本發(fā)明涉及一種飛行目標(biāo)空間軌跡檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于復(fù)眼仿生光學(xué)的雙路機(jī)敏量子點(diǎn)激光動(dòng)目標(biāo)三維軌跡檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

人工復(fù)眼(ACE)是一種模擬自然界昆蟲(chóng)復(fù)眼結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)，其將目前廣泛使用的單孔徑光學(xué)系統(tǒng)用多孔徑光學(xué)系統(tǒng)所代替,從而達(dá)到使整個(gè)系統(tǒng)小型化、輕量化、以及視場(chǎng)增大的目的。近年來(lái)國(guó)外研究人員已成功制作了各種不同結(jié)構(gòu)及用途的人工復(fù)眼系統(tǒng)。如美國(guó)伯克利加州大學(xué)Luke P.Lee等采用高分子微透鏡、高分子錐管及自排列波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了半球型ACE；俄亥俄州立大學(xué)L.Li等采用光學(xué)微棱鏡陣列制成了半球ACE，通過(guò)精確計(jì)算各小眼微棱鏡剖面形狀，實(shí)現(xiàn)了廣視野景物在平面探測(cè)器上的成像。

基于ACE系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，其可廣泛應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域。再加之復(fù)眼系統(tǒng)大視場(chǎng)的特點(diǎn)，其光電檢測(cè)的潛在能力在國(guó)內(nèi)外航空等領(lǐng)域都得到了廣泛的重視。目前的人工復(fù)眼大都屬于被動(dòng)復(fù)眼，即被動(dòng)地接收外部各波段的電磁波信息，然后進(jìn)行分析處理，易受環(huán)境因素的制約，影響探測(cè)的信噪比、靈敏度，進(jìn)而使探測(cè)的效果惡化。

在傳統(tǒng)的飛行目標(biāo)探測(cè)中，常采用雷達(dá)等探測(cè)手段，對(duì)于目標(biāo)三維飛行軌跡的探測(cè)及描述較為困難，由于主動(dòng)型人工復(fù)眼可在復(fù)眼內(nèi)部構(gòu)建與各小眼通道相匹配的主動(dòng)發(fā)射源及回波探測(cè)單元，通過(guò)對(duì)波長(zhǎng)及強(qiáng)度的選擇，使復(fù)眼能適應(yīng)不同的環(huán)境，較之傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)更適合飛行目標(biāo)的三維軌跡探測(cè)。基于單個(gè)復(fù)眼的探測(cè)系統(tǒng)，由于其各小眼光軸之間夾角恒定，導(dǎo)致在遠(yuǎn)距離探測(cè)時(shí)各小眼光軸空間距離較大，難以滿足探測(cè)需求。

針對(duì)該問(wèn)題，本發(fā)明模擬自然界昆蟲(chóng)復(fù)眼結(jié)構(gòu)，提出一種基于雙路機(jī)敏量子點(diǎn)主動(dòng)復(fù)眼的飛行目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)高效、高精度的動(dòng)目標(biāo)三維軌跡探測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙路機(jī)敏量子點(diǎn)主動(dòng)復(fù)眼系統(tǒng)的飛行目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，可滿足不同環(huán)境下空間動(dòng)目標(biāo)三維軌跡的探測(cè)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明是在基于雙路機(jī)敏量子點(diǎn)復(fù)眼結(jié)構(gòu)的飛行目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)采用左右兩個(gè)復(fù)眼，每個(gè)復(fù)眼結(jié)構(gòu)相同。該系統(tǒng)由主控制器、連桿、左眼三軸旋轉(zhuǎn)器、右眼三軸旋轉(zhuǎn)器及左右兩只復(fù)眼組成。其中：

左右兩只復(fù)眼分別安裝在左眼三軸旋轉(zhuǎn)器及右眼三軸旋轉(zhuǎn)器上，連桿用于聯(lián)接左眼三軸旋轉(zhuǎn)器及右眼三軸旋轉(zhuǎn)器；

主控制器用于對(duì)左右兩只復(fù)眼的復(fù)眼控制器發(fā)送指令，從而控制左右兩只復(fù)眼進(jìn)行激光發(fā)射、回波接收；對(duì)左眼三軸旋轉(zhuǎn)器、右眼三軸旋轉(zhuǎn)器發(fā)送指令，控制兩者工作，從而帶動(dòng)兩只復(fù)眼繞三軸精確旋轉(zhuǎn)；

左右復(fù)眼結(jié)構(gòu)完全一致，主要由復(fù)眼電路系統(tǒng)及多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的小眼單元組成。其中每個(gè)小眼單元均由量子點(diǎn)激光單元和PIN光電二極管組成；

量子點(diǎn)激光單元由小眼激光發(fā)射窗口、外電極、上層P-DBR、上阻斷層、有源區(qū)、量子點(diǎn)、下阻斷層、下層N-DBR、N⁺型襯底、內(nèi)電極組成，可實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)連續(xù)激光發(fā)射；

PIN光電二極管由P型半導(dǎo)體層、本征半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、二極管上電極及二極管下電極組成，可實(shí)現(xiàn)回波信號(hào)接收；

復(fù)眼電路系統(tǒng)由復(fù)眼控制器、恒流驅(qū)動(dòng)源、矩陣驅(qū)動(dòng)模組及矩陣信號(hào)處理模組組成；復(fù)眼控制器用于控制恒流驅(qū)動(dòng)源、矩陣驅(qū)動(dòng)模組，并接收矩陣信號(hào)處理模組的輸出信號(hào)；恒流驅(qū)動(dòng)源為各量子點(diǎn)激光單元提供驅(qū)動(dòng)注入電流；矩陣驅(qū)動(dòng)模組由若干數(shù)量的驅(qū)動(dòng)電路單元組成；驅(qū)動(dòng)電路單元含有二極管聯(lián)接引腳，通過(guò)二極管引線與各PIN光電二極管的二極管上電極及二極管下電極聯(lián)連，為各PIN光電二極管提供反向偏置電壓；驅(qū)動(dòng)電路單元還含有信號(hào)輸出引腳，通過(guò)信號(hào)引線與矩陣信號(hào)處理模組聯(lián)連，將PIN光電二極管的傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組分析處理；

復(fù)眼外形為半球形，半球形底部圓形平面為復(fù)眼底面，復(fù)眼中軸為通過(guò)復(fù)眼底面圓心的垂直于復(fù)眼底面的直線，與半球面相交于一點(diǎn)，即復(fù)眼中軸為直線o₁o₁'(左復(fù)眼)和o₂o₂'(右復(fù)眼)。通過(guò)復(fù)眼中軸作一系列垂直于復(fù)眼底面的剖面，即為復(fù)眼子午面，小眼單元均位于復(fù)眼子午面內(nèi)，各小眼單元呈等間角排列，即各小眼光軸之間的小眼光軸夾角均為β；各相鄰復(fù)眼子午面夾角均為α，每個(gè)復(fù)眼共包含

N＝(180°/β-1)×(180°/α)-[(180°/α)-1]

個(gè)小眼單元，則這N個(gè)小眼單元可根據(jù)小眼光軸的空間方位角不同進(jìn)行編號(hào)排序。

左復(fù)眼以o₁為原點(diǎn)建立左復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₁y₁z₁，左眼三軸旋轉(zhuǎn)器帶動(dòng)左復(fù)眼以o₁為旋轉(zhuǎn)中心繞x₁軸、y₁軸、z₁軸轉(zhuǎn)動(dòng)；類似地，右復(fù)眼以o₂為原點(diǎn)建立右復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₂y₂z₂，右眼三軸旋轉(zhuǎn)器帶動(dòng)右復(fù)眼以o₂為旋轉(zhuǎn)中心繞x₂軸、y₂軸、z₂軸轉(zhuǎn)動(dòng)；

o₁o₂的距離為L(zhǎng)，探測(cè)坐標(biāo)系原點(diǎn)為o₁o₂的中點(diǎn)o，探測(cè)坐標(biāo)系為xyz。x、x₁、x₂三軸相互平行；y、y₁、y₂三軸相互平行；z、z₁、z₂三軸相互平行；動(dòng)目標(biāo)三維軌跡在探測(cè)坐標(biāo)系下描述；

基于雙路機(jī)敏量子點(diǎn)復(fù)眼系統(tǒng)的飛行目標(biāo)檢測(cè)方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)激光發(fā)射

主控制器給左右兩只復(fù)眼的復(fù)眼控制器發(fā)出控制指令，開(kāi)始工作。復(fù)眼控制器收到控制指令后，開(kāi)啟恒流驅(qū)動(dòng)源，使其產(chǎn)生恒定電流輸出。該恒定電流由各小眼單元的外電極注入，然后分別經(jīng)過(guò)上層P-DBR、上阻斷層、有源區(qū)、量子點(diǎn)、下阻斷層、下層N-DBR、N⁺型襯底，然后經(jīng)內(nèi)電極流出。上層P-DBR與下層N-DBR提供沿小眼光軸方向的受激輻射的高反射，形成激光諧振腔。上阻斷層與下阻斷層提供電光限制，降低閾值電流。當(dāng)恒流驅(qū)動(dòng)源提供的注入電流大于閾值電流時(shí)，有源區(qū)中的量子點(diǎn)的受激輻射在激光諧振腔中經(jīng)過(guò)多次反射將產(chǎn)生光放大，最終滿足激光出射的條件，沿小眼光軸方向發(fā)射出波長(zhǎng)為λ的連續(xù)激光，并經(jīng)小眼激光發(fā)射窗口發(fā)射出去。注入電流均勻地流入N個(gè)量子點(diǎn)小眼激光單元，由于這N個(gè)量子點(diǎn)小眼激光單元具有相同的幾何結(jié)構(gòu)與物質(zhì)分布，因此其發(fā)出的激光具有相同的波長(zhǎng)特性，每個(gè)復(fù)眼最終得到N束分別沿各小眼光軸方向，由小眼激光發(fā)射窗口發(fā)出的波長(zhǎng)為λ的連續(xù)激光。

(2)粗跟蹤

左右兩個(gè)復(fù)眼共2N束波長(zhǎng)為λ的連續(xù)激光沿各小眼光軸方向發(fā)射，當(dāng)探測(cè)的空間區(qū)域沒(méi)有目標(biāo)時(shí)，這些激光束沒(méi)有回波產(chǎn)生；反之，當(dāng)探測(cè)的空間區(qū)域存在動(dòng)目標(biāo)時(shí)，左復(fù)眼某個(gè)小眼單元發(fā)射的連續(xù)激光遇到動(dòng)目標(biāo)時(shí)將產(chǎn)生反射回波，其回波信號(hào)沿原路返回，穿過(guò)該小眼單元的小眼激光發(fā)射窗口后的PIN光電二極管接收，從而產(chǎn)生傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組分析處理；矩陣信號(hào)處理模組接收到該電壓信號(hào)后，判定產(chǎn)生該信號(hào)小眼單元的序號(hào)，并將其小眼光軸對(duì)應(yīng)的空間方位角A₁₀、B₁₀、C₁₀通過(guò)左復(fù)眼的復(fù)眼控制器送給主控制器；類似地，右復(fù)眼某個(gè)小眼單元發(fā)射的連續(xù)激光遇到動(dòng)目標(biāo)時(shí)將產(chǎn)生反射回波，其回波信號(hào)沿原路返回，穿過(guò)該小眼單元的小眼激光發(fā)射窗口后的PIN光電二極管接收，從而產(chǎn)生傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組分析處理；矩陣信號(hào)處理模組接收到該電壓信號(hào)后，判定產(chǎn)生該信號(hào)小眼單元的序號(hào)，并將其小眼光軸對(duì)應(yīng)的空間方位角A₂₀、B₂₀、C₂₀通過(guò)右復(fù)眼的復(fù)眼控制器送給主控制器；

(3)初始定位

動(dòng)目標(biāo)在左復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₁y₁z₁下的初始位置矢量為在右復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₂y₂z₂下的初始位置矢量為在探測(cè)坐標(biāo)系xyz下的初始位置矢量為根據(jù)空間幾何約束關(guān)系

可得到初始位置矢量與根據(jù)下列矢量關(guān)系

可得初始位置矢量

(4)精細(xì)跟蹤

由于各小眼光軸之間的小眼光軸夾角(即為β)，以及各相鄰復(fù)眼子午面夾角α相對(duì)較大，在遠(yuǎn)距離探測(cè)時(shí)，只有當(dāng)動(dòng)目標(biāo)飛行了較長(zhǎng)距離后才會(huì)被復(fù)眼中相鄰近的小眼探測(cè)到，因此無(wú)法精細(xì)跟蹤。本發(fā)明基于雙路機(jī)敏量子點(diǎn)復(fù)眼系統(tǒng)的飛行目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)采用左眼三軸旋轉(zhuǎn)器、右眼三軸旋轉(zhuǎn)器在主控制器控制下的精細(xì)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬了自然界昆蟲(chóng)雙復(fù)眼轉(zhuǎn)動(dòng)觀察的機(jī)制，可解決動(dòng)目標(biāo)的精細(xì)跟蹤問(wèn)題。

在完成了第三步初始定位之后，主控制器發(fā)出控制指令給左眼三軸旋轉(zhuǎn)器、右眼三軸旋轉(zhuǎn)器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描模式，主控制器內(nèi)部的計(jì)時(shí)器同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，即實(shí)時(shí)記錄時(shí)間參數(shù)t。即左復(fù)眼每個(gè)小眼光軸所對(duì)應(yīng)的空間方位角按下式變化

類似地，右復(fù)眼每個(gè)小眼光軸所對(duì)應(yīng)的空間方位角按下式變化

以上式子中，t代表時(shí)間，k為掃描速率。

(5)空間軌跡描述

在精細(xì)跟蹤模式下，按時(shí)間間隔△t進(jìn)行空間軌跡探測(cè)采樣，即有t＝M△t，式中，M為正整數(shù)。

左右兩個(gè)復(fù)眼沿各掃描的小眼光軸方向發(fā)射共2N束波長(zhǎng)為λ的連續(xù)激光，并按時(shí)間間隔△t進(jìn)行回波采樣；在任一采樣時(shí)刻t＝M△t，左復(fù)眼某個(gè)小眼單元發(fā)射的連續(xù)激光遇到動(dòng)目標(biāo)時(shí)將產(chǎn)生反射回波，其回波信號(hào)沿原路返回，穿過(guò)該小眼單元的小眼激光發(fā)射窗口后的PIN光電二極管接收，從而產(chǎn)生傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組分析處理；矩陣信號(hào)處理模組接收到該電壓信號(hào)后，判定產(chǎn)生該信號(hào)小眼單元的序號(hào)，按下式計(jì)算其小眼光軸對(duì)應(yīng)的空間方位角

并將A₁(t)、B₁(t)、C₁(t)通過(guò)左復(fù)眼的復(fù)眼控制器送給主控制器；

類似地，該時(shí)刻，右復(fù)眼某個(gè)小眼單元發(fā)射的連續(xù)激光遇到動(dòng)目標(biāo)時(shí)將產(chǎn)生反射回波，其回波信號(hào)沿原路返回，穿過(guò)該小眼單元的小眼激光發(fā)射窗口后的PIN光電二極管接收，從而產(chǎn)生傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組分析處理；矩陣信號(hào)處理模組接收到該電壓信號(hào)后，判定產(chǎn)生該信號(hào)小眼單元的序號(hào)，按下式計(jì)算其小眼光軸對(duì)應(yīng)的空間方位角

并將A₂(t)、B₂(t)、C₂(t)通過(guò)左復(fù)眼的復(fù)眼控制器送給主控制器；

動(dòng)目標(biāo)在t＝M△t時(shí)刻下，左復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₁y₁z₁下的位置矢量為在右復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₂y₂z₂下的位置矢量為在探測(cè)坐標(biāo)系xyz下的位置矢量為根據(jù)空間幾何約束關(guān)系

可得到位置矢量與根據(jù)下列矢量關(guān)系

可得位置矢量最終通過(guò)不同時(shí)刻的位置矢量可描述動(dòng)目標(biāo)的空間三維軌跡，并通過(guò)對(duì)時(shí)間t求一階導(dǎo)數(shù)及二階導(dǎo)數(shù)可得速度矢量和加速度矢量

本發(fā)明的有益效果是，在復(fù)眼內(nèi)部同時(shí)構(gòu)建與各小眼通道相匹配的主動(dòng)量子點(diǎn)激光發(fā)射源及回波探測(cè)單元，通過(guò)對(duì)波長(zhǎng)及強(qiáng)度的選擇，使復(fù)眼能適應(yīng)不同的環(huán)境；同時(shí)，通過(guò)雙復(fù)眼三軸連續(xù)掃描探測(cè)的方式，解決空間目標(biāo)精細(xì)跟蹤精度問(wèn)題，本發(fā)明的系統(tǒng)與方法較之傳統(tǒng)的探測(cè)系統(tǒng)更適合飛行目標(biāo)的三維軌跡探測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1-3為本發(fā)明的原理圖，圖中：1——復(fù)眼控制器；2——恒流驅(qū)動(dòng)源；3——復(fù)眼底面；4——小眼光軸；5——外電極；6——小眼激光發(fā)射窗口；7——上層P-DBR(注：空穴摻雜型分布式布喇格反射器)；8——上阻斷層；9——有源區(qū)；10——量子點(diǎn)；11——復(fù)眼中軸；12——下阻斷層；13——下層N-DBR(注：電子摻雜型分布式布喇格反射器)；14——N⁺型襯底(注：高濃度電子摻雜半導(dǎo)體)；15——內(nèi)電極；16——小眼光軸夾角；17——小眼單元；18——復(fù)眼子午面；19——子午面夾角；20——N型半導(dǎo)體層(注：電子摻雜型)；21——本征半導(dǎo)體層；22——P型半導(dǎo)體層(注：空穴摻雜型)；23——PIN光電二極管(注：即由P型、本征、N型半導(dǎo)體三層構(gòu)成的光電二極管)；24——二極管下電極；25——二極管上電極；26——矩陣驅(qū)動(dòng)模組；27——驅(qū)動(dòng)電路單元；28——矩陣信號(hào)處理模組；29——二極管引線；30——二極管聯(lián)接引腳；31——信號(hào)輸出引腳；32——信號(hào)引線；33——復(fù)眼電路系統(tǒng)；34——探測(cè)坐標(biāo)系原點(diǎn)；35——主控制器；36——左眼三軸旋轉(zhuǎn)器；37——右眼三軸旋轉(zhuǎn)器；38——?jiǎng)幽繕?biāo)；39——連桿。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的基于雙路機(jī)敏量子點(diǎn)復(fù)眼結(jié)構(gòu)的飛行目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)采用左右兩個(gè)復(fù)眼，每個(gè)復(fù)眼結(jié)構(gòu)相同，如圖1(子午面視圖)及圖2(俯視圖)所示；檢測(cè)系統(tǒng)如圖3所示。

該系統(tǒng)由主控制器35、連桿39、左眼三軸旋轉(zhuǎn)器36、右眼三軸旋轉(zhuǎn)器37及左右兩只復(fù)眼組成。其中：

左右兩只復(fù)眼分別安裝在左眼三軸旋轉(zhuǎn)器36及右眼三軸旋轉(zhuǎn)器37上，連桿39用于聯(lián)接左眼三軸旋轉(zhuǎn)器36及右眼三軸旋轉(zhuǎn)器37；

主控制器35用于對(duì)左右兩只復(fù)眼的復(fù)眼控制器1發(fā)送指令，從而控制左右兩只復(fù)眼進(jìn)行激光發(fā)射、回波接收；對(duì)左眼三軸旋轉(zhuǎn)器36、右眼三軸旋轉(zhuǎn)器37發(fā)送指令，控制兩者工作，從而帶動(dòng)兩只復(fù)眼繞三軸精確旋轉(zhuǎn)；

左右復(fù)眼結(jié)構(gòu)完全一致，主要由復(fù)眼電路系統(tǒng)33及多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的小眼單元17組成。其中每個(gè)小眼單元17均由量子點(diǎn)激光單元和PIN光電二極管23組成；

量子點(diǎn)激光單元由小眼激光發(fā)射窗口6、外電極5、上層P-DBR7、上阻斷層8、有源區(qū)9、量子點(diǎn)10、下阻斷層12、下層N-DBR13、N⁺型襯底14、內(nèi)電極15組成，可實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)連續(xù)激光發(fā)射，在本實(shí)施例中所有的襯底材料均為砷化鎵(GaAs)；

PIN光電二極管23由P型半導(dǎo)體層22、本征半導(dǎo)體層21、N型半導(dǎo)體層20、二極管上電極25及二極管下電極24組成，可實(shí)現(xiàn)回波信號(hào)接收；

復(fù)眼電路系統(tǒng)33由復(fù)眼控制器1、恒流驅(qū)動(dòng)源2、矩陣驅(qū)動(dòng)模組26及矩陣信號(hào)處理模組28組成；復(fù)眼控制器1用于控制恒流驅(qū)動(dòng)源2、矩陣驅(qū)動(dòng)模組26，并接收矩陣信號(hào)處理模組28的輸出信號(hào)；恒流驅(qū)動(dòng)源2為各量子點(diǎn)激光單元提供驅(qū)動(dòng)注入電流；矩陣驅(qū)動(dòng)模組26由若干數(shù)量的驅(qū)動(dòng)電路單元27組成；驅(qū)動(dòng)電路單元27含有二極管聯(lián)接引腳30，通過(guò)二極管引線29與各PIN光電二極管23的二極管上電極25及二極管下電極24聯(lián)連，為各PIN光電二極管23提供反向偏置電壓；驅(qū)動(dòng)電路單元27還含有信號(hào)輸出引腳31，通過(guò)信號(hào)引線32與矩陣信號(hào)處理模組28聯(lián)連，將PIN光電二極管23的傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組28分析處理；

復(fù)眼外形為半球形，半球形底部圓形平面為復(fù)眼底面3，復(fù)眼中軸11為通過(guò)復(fù)眼底面3圓心(注：左右兩只復(fù)眼底面圓心分別為o₁和o₂)的垂直于復(fù)眼底面3的直線，與半球面相交于一點(diǎn)(注：左復(fù)眼該點(diǎn)為o₁'，右復(fù)眼該點(diǎn)為o₂')，即復(fù)眼中軸11為直線o₁o₁'(注：左復(fù)眼)和o₂o₂'(注：右復(fù)眼)。通過(guò)復(fù)眼中軸11作一系列垂直于復(fù)眼底面3的剖面，即為復(fù)眼子午面18，小眼單元17均位于復(fù)眼子午面18內(nèi)，各小眼單元17呈等間角排列，即各小眼光軸4之間的小眼光軸夾角16均為β，在本實(shí)施例中β為10°，見(jiàn)圖1的子午面視圖；各相鄰復(fù)眼子午面18夾角均為α，在本實(shí)施例中α為18°，每個(gè)復(fù)眼共包含

N＝(180°/β-1)×(180°/α)-[(180°/α)-1]

個(gè)小眼單元17(在本實(shí)施例中N＝161)，則這N個(gè)小眼單元17可根據(jù)小眼光軸4的空間方位角不同進(jìn)行編號(hào)排序，見(jiàn)圖2的俯視圖。

左復(fù)眼以o₁為原點(diǎn)建立左復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₁y₁z₁，左眼三軸旋轉(zhuǎn)器36帶動(dòng)左復(fù)眼以o₁為旋轉(zhuǎn)中心繞x₁軸、y₁軸、z₁軸轉(zhuǎn)動(dòng)；類似地，右復(fù)眼以o₂為原點(diǎn)建立右復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₂y₂z₂，右眼三軸旋轉(zhuǎn)器37帶動(dòng)右復(fù)眼以o₂為旋轉(zhuǎn)中心繞x₂軸、y₂軸、z₂軸轉(zhuǎn)動(dòng)；

o₁o₂的距離為L(zhǎng)，探測(cè)坐標(biāo)系原點(diǎn)34為o₁o₂的中點(diǎn)o，探測(cè)坐標(biāo)系為xyz。x、x₁、x₂三軸相互平行；y、y₁、y₂三軸相互平行；z、z₁、z₂三軸相互平行；動(dòng)目標(biāo)38三維軌跡在探測(cè)坐標(biāo)系下描述；

基于雙路機(jī)敏量子點(diǎn)復(fù)眼結(jié)構(gòu)的飛行目標(biāo)檢測(cè)方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)激光發(fā)射

主控制器35給左右兩只復(fù)眼的復(fù)眼控制器1發(fā)出控制指令，開(kāi)始工作。復(fù)眼控制器1收到控制指令后，開(kāi)啟恒流驅(qū)動(dòng)源2，使其產(chǎn)生恒定電流輸出。該恒定電流由各小眼單元17的外電極5注入，然后分別經(jīng)過(guò)上層P-DBR7、上阻斷層8、有源區(qū)9、量子點(diǎn)10、下阻斷層12、下層N-DBR13、N⁺型襯底14，然后經(jīng)內(nèi)電極15流出。上層P-DBR7與下層N-DBR13提供沿小眼光軸4方向的受激輻射的高反射，形成激光諧振腔。上阻斷層8與下阻斷層12提供電光限制，降低閾值電流。當(dāng)恒流驅(qū)動(dòng)源2提供的注入電流大于閾值電流時(shí)，有源區(qū)9中的量子點(diǎn)10的受激輻射在激光諧振腔中經(jīng)過(guò)多次反射將產(chǎn)生光放大，最終滿足激光出射的條件，沿小眼光軸4方向發(fā)射出波長(zhǎng)為λ的連續(xù)激光，并經(jīng)小眼激光發(fā)射窗口6發(fā)射出去。注入電流均勻地流入N個(gè)量子點(diǎn)小眼激光單元17，由于這N個(gè)量子點(diǎn)小眼激光單元17具有相同的幾何結(jié)構(gòu)與物質(zhì)分布，因此其發(fā)出的激光具有相同的波長(zhǎng)特性，每個(gè)復(fù)眼最終得到N束分別沿各小眼光軸4方向，由小眼激光發(fā)射窗口6發(fā)出的波長(zhǎng)為λ的連續(xù)激光。

(2)粗跟蹤

左右兩個(gè)復(fù)眼共2N束波長(zhǎng)為λ的連續(xù)激光沿各小眼光軸4方向發(fā)射，當(dāng)探測(cè)的空間區(qū)域沒(méi)有目標(biāo)時(shí)，這些激光束沒(méi)有回波產(chǎn)生；反之，當(dāng)探測(cè)的空間區(qū)域存在動(dòng)目標(biāo)38時(shí)，左復(fù)眼某個(gè)小眼單元17發(fā)射的連續(xù)激光遇到動(dòng)目標(biāo)38時(shí)將產(chǎn)生反射回波，其回波信號(hào)沿原路返回，穿過(guò)該小眼單元17的小眼激光發(fā)射窗口6后的PIN光電二極管23接收，從而產(chǎn)生傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組28分析處理；矩陣信號(hào)處理模組28接收到該電壓信號(hào)后，判定產(chǎn)生該信號(hào)小眼單元17的序號(hào)，并將其小眼光軸4對(duì)應(yīng)的空間方位角A₁₀、B₁₀、C₁₀通過(guò)左復(fù)眼的復(fù)眼控制器1送給主控制器35；類似地，右復(fù)眼某個(gè)小眼單元17發(fā)射的連續(xù)激光遇到動(dòng)目標(biāo)38時(shí)將產(chǎn)生反射回波，其回波信號(hào)沿原路返回，穿過(guò)該小眼單元17的小眼激光發(fā)射窗口6后的PIN光電二極管23接收，從而產(chǎn)生傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組28分析處理；矩陣信號(hào)處理模組28接收到該電壓信號(hào)后，判定產(chǎn)生該信號(hào)小眼單元17的序號(hào)，并將其小眼光軸4對(duì)應(yīng)的空間方位角A₂₀、B₂₀、C₂₀通過(guò)右復(fù)眼的復(fù)眼控制器1送給主控制器35；

(3)初始定位

動(dòng)目標(biāo)38在左復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₁y₁z₁下的初始位置矢量為在右復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₂y₂z₂下的初始位置矢量為在探測(cè)坐標(biāo)系xyz下的初始位置矢量為根據(jù)空間幾何約束關(guān)系

可得到初始位置矢量與根據(jù)下列矢量關(guān)系

可得初始位置矢量為x方向單位矢量；。

(4)精細(xì)跟蹤

由于各小眼光軸4之間的小眼光軸夾角16(即為β)，以及各相鄰復(fù)眼子午面18夾角α相對(duì)較大，在遠(yuǎn)距離探測(cè)時(shí)，只有當(dāng)動(dòng)目標(biāo)38飛行了較長(zhǎng)距離后才會(huì)被復(fù)眼中相鄰近的小眼探測(cè)到，因此無(wú)法精細(xì)跟蹤。本發(fā)明基于雙路機(jī)敏量子點(diǎn)復(fù)眼系統(tǒng)的飛行目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)采用左眼三軸旋轉(zhuǎn)器36、右眼三軸旋轉(zhuǎn)器37在主控制器35控制下的精細(xì)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬了自然界昆蟲(chóng)雙復(fù)眼轉(zhuǎn)動(dòng)觀察的機(jī)制，可解決動(dòng)目標(biāo)38的精細(xì)跟蹤問(wèn)題。

在完成了第三步初始定位之后，主控制器35發(fā)出控制指令給左眼三軸旋轉(zhuǎn)器36、右眼三軸旋轉(zhuǎn)器37進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描模式，主控制器35內(nèi)部的計(jì)時(shí)器同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，即實(shí)時(shí)記錄時(shí)間參數(shù)t。即左復(fù)眼每個(gè)小眼光軸4所對(duì)應(yīng)的空間方位角按下式變化

類似地，右復(fù)眼每個(gè)小眼光軸4所對(duì)應(yīng)的空間方位角按下式變化

以上式子中，t代表時(shí)間，k為掃描速率，在本實(shí)施例中，k＝π/10弧度/秒。

(5)空間軌跡描述

在精細(xì)跟蹤模式下，按時(shí)間間隔△t進(jìn)行空間軌跡探測(cè)采樣，即有t＝M△t，式中，M為正整數(shù)，本實(shí)施例中△t＝0.1秒。

左右兩個(gè)復(fù)眼沿各掃描的小眼光軸4方向發(fā)射共2N束波長(zhǎng)為λ的連續(xù)激光，并按時(shí)間間隔△t進(jìn)行回波采樣；在任一采樣時(shí)刻t＝M△t，左復(fù)眼某個(gè)小眼單元17發(fā)射的連續(xù)激光遇到動(dòng)目標(biāo)38時(shí)將產(chǎn)生反射回波，其回波信號(hào)沿原路返回，穿過(guò)該小眼單元17的小眼激光發(fā)射窗口6后的PIN光電二極管23接收，從而產(chǎn)生傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組28分析處理；矩陣信號(hào)處理模組28接收到該電壓信號(hào)后，判定產(chǎn)生該信號(hào)小眼單元17的序號(hào)，按下式計(jì)算其小眼光軸4對(duì)應(yīng)的空間方位角

并將A₁(t)、B₁(t)、C₁(t)通過(guò)左復(fù)眼的復(fù)眼控制器1送給主控制器35；

類似地，該時(shí)刻，右復(fù)眼某個(gè)小眼單元17發(fā)射的連續(xù)激光遇到動(dòng)目標(biāo)38時(shí)將產(chǎn)生反射回波，其回波信號(hào)沿原路返回，穿過(guò)該小眼單元17的小眼激光發(fā)射窗口6后的PIN光電二極管23接收，從而產(chǎn)生傳感電壓信號(hào)交給矩陣信號(hào)處理模組28分析處理；矩陣信號(hào)處理模組28接收到該電壓信號(hào)后，判定產(chǎn)生該信號(hào)小眼單元17的序號(hào)，按下式計(jì)算其小眼光軸4對(duì)應(yīng)的空間方位角

并將A₂(t)、B₂(t)、C₂(t)通過(guò)左復(fù)眼的復(fù)眼控制器1送給主控制器35；

動(dòng)目標(biāo)38在t＝M△t時(shí)刻下，左復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₁y₁z₁下的位置矢量為在右復(fù)眼直角坐標(biāo)系x₂y₂z₂下的位置矢量為在探測(cè)坐標(biāo)系xyz下的位置矢量為根據(jù)空間幾何約束關(guān)系

可得到位置矢量與根據(jù)下列矢量關(guān)系

可得位置矢量最終通過(guò)不同時(shí)刻的位置矢量可描述動(dòng)目標(biāo)38的空間三維軌跡，并通過(guò)對(duì)時(shí)間t求一階導(dǎo)數(shù)及二階導(dǎo)數(shù)可得速度矢量和加速度矢量