全着陆的关键单机之一。为保证激光避障敏感器在着陆过程中的功能、性能满足实际使用要求，需要在地面对激光避障敏感器进行充分的试验验证。
3.在单机级的研制和测试过程中，可采用直升机挂飞对地面成像的方式对激光避障敏感器的激光成像功能和性能进行验证，但是试验过程中需耗费大量的财力、物力和人力，成本极高。在分系统测试环境下，可通过对室外景象成像的方式验证激光避障敏感器的激光成像功能，但是对于成像的精度无法进行考核。而在整器测试环境下，受条件限制，无法直接对激光避障敏感器进行成像测试。其中，在分系统测试环境和整器测试环境下对激光避障敏感器的功能、性能进行考核是十分有必要的，属于系统级功能验证的重要部分。


技术实现要素：

4.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器及模拟方法，可实现对激光避障敏感器性能的地面验证，满足分系统测试环境、整器测试环境等不同测试环境的测试需求。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器，包括：
6.光学接收系统，用于接收激光避障敏感器发射的激光信号，将接收到的激光信号耦合输出至多路光纤中；
7.能量衰减系统，用于对由光学接收系统输出至各路光纤中的激光信号分别进行独立的光功率可调衰减，以及对静态距离模拟延时系统输出的合束激光信号进行光功率可调衰减；
8.静态距离模拟延时系统，用于对能量衰减系统输出的光功率可调衰减后的多路激光信号分别进行延时处理，以实现距离远近的模拟；并将延时处理后的多路激光信号进行合束处理，将合束激光信号输出至能量衰减系统；
9.光学发射系统，用于对能量衰减系统输出的经过光功率可调衰减后的合束激光信号扩束准直后输出至激光避障敏感器。
10.在上述可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器中，光学接收系统设计有多个接收通道，各接收通道按照设定排列规则进行布设，通过多个接收通道将接收到的激光信号耦合输出至多路光纤中，实现对不同激光扫描发射位置的模拟。
11.在上述可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器中，能量衰减系统，包括：
12.第一可调衰减模块，用于对由光学接收系统输出至各路光纤中的激光信号分别进行独立的光功率可调衰减，以将激光避障敏感器发射的激光信号的峰值功率调整至无源激光成像模拟器可接受功率范围；
13.第二可调衰减模块，用于对静态距离模拟延时系统输出的合束激光信号进行光功率可调衰减，实现激光信号强弱的调节，进而实现距离远近的模拟。
14.在上述可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器中，第一可调衰减模块和第二可调衰减模块的光学结构相同，包括：
15.准直透镜，用于对入射激光信号进行准直处理后输出至光学窗口片；其中，入射激光信号为：由光学接收系统输出至各路光纤中的激光信号或合束激光信号；
16.光学窗口片，用于对准直处理后的入射激光信号进行角度调整后输出至耦合聚焦透镜；
17.耦合聚焦透镜，用于对准直处理、角度调整后的入射激光信号进行聚焦耦合后输出。
18.在上述可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器中，光学窗口片为高消光比的偏振棱镜；光学窗口片与入射激光信号之间的角度可调，可通过改变光学窗口片与入射激光信号之间的角度达到所需的衰减值。
19.在上述可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器中，静态距离模拟延时系统，包括：
20.光纤延时模块，用于将能量衰减系统输出的光功率可调衰减后的多路激光信号分别输出至多段不同长度的延时光纤中，实现对光功率可调衰减后的多路激光信号的延时处理，实现距离远近的模拟；
21.激光合束模块，用于将延时处理后的多路激光信号进行合束处理，将合束激光信号输出至能量衰减系统。
22.在上述可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器中，还包括：机械固定装置和机械调整装置；其中，光学接收系统、能量衰减系统、静态距离模拟延时系统和光学发射系统通过机械固定装置安装在机械调整装置上。
23.在上述可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器中，机械固定装置，用于固定光学接收系统、能量衰减系统、静态距离模拟延时系统和光学发射系统，并实现光学接收系统、能量衰减系统、静态距离模拟延时系统和光学发射系统与机械调整装置的连接。
24.在上述可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器中，机械调整装置，用于调整无源激光成像模拟器与激光避障敏感器的空间位置，实现激光避障敏感器向上和向下至少两个方向的成像模拟需求。
25.相应的，本发明还公开了一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟方法，包括：
26.通过光学接收系统接收激光避障敏感器发射的激光信号，并将接收到的激光信号耦合输出至多路光纤中；
27.通过能量衰减系统，对由光学接收系统输出至各路光纤中的激光信号分别进行独立的光功率可调衰减；
28.通过静态距离模拟延时系统，对能量衰减系统输出的光功率可调衰减后的多路激光信号分别进行延时处理，以实现距离远近的模拟；并将延时处理后的多路激光信号进行合束处理，将合束激光信号输出至能量衰减系统；
29.通过能量衰减系统，对静态距离模拟延时系统输出的合束激光信号进行光功率可调衰减；
30.通过光学发射系统，对能量衰减系统输出的经过光功率可调衰减后的合束激光信号扩束准直后输出至激光避障敏感器。
31.本发明具有以下优点：
32.(1)本发明公开了一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟方案，该方案可以在封闭狭小空间内完成激光避障敏感器成像功能测试，避免了采用直升机挂飞等外场测试带来的财力、物力和人力等消耗；另一方面，整器测试环境下，由于场地限制和潜在的安全隐患，无法直接对激光避障敏感器直接进行成像测试，本方案突破了场地限制避免了激光照射对人体伤害，使整器环境下对激光避障敏感器进行成像功能测试成为可能。
33.(2)本发明公开了一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟方案，采用无源激光成像原理，整机轻便、小型化，便于应用。
34.(3)本发明公开了一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟方案，可实现对激光避障敏感器大范围的激光点性能检测，突破了原有技术光学通道少的问题。
附图说明
35.图1是本发明实施例中一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器的结构示意图；
36.图2是本发明实施例中一种可调衰减模块的光学结构示意图；
37.图3是本发明实施例中一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟方法的步骤流程图。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
39.如图1，在本发明实施例中，该可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器，包括：
40.光学接收系统101，用于接收激光避障敏感器发射的激光信号，将接收到的激光信号耦合输出至多路光纤中。
41.在本实施例中，光学接收系统101设计有多个接收通道，各接收通道按照设定排列规则进行布设，通过多个接收通道将接收到的激光信号耦合输出至多路光纤中，实现对不同激光扫描发射位置的模拟。
42.可见，光学接收系统101基于设计的多个接收通道，可实现多个激光点信号的同时接收；进一步的，可以采用旋转接收方式接收激光避障敏感器发射的激光信号，大大扩展了可测量的激光点数量，使性能验证更为充分和全面。
43.能量衰减系统102，用于对由光学接收系统输出至各路光纤中的激光信号分别进行独立的光功率可调衰减，以及对静态距离模拟延时系统输出的合束激光信号进行光功率
可调衰减。
44.由于激光避障敏感器发射的激光信号的峰值功率远大于无源激光成像模拟器可接受功率的最大值，故需要对激光避障敏感器发射的激光信号进行光功率衰减；此外，激光避障敏感器发射的激光信号的功率动态范围也非常大，只采用固定衰减倍数的光衰减器无法满足将光强控制在需求范围以内。基于上述原因，本发明采用能量衰减系统102实现对信号的衰减。其中，能量衰减系统102具体可以包括：第一可调衰减模块和第二可调衰减模块；第一可调衰减模块和第二可调衰减模块联合使用，以模拟激光信号的强弱。
45.优选的，第一可调衰减模块，用于对由光学接收系统输出至各路光纤中的激光信号分别进行独立的光功率可调衰减，以将激光避障敏感器发射的激光信号的峰值功率调整至无源激光成像模拟器可接受功率范围。
46.优选的，第二可调衰减模块，用于对静态距离模拟延时系统输出的合束激光信号进行光功率可调衰减，实现激光信号强弱的调节；由于激光避障敏感器接收的光学功率与距离强相关，故而，第二可调衰减模块实现了激光信号强弱的调节，也就实现了距离远近的模拟。
47.优选的，如图2，第一可调衰减模块和第二可调衰减模块的光学结构相同，包括：准直透镜1，用于对入射激光信号进行准直处理后输出至光学窗口片；光学窗口片2，用于对准直处理后的入射激光信号进行角度调整后输出至耦合聚焦透镜；耦合聚焦透镜3，用于对准直处理、角度调整后的入射激光信号进行聚焦耦合后输出。其中，入射激光信号为：由光学接收系统输出至各路光纤中的激光信号或合束激光信号；光学窗口片为高消光比的偏振棱镜。
48.进一步的，光学窗口片与入射激光信号之间的角度可调，可通过改变光学窗口片与入射激光信号之间的角度达到所需的衰减值。换而言之，调节光学窗口片的和入射激光信号的角度，可以使入射激光信号偏离光轴方向，通过耦合聚焦透镜聚焦到输出光纤上光的发散角会发生变化，这样一来，耦合效率就发生改变，通过改变窗片的角度达到所需的衰减值。
49.静态距离模拟延时系统103，用于对能量衰减系统输出的光功率可调衰减后的多路激光信号分别进行延时处理，以实现距离远近的模拟；并将延时处理后的多路激光信号进行合束处理，将合束激光信号输出至能量衰减系统。
50.在本实施例中，静态距离模拟延时系统103具体可以包括：光纤延时模块和激光合束模块。其中，光纤延时模块，用于将能量衰减系统输出的光功率可调衰减后的多路激光信号分别输出至多段不同长度的延时光纤中，实现对光功率可调衰减后的多路激光信号的延时处理，实现距离远近的模拟。激光合束模块，用于将延时处理后的多路激光信号进行合束处理，将合束激光信号输出至能量衰减系统。
51.光学发射系统104，用于对能量衰减系统输出的经过光功率可调衰减后的合束激光信号扩束准直后输出至激光避障敏感器。
52.在本发明的一优选实施例中，该可检测全范围激光点的无源激光成像模拟器还可以包括：机械固定装置105和机械调整装置106。其中，光学接收系统101、能量衰减系统102、静态距离模拟延时系统103和光学发射系统104通过机械固定装置105安装在机械调整装置106上。
53.机械固定装置105，用于固定光学接收系统、能量衰减系统、静态距离模拟延时系统和光学发射系统，并实现光学接收系统、能量衰减系统、静态距离模拟延时系统和光学发射系统与机械调整装置的连接。
54.机械调整装置106，用于调整无源激光成像模拟器与激光避障敏感器的空间位置，实现激光避障敏感器向上和向下至少两个方向的成像模拟需求。其中，机械调整装置106可采用三轴设计，进而实现无源激光成像模拟器的三轴平移调整，适应不同的摆放状态，提高了应用的灵活性。
55.在上述实施例的基础上，如图3，本发明还公开了一种可检测全范围激光点的无源激光成像模拟方法，包括：
56.步骤101，通过光学接收系统接收激光避障敏感器发射的激光信号，并将接收到的激光信号耦合输出至多路光纤中。
57.步骤102，通过能量衰减系统，对由光学接收系统输出至各路光纤中的激光信号分别进行独立的光功率可调衰减。
58.步骤103，通过静态距离模拟延时系统，对能量衰减系统输出的光功率可调衰减后的多路激光信号分别进行延时处理，以实现距离远近的模拟；并将延时处理后的多路激光信号进行合束处理，将合束激光信号输出至能量衰减系统。
59.步骤104，通过能量衰减系统，对静态距离模拟延时系统输出的合束激光信号进行光功率可调衰减。
60.步骤105，通过光学发射系统，对能量衰减系统输出的经过光功率可调衰减后的合束激光信号扩束准直后输出至激光避障敏感器。
61.对于方法实施例而言，由于其与系统实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例部分的说明即可。
62.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
63.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。