[发明专利]双波段交会式主动照明距离选通成像系统及成像方法

说明书

本发明涉及一种双波段交会式主动照明距离选通成像系统及成像方法，解决现有成像系统探测距离不足、距离分辨率与测距精度不足以及难以获取全谱段激光响应的目标特性的问题。该系统包括第一经纬仪单元、第二经纬仪单元、第一激光器、第二激光器和地面交互管理系统；第一经纬仪单元包括第一探测器和第一经纬仪；第一经纬仪搭载第一激光器和第一探测器，第二经纬仪单元包括第二探测器和第二经纬仪，第二经纬仪搭载第二激光器和第二探测器；第一激光器和第二激光器的波长不同，第一探测器接收第二激光器照射到目标形成的漫反射光，第二探测器接收第一激光器照射到目标形成的漫反射光；第一经纬仪单元和第二经纬仪单元通过地面交互管理系统进行通讯。

技术领域

本发明涉及成像系统，具体涉及一种双波段交会式主动照明距离选通成像系统及成像方法。

背景技术

光电经纬仪是靶场建设中不可替代的终端测量设备，通过判读光测设备拍摄的图像可以得到飞行目标的弹道及姿态等参数，此类参数是武器试验鉴定及故障分析的重要依据，而得到此类参数的前提是获取高质量的目标图像。在经纬仪远距离跟踪暗弱目标时，或在云、雾、烟尘、低照度等环境下，如何有效提高光电经纬仪的作用距离并提高靶场图像质量成为提升靶场光电经纬仪系统性能的关键问题。

主动式距离选通成像技术(即采用脉冲探测体制的距离选通成像系统)具有作用距离远、成像清晰、能显示目标细节、图像信噪比高、对比度高、不受光源影响、可在雨雪雾等恶劣天气环境下工作的特点。其中，距离选通激光三维成像可直观获取丰富的目标外形或基本结构，抑制背景干扰，可用于识别目标及目标特征部位。若将激光距离选通成像技术与高灵敏度探测器集成组合到同一平台下，可大大提升系统的极限探测能力，可解决远距离、暗弱、小目标的跟踪成像难题，可使主动成像与被动成像的优势互补。低照度类光电传感器(单光子成像)、热成像系统、激光雷达、激光测距机等光学设备都可结合距离选通技术对相关特征目标成像，根据作用距离、目标特征、照度等因素具体设计光学系统达到满意的探测效果。

假设被探测目标为某弹体，探测器为EBCCD(电子轰击型电荷耦合器件)，主动式距离选通成像系统原理示意如图1所示。通过调节发射激光束的发散角及跟踪区域，使激光光斑覆盖整个目标或将目标的关键特征部位照亮。采用距离选通技术克服大气背景辐射、透过率、散射和吸收以及湍流等因素对成像质量产生的影响。距离选通成像系统的组成与原理：激光器发射强短脉冲，脉冲激光照射至弹体，由目标反射的激光返回到EBCCD。当激光脉冲处于往返途中时，选通门关闭；当反射光到达EBCCD时，选通门开启，令反射光经过分光系统后到达探测器，选通门开启持续时间与激光脉冲匹配。

距离选通成像技术根据脉冲激光的相关参数(脉宽、重频、功率等)和目标的作用距离来确定匹配探测器的接收时间，就能将目标从复杂的背景噪声中剥离，削减大气后向散射效果，成像原理如图2所示。距离选通成像系统主要分为以下几部分：脉冲激光器、控制系统和成像系统。为了提升成像作用距离，通常应用激光调Q技术实现高峰值功率、窄脉宽等需求，成像系统具有外触发控制功能。脉冲激光器对成像物体发射出激光脉冲，根据目标的反射光和散射光到达成像系统的时间先后不同来确定选通成像器的打开和关闭的时间。

现有技术中，激光主动成像系统已被广泛应用，但是大多数系统都是针对静止目标，而且目前采用连续辐照式激光器作为照明光源较多，采用脉冲激光照明的距离选通成像技术发展依然存在瓶颈，在实际应用中由于运动目标飞行速度快，距离信息难以精确测量，导致由实时距离计算生成的选通门开关时间不准确，从而难以全面去除后向散射对成像造成的影响，导致图像信噪比降低，图像质量下降。同时，现有技术多采用单波段激光进行照明，目标表面的材料、结构对不同的激光波段响应不同；不同激光波段在不同的大气湍流环境下传输特性不同；探测器对不同波段激光的响应特性也不同。所以在应对不同的使用环境、目标性质、探测器性能时，从单一激光响应角度出发难以全方面、多层次获取目标信息。