[发明专利]基于双路机敏量子点复眼系统的飞行目标检测方法

摘要

本发明公开了一种基于双路机敏量子点复眼系统的飞行目标检测方法，该方法是在基于复眼仿生光学的双路机敏量子点激光系统上实现的。该系统由主控制器、连杆、左眼三轴旋转器、右眼三轴旋转器及左右两只复眼组成。该方法包括了激光发射、粗跟踪、初始定位、精细跟踪、空间轨迹描述等五个步骤。本发明的有益效果是，在复眼内部同时构建与各小眼通道相匹配的主动量子点激光发射源及回波探测单元，通过对波长及强度的选择，使复眼能适应不同的环境；同时，通过双复眼三轴连续扫描探测的方式，解决空间目标精细跟踪精度问题，本发明的方法较之传统的探测系统更适合飞行目标的三维轨迹探测。

主权项

1.一种基于双路机敏量子点复眼系统的飞行目标检测方法，它是在基于双路机敏量子点复眼结构的飞行目标检测系统上实现的，其特征在于检测方法包括以下步骤：1)激光发射主控制器给左右两只复眼的复眼控制器发出控制指令，开始工作，复眼控制器收到控制指令后，开启恒流驱动源，使其产生恒定电流输出，该恒定电流由各小眼单元的外电极注入，然后分别经过上层P‑DBR、上阻断层、有源区、量子点、下阻断层、下层N‑DBR、N+型衬底，然后经内电极流出；上层P‑DBR与下层N‑DBR提供沿小眼光轴方向的受激辐射的高反射，形成激光谐振腔；上阻断层与下阻断层提供电光限制，降低阈值电流；当恒流驱动源提供的注入电流大于阈值电流时，有源区中的量子点的受激辐射在激光谐振腔中经过多次反射将产生光放大，最终满足激光出射的条件，沿小眼光轴方向发射出波长为λ的连续激光，并经小眼激光发射窗口发射出去；注入电流均匀地流入N个量子点小眼激光单元，由于这N个量子点小眼激光单元具有相同的几何结构与物质分布，因此其发出的激光具有相同的波长特性，每个复眼最终得到N束分别沿各小眼光轴方向，由小眼激光发射窗口发出的波长为λ的连续激光；2)粗跟踪左右两个复眼共2N束波长为λ的连续激光沿各小眼光轴方向发射，当探测的空间区域没有目标时，这些激光束没有回波产生；反之，当探测的空间区域存在动目标时，左复眼某个小眼单元发射的连续激光遇到动目标时将产生反射回波，其回波信号沿原路返回，穿过该小眼单元的小眼激光发射窗口后的PIN光电二极管接收，从而产生传感电压信号交给矩阵信号处理模组分析处理；矩阵信号处理模组接收到该电压信号后，判定产生该信号小眼单元的序号，并将其小眼光轴对应的空间方位角A10、B10、C10通过左复眼的复眼控制器送给主控制器；类似地，右复眼某个小眼单元发射的连续激光遇到动目标时将产生反射回波，其回波信号沿原路返回，穿过该小眼单元的小眼激光发射窗口后的PIN光电二极管接收，从而产生传感电压信号交给矩阵信号处理模组分析处理；矩阵信号处理模组接收到该电压信号后，判定产生该信号小眼单元的序号，并将其小眼光轴对应的空间方位角A20、B20、C20通过右复眼的复眼控制器送给主控制器；3)初始定位动目标在左复眼直角坐标系x₁y₁z₁下的初始位置矢量为 在右复眼直角坐标系x₂y₂z₂下的初始位置矢量为 在探测坐标系xyz下的初始位置矢量为 左右复眼直角坐标系原点距离为L；根据空间几何约束关系可得到初始位置矢量 与 根据下列矢量关系可得初始位置矢量 为x方向单位矢量；4)精细跟踪在完成了第三步初始定位之后，主控制器发出控制指令给左眼三轴旋转器、右眼三轴旋转器进行旋转扫描模式，主控制器内部的计时器同时开始计时，即实时记录时间参数t，即左复眼每个小眼光轴所对应的空间方位角按下式变化类似地，右复眼每个小眼光轴所对应的空间方位角按下式变化以上式子中，t代表时间，k为扫描速率；5)空间轨迹描述在精细跟踪模式下，按时间间隔Δt进行空间轨迹探测采样，即有t＝MΔt，式中，M为正整数；左右两个复眼沿各扫描的小眼光轴方向发射共2N束波长为λ的连续激光，并按时间间隔Δt进行回波采样；在任一采样时刻t＝MΔt，左复眼某个小眼单元发射的连续激光遇到动目标时将产生反射回波，其回波信号沿原路返回，穿过该小眼单元的小眼激光发射窗口后的PIN光电二极管接收，从而产生传感电压信号交给矩阵信号处理模组分析处理；矩阵信号处理模组接收到该电压信号后，判定产生该信号小眼单元的序号，按下式计算其小眼光轴对应的空间方位角并将A1(t)、B1(t)、C1(t)通过左复眼的复眼控制器送给主控制器；类似地，该时刻，右复眼某个小眼单元发射的连续激光遇到动目标时将产生反射回波，其回波信号沿原路返回，穿过该小眼单元的小眼激光发射窗口后的PIN光电二极管接收，从而产生传感电压信号交给矩阵信号处理模组分析处理；矩阵信号处理模组接收到该电压信号后，判定产生该信号小眼单元的序号，按下式计算其小眼光轴对应的空间方位角并将A2(t)、B2(t)、C2(t)通过左复眼的复眼控制器送给主控制器；动目标在t＝MΔt时刻下，左复眼直角坐标系x₁y₁z₁下的位置矢量为 在右复眼直角坐标系x₂y₂z₂下的位置矢量为 在探测坐标系xyz下的位置矢量为 根据空间几何约束关系可得到位置矢量 与 根据下列矢量关系可得位置矢量 最终通过不同时刻的位置矢量 可描述动目标的空间三维轨迹，并通过 对时间t求一阶导数及二阶导数可得速度矢量 和加速度矢量