[发明专利]一种光束瞄准系统中回波信号采集和传输方法

说明书

技术领域

本发明属于光束控制领域，具体的涉及一种光束瞄准系统中回波信号的采集和数据传输的方法。

背景技术

激光瞄准系统在有源跟踪、目标照明及自由空间通信等诸多领域起着关键作用。但是当光束传输穿过大气时，由于机械振动、大气湍流和跟踪器的局限性以及光学未对准引起的随机误差和偏差，会导致瞄准离轴和到达目标信号的损失。在大多数激光控制系统中，常出现两种瞄准误差，即对准视轴偏差（瞄准的静态偏差，可校准）和光束抖动（暂时性的随机误差），如图1所示，要实现光束瞄准，首先即要估计出光束瞄准视轴偏差（即静态偏差）。

上世纪九十年代初，由Lukesh等人提出一种新的估计技术：根据目标反射回来的信号强度的统计值估计抖动和视轴误差。该技术只针对光束尺寸大于目标尺寸的情况而开发的，它需要知道光束的轮廓和目标的形状/反射比，如图2所示。

基于目标回波信号统计的瞄准方法为：直接用激光束（高斯脉冲）照射目标，由于光束抖动的存在，导致光斑在目标平面内以一定的分布形式（二维高斯分布）随机漂移，则其回波信号的强度也随着目标相对光束中心的角位置变化而不断变化，通过对目标回波信号（光脉冲信号）进行统计分析，能够实时估计出目标相对于光斑统计中心的视轴偏差，并实时调整使激光束中心对准目标。最初该技术是直接对运动目标进行试验，通过分析返回的信号，逐步建立起了统计模型，并从理论上进行了大量的探索，取得了一些突破，现已能够较准确地估计出目标相对光束的统计中心的视轴偏差大小。

由于实际的外场中，光脉冲经大气远距离传输，较低的光透过率会导致回波光脉冲信号很弱，需要较大口径的接收系统和很高灵敏度的光电探测设备，而后向散射和背景光作为噪声光信号，会降低光脉冲回波信号的信噪比，特别是后向散射信号，其会随着发射光强度的增强而增强，在远距离的目标瞄准时，微弱的回波信号很可能会淹没在后向散射噪声中。因此克服后向散射是提高回波接收信噪比的关键。

光束瞄准系统中采用了距离选通技术，利用该技术能够大大提高回波信号的信噪比，但是由于光脉冲信号脉宽极短(十纳秒级)，对回波信号的数据采集系统和选通门开关时间的控制精度提出了很高的要求。且可以看出，由于回波脉冲重复频率相对较低，在一个脉冲周期内，真正有用的数据只有回波脉冲到来之时，如果数据采集系统不加区分的采集，需要1GS/s的高速数据传输设备，且大量的无用数据会给后期的估计和控制系统带来很大的麻烦。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出了一种光束瞄准系统中回波信号采集和传输方法，实现了基于回波信号的光束瞄准系统中回波脉冲信号的采集和数据传输，节省了大量的硬件资源，降低了后期数据处理的难度，提高了光束闭环瞄准的实时性。

本发明采用的技术方案为：一种光束瞄准系统中回波信号采集和传输方法，步骤如下：

第一步，已知基于回波信号的光束瞄准系统中出射光脉冲脉宽为τ，脉冲重复频率v，传输距离L，真空中光速c；

第二步，由光发射系统产生与出射光同步的电脉冲信号触发同步控制系统，延迟τ₀，输出脉宽为1.5τ的脉冲信号，并触发采样频率高达1GS/s的数据采集系统，采集时长为1.5τ的回波信号数据；

第三步，将采集的数据存入缓存，并在下一个脉冲到来之前将数据通过USB传输给误差估计和控制系统。

所述第二步时间延迟τ₀的大小为：

由光发射系统发出的光脉冲，在大气中传输距离L到达目标，经目标反射到达回波信号接收系统，总共耗时又由于同步控制系统对同步电脉冲的相应时间为τ₁，回波接收系统中光电探测器的响应时间为τ₂，数据采集系统响应时间为τ₃，则同步控制系统控制同步电脉冲延迟时长为：

τ0=2Lc-τ1+τ2+τ3.]]>