專利名稱：一種光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波信號(hào)采集和傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明屬于光束控制領(lǐng)域，具體的涉及一種光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?br> 背景技術(shù)：
激光瞄準(zhǔn)系統(tǒng)在有源跟蹤、目標(biāo)照明及自由空間通信等諸多領(lǐng)域起著關(guān)鍵作用。 但是當(dāng)光束傳輸穿過(guò)大氣時(shí)，由于機(jī)械振動(dòng)、大氣湍流和跟蹤器的局限性以及光學(xué)未對(duì)準(zhǔn)引起的隨機(jī)誤差和偏差，會(huì)導(dǎo)致瞄準(zhǔn)離軸和到達(dá)目標(biāo)信號(hào)的損失。在大多數(shù)激光控制系統(tǒng)中，常出現(xiàn)兩種瞄準(zhǔn)誤差，即對(duì)準(zhǔn)視軸偏差(瞄準(zhǔn)的靜態(tài)偏差，可校準(zhǔn))和光束抖動(dòng)(暫時(shí)性的隨機(jī)誤差)，如圖I所示，要實(shí)現(xiàn)光束瞄準(zhǔn)，首先即要估計(jì)出光束瞄準(zhǔn)視軸偏差(即靜態(tài)偏差)。上世紀(jì)九十年代初，由Lukesh等人提出一種新的估計(jì)技術(shù)根據(jù)目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值估計(jì)抖動(dòng)和視軸誤差。該技術(shù)只針對(duì)光束尺寸大于目標(biāo)尺寸的情況而開(kāi)發(fā)的，它需要知道光束的輪廓和目標(biāo)的形狀/反射比，如圖2所示。基于目標(biāo)回波信號(hào)統(tǒng)計(jì)的瞄準(zhǔn)方法為直接用激光束(高斯脈沖)照射目標(biāo)，由于光束抖動(dòng)的存在，導(dǎo)致光斑在目標(biāo)平面內(nèi)以一定的分布形式(二維高斯分布)隨機(jī)漂移，則其回波信號(hào)的強(qiáng)度也隨著目標(biāo)相對(duì)光束中心的角位置變化而不斷變化，通過(guò)對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)(光脈沖信號(hào))進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，能夠?qū)崟r(shí)估計(jì)出目標(biāo)相對(duì)于光斑統(tǒng)計(jì)中心的視軸偏差，并實(shí)時(shí)調(diào)整使激光束中心對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。最初該技術(shù)是直接對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)分析返回的信號(hào)，逐步建立起了統(tǒng)計(jì)模型，并從理論上進(jìn)行了大量的探索，取得了一些突破，現(xiàn)已能夠較準(zhǔn)確地估計(jì)出目標(biāo)相對(duì)光束的統(tǒng)計(jì)中心的視軸偏差大小。由于實(shí)際的外場(chǎng)中，光脈沖經(jīng)大氣遠(yuǎn)距離傳輸，較低的光透過(guò)率會(huì)導(dǎo)致回波光脈沖信號(hào)很弱，需要較大口徑的接收系統(tǒng)和很高靈敏度的光電探測(cè)設(shè)備，而后向散射和背景光作為噪聲光信號(hào)，會(huì)降低光脈沖回波信號(hào)的信噪比，特別是后向散射信號(hào)，其會(huì)隨著發(fā)射光強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)，在遠(yuǎn)距離的目標(biāo)瞄準(zhǔn)時(shí)，微弱的回波信號(hào)很可能會(huì)淹沒(méi)在后向散射噪聲中。因此克服后向散射是提高回波接收信噪比的關(guān)鍵。光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中采用了距離選通技術(shù)，利用該技術(shù)能夠大大提高回波信號(hào)的信噪 t匕，但是由于光脈沖信號(hào)脈寬極短(十納秒級(jí))，對(duì)回波信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和選通門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間的控制精度提出了很高的要求。且可以看出，由于回波脈沖重復(fù)頻率相對(duì)較低，在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，真正有用的數(shù)據(jù)只有回波脈沖到來(lái)之時(shí)，如果數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不加區(qū)分的采集， 需要lGS/s的高速數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，且大量的無(wú)用數(shù)據(jù)會(huì)給后期的估計(jì)和控制系統(tǒng)帶來(lái)很大的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波信號(hào)采集和傳輸方法，實(shí)現(xiàn)了基于回波信號(hào)的光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波脈沖信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)省了大量的硬件資源，降低了后期數(shù)據(jù)處理的難度，提高了光束閉環(huán)瞄準(zhǔn)的實(shí)時(shí)性。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波信號(hào)采集和傳輸方法，步驟如下第一步，已知基于回波信號(hào)的光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中出射光脈沖脈寬為τ，脈沖重復(fù)頻率V，傳輸距離L，真空中光速c ;第二步，由光發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生與出射光同步的電脈沖信號(hào)觸發(fā)同步控制系統(tǒng)，延遲 τ C1，輸出脈寬為I. 5 τ的脈沖信號(hào)，并觸發(fā)采樣頻率高達(dá)lGS/s的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集時(shí)長(zhǎng)為1.5τ的回波信號(hào)數(shù)據(jù)；第三步，將采集的數(shù)據(jù)存入緩存，并在下一個(gè)脈沖到來(lái)之前將數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳輸給誤差估計(jì)和控制系統(tǒng)。所述第二步時(shí)間延遲τ。的大小為由光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的光脈沖，在大氣中傳輸距離L到達(dá)目標(biāo)，經(jīng)目標(biāo)反射到達(dá)回
2L
波信號(hào)接收系統(tǒng)，總共耗時(shí)——，又由于同步控制系統(tǒng)對(duì)同步電脈沖的相應(yīng)時(shí)間為τ i,回波·
C
接收系統(tǒng)中光電探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間為T(mén)2，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為τ3，則同步控制系統(tǒng)控制同步電脈沖延遲時(shí)長(zhǎng)為
2LTq =--T1 + T2 + T3。
C本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)方法相比的有益效果是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于回波信號(hào)的光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波脈沖信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)傳輸，降低了后期數(shù)據(jù)處理的難度，且節(jié)省了硬件資源，提高了光束閉環(huán)瞄準(zhǔn)的實(shí)時(shí)性。


圖I為本發(fā)明中光束瞄準(zhǔn)誤差模型；圖2為本發(fā)明基于回波信號(hào)的光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖3為本發(fā)明回波信號(hào)接收距離選通示意圖；圖4為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)臅r(shí)序邏輯圖；圖5為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)陌蹇娐吩O(shè)計(jì)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所涉及的光束瞄準(zhǔn)誤差模型如圖I所示1表示光束發(fā)射系統(tǒng)，2表示瞄準(zhǔn)偏差，3表示光束遠(yuǎn)場(chǎng)輻射分布，4表示光束抖動(dòng)，5表示空間目標(biāo)。本發(fā)明所使用的光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)如圖2所示由光源(激光器)6輸出的高斯激光經(jīng)光束發(fā)射系統(tǒng)I指向空間目標(biāo)，從目標(biāo)反射的回波脈沖信號(hào)11，由接收系統(tǒng)10接收，輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9 ;經(jīng)數(shù)字化后輸入到誤差估計(jì)和控制模塊7估計(jì)出目標(biāo)相對(duì)于光束統(tǒng)計(jì)中心的偏差大小，并將偏差信號(hào)返回給光束發(fā)射系統(tǒng)1，控制光束校準(zhǔn)偏差，形成閉環(huán)的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，其信號(hào)的接收和傳輸受同步控制系統(tǒng)8總體調(diào)控；并設(shè)在整個(gè)瞄準(zhǔn)過(guò)程中，目標(biāo)位置相對(duì)瞄準(zhǔn)視場(chǎng)不變，或目標(biāo)處于瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的精跟蹤狀態(tài)。
本發(fā)明所涉及的光束瞄準(zhǔn)偏差估計(jì)算法為設(shè)以高斯激光光束瞄準(zhǔn)點(diǎn)目標(biāo)，則接受到N個(gè)回波脈沖觀測(cè)值，第η個(gè)觀測(cè)值的信號(hào)強(qiáng)度表不為
權(quán)利要求
1.一種光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波信號(hào)采集和傳輸方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下第一步，已知基于回波信號(hào)的光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中出射光脈沖脈寬為τ，脈沖重復(fù)頻率V，傳輸距離L，真空中光速c ;第二步，由光發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生與出射光同步的電脈沖信號(hào)觸發(fā)同步控制系統(tǒng)，延遲輸出脈寬為I. 5 τ的脈沖信號(hào)，并觸發(fā)采樣頻率高達(dá)lGS/s的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集時(shí)長(zhǎng)為 1.5τ的回波信號(hào)數(shù)據(jù)；第三步，將采集的數(shù)據(jù)存入緩存，并在下一個(gè)脈沖到來(lái)之前將數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳輸給誤差估計(jì)和控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波信號(hào)采集和傳輸方法，其特征在于所述第二步時(shí)間延遲τ ^的大小為由光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的光脈沖，在大氣中傳輸距離L到達(dá)目標(biāo)，經(jīng)目標(biāo)反射到達(dá)回波信號(hào)接收系統(tǒng)，總共耗時(shí)！，又由于同步控制系統(tǒng)對(duì)同步電脈沖的響應(yīng)時(shí)間為T(mén)1，回波接收
全文摘要
一種光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波信號(hào)采集和傳輸方法，步驟為(1)已知基于回波信號(hào)的光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中出射光脈沖脈寬為τ，脈沖重復(fù)頻率v，距目標(biāo)為L(zhǎng),真空中光速c；(2)由光發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生與發(fā)射光同步的電脈沖信號(hào)觸發(fā)同步控制系統(tǒng)，延遲τ0，輸出脈寬為1.5τ的脈沖，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集時(shí)長(zhǎng)為1.5τ的回波信號(hào)數(shù)據(jù)；(3)將采集的數(shù)據(jù)存入緩存，并在下一個(gè)脈沖到來(lái)之前將數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳輸給誤差估計(jì)和控制系統(tǒng)；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了光束瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中回波脈沖信號(hào)的采集和傳輸，節(jié)省了硬件資源，降低了后期數(shù)據(jù)處理的難度，提高了光束閉環(huán)瞄準(zhǔn)的實(shí)時(shí)性。
文檔編號(hào)G01S7/487GK102721956SQ201210187499
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者任戈, 周磊, 田俊林, 譚毅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所