一种全天时侦察告警装置的制作方法

1.本发明属于光电探测领域，具体涉及一种全天时侦察告警装置。


背景技术：

2.在空间逆光区由于受到太阳等强光干扰，造成大面积像元饱和，视场内目标被淹没在强光背景中，失去成像能力，严重限制了光电探测系统的探测能力与效率，因此空间应用的逆光探测是急需解决的重中之中的难题。
3.传统的解决方法主要采用“回避”与“剔除”，上述在一定程度上能规避逆光成像的难题，但会造成探测视场的盲区，没有从根本上解决空间逆光探测难题。目前，国内外现有手段无法从根本上解决逆光成像的难题。
4.在《一种全天候激光成像系统研制》一文中，提出一种基于距离选通同步控制技术方案，其利用脉冲激光器和iccd/icmos选通相机同步，以时间的先后分开不同距离上的散射光和反射光，使由被观测目标反射的脉冲光刚好在iccd/icmos选通相机选通工作范围内并成像。然而，该系统虽然提到了全天候成像，但却规避了逆光、强光背景下的探测能力。同时，现有距离选通成像技术方案中，iccd/icmos采用普通的ccd/cmos探测器，其帧频一般为几十赫兹，在延时时间一定的情况下，只能探测到特定距离处的目标，需要通过改变延时时间，获得不同距离目标、高速运动目标信息。系统反应时间慢，易造成目标信息丢失。
5.因此，亟需发展一种新型的全天时侦察告警装置，在满足全天时侦察探测的基础上，兼顾不同距离目标、高速运动目标的探测识别，实现空间目标的多场景、全天时探测。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种全天时侦察告警装置，能够满足逆光区、阴影区等多场景使用需求，并实现不同距离处目标的成像探测，为我方空间平台提供必要的技术保障。
7.实现本发明的技术解决方案为：一种全天时侦察告警装置，当目标处于逆光区、阴影区时，通过激光照明组件发射532nm窄脉冲高峰值脉冲激光，将目标的关键信息部位点亮，提高目标在激光波段的亮度；其中，激光照明组件内集成扫描振镜，实现30
°×
30
°
大视场范围内扫描照射；当目标出现在iccd/icmos选通成像组件探测视场范围内时，采用超短时门控曝光技术、滤波技术降低强光背景干扰，通过与激光照明组件通过匹配设计，高效利用每个脉冲激光能量；iccd/icmos选通成像组件用于光学信号汇聚与接收，实现不同距离目标、高速运动目标成像；综合处理单元通过自适应曝光算法，完成超快自适应调节时长的控制；采用基于超快曝光的读出架构，实现激光发射、纳秒级快门与图像传感器触发控制；iccd/icmos选通成像组件接收目标信号后，通过高增益放大，实现目标信噪比的提升；为了防止目标丢失，激光照明组件与iccd/icmos选通成像组件同视场。
8.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
9.1)满足逆光区、阴影区等多场景应用，实现全天候观测目标的目的。
10.2)采用高速ccd/cmos图像传感器，实现不同距离处目标的成像探测。
11.3)采用“超快自适应成像 衰光”，极大削弱或减小太阳光影响。
附图说明
12.图1为本发明一种全天时侦察告警装置的组成示意图。
13.图2为本发明的一种全天时侦察告警装置的构成示意图。
14.图3为本发明的一种全天时侦察告警装置工作使用流程图。
15.图4为本发明的一种全天时侦察告警装置在强光背景不同距离下目标检测示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。
18.结合图1、图2和图3，一种全天时侦察告警装置，包括激光照明组件1、iccd/icmos选通组件2、综合处理单元3。激光照明组件1的工作波段为532nm，iccd/icmos选通组件2置于激光照明组件1的顶面。综合处理单元3位于iccd/icmos选通组件2的一侧，且分别与激光照明组件1、iccd/icmos选通组件2连接。当目标处于逆光区、阴影区时，通过激光照明组件1发射窄脉冲高峰值脉冲激光，将目标的关键信息部位点亮，提高目标在激光波段的亮度。其中，激光照明组件1内集成扫描振镜，实现30
°×
30
°
大视场范围内扫描照射；当目标出现在iccd/icmos选通组件2探测视场范围内时，采用超短时门控曝光技术、滤波技术降低强光背景干扰，通过与激光照明组件1匹配设计，高效利用每个脉冲激光能量，高速ccd/iccd图像传感器208用于光学信号汇聚与接收，实现不同距离目标、高速运动目标成像；综合处理机单元3通过自适应曝光算法，完成超快自适应调节时长的控制；采用基于超快曝光的读出架构，实现激光发射、纳秒级快门与图像传感器触发控制；选通相机接收目标信号后，通过高增益放大，实现目标信噪比的提升。为了防止目标丢失，激光照明组件1与iccd/icmos选通组件2同视场。
19.如图2所示，本发明中全天时侦察告警装置的激光照明组件1包括激光器101、光学发射系统102、扫描振镜103和电机104。激光器101的工作波段为532nm，产生高光束质量、高峰值功率的激光脉冲序列，通过光学发射系统102扩束准直后传输至扫描振镜103上，扫描振镜103在电机104带动下进行二维高频运动，实现激光发射光轴的快速指向控制，完成对目标的大视场范围搜索。
20.如图3所示，本发明中全天时侦察告警装置的iccd/icmos选通组件2包括可调式衰光片201、光学成像系统202、532nm
±
2nm窄带滤光片203、光电阴极204、微通道板205、荧光屏206、光锥207、高速ccd/cmos图像传感器208、门控电源209。沿光线入射方向依次经过可调式衰光片201、光学成像系统202、光电阴极204、微通道板205、荧光屏206、高速ccd/cmos图像传感器208。所述窄带滤光片203置于光学成像系统202中，两者共光轴；门控电源209与
光电阴极204电连接；荧光屏206通过光锥耦合至高速ccd/cmos图像传感器208。可调式衰光片201用于控制入射到光学成像系统202的衰光比例，当目标处在强光背景下时，通过调节衰光片，大大降低入射到光学系统上的背景杂光，当目标处于阴影区时，将衰光片的光通量调至最大，提高入射目标反射回波的能量；光学成像系统202完成入射光学信号汇聚与接收；窄带滤光片203用于接收激光照明组件532nm波段的光，并对非532nm
±
2nm波段的光深度截止；门控电源209主要负责产生门宽可调高速电压脉冲，实现对光电阴极204的打开与关闭，其重复频率最高可达百khz，为激光照明组件1、高速ccd/cmos图像传感器208帧频的整数倍，可实现纳秒级快速选通功能，并将输入在它上面的光辐射转换为光电子；光电子在微通道板205倍增，荧光屏206完成电光转换；荧光屏206通过光锥207耦合到高速ccd/cmos图像传感器208上，其帧频高达几十khz，ccd/cmos选通相机2的帧频由图像传感器帧频决定。在门控时间一定，不改变延时时间的情况下，像增强器重复频率越高，延时时间增加的越少，通过超高速图像采集，充分利用每一次激光脉冲能量，可实现对不同距离目标、高速运动目标成像。
21.综合处理单元3将激光照明组件1与iccd/icmos选通组件2高精度同步，重点解决超快自适应调节时长的控制、辅助照明与门控开启的间隔、高精度增益控制。通过自适应曝光算法，完成超快自适应调节时长的控制；采用基于超快曝光的读出架构，实现激光发射、纳秒级快门与图像传感器触发控制；相机接收目标信号后，通过高增益放大，实现目标信噪比的提升。综合处理组件3对采集图像进行检测与提取处理，解析目标方位与距离信息，发送引导信息，完成强光背景、阴影区全天时目标光电探测，发出告警信息。
22.其中，自适应曝光算法通过计算图像平均灰度值，根据平均灰度值判断光照条件，判断目标是否在逆光区。当目标处在阴影区时，根据灰度等级及曝光参数，自动统计最佳的曝光时间；当目标处在逆光区时，调节衰光片201，降低入射到iccd/icmos选通组件2上的背景杂光，根据灰度等级及像增强器能量调整上限，确定最佳门控时间。则理想曝光时间与当前曝光时间的关系如下：
[0023][0024]
式中，t1、t2分别对应为当前图像曝光时间、理想图像曝光时间；dn1、dn2分别对应为当前图像统计平均灰度值、理想灰度值；g1、g2分别对应为当前图像增益、理想图像增益，n为图像最高灰度值。在已知当前曝光参数及图像统计平均，可以根据目标亮度求出理想曝光时间t2。
[0025]
本发明具备在强光背景、阴影区等多场景全天时光电探测的能力，一种全天时侦察告警装置使用方法步骤如下：
[0026]
步骤1、当目标处于强光背景、阴影区时，激光照明组件1发射脉冲激光，通过扫描振镜进行大视场范围内扫描照射，完成指定空域内目标辅助照明。
[0027]
步骤2、激光照明组件1与iccd/icmos选通组件2延时时间到，选通门开，高速ccd/cmos图像传感器208进行图像采集。
[0028]
步骤3、若激光照明组件1成功照射到目标，目标反射回来的激光脉冲信息进入高速ccd/cmos图像传感器208中。获取目标的图像。
[0029]
步骤4、若激光照明组件1未成功照射到目标，改变延时时间，通过扫描摆镜持续进
行扫描照射，进行距离遍历。
[0030]
步骤5、综合处理机单元3对采集图像检测与提取处理，解析目标方位与距离信息，发送引导信息。
[0031]
如图4所示，为全天时侦察告警装置试验效果图，选择晴朗天进行外场无人机试验。通过“超快自适应成像 衰光”，消除或减小太阳光的影响，同时激光照明组件1辅助照明，增加目标亮度，高速ccd/ccd图像传感器208用于光学信号汇聚与接收，实现不同距离处目标成像。