激光差分扫描探测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光差分扫描探测方法及系统，该方法包括：收发同步扫描步骤，对发射光束和回波光束进行同步扫描，并保证扫描时两束发射光能量不变或扫描后的发射光在预定距离内会聚；分光步骤，将发射光由一束分为能量相等的两束；回波光束接收处理步骤，接收扫描后的回波光束，将光信号转变为电信号；差分放大处理步骤，对该电信号进行差分放大处理，并提取有用信息。该系统包括激光器、收发同步扫描光学分系统、分光光学分系统、回波光束接收处理分系统和差分放大处理分系统，其中收发同步扫描光学分系统可由双面行扫描振镜和倒一倍转向望远镜构成，也可为收发扫描反射式转鼓。本发明专利技术为激光探测技术在强后向介质中的应用开拓了新的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学
，尤其涉及激光差分扫描探测方法及系统。
技术介绍
在强后向散射介质中，相对于介质的强后向散射，要探测的远距离目标的 激光回波信号通常都很微弱，有的甚至淹没在介质的后向散射中，直接检测的探测效能非常低，针对该问题目前已有多种解决方案例如王江安教授等人提 出了利用线偏振激光发射，利用介质和目标对激光的退偏效应不同，通过检测 与发射激光偏振方向垂直的偏振方向的回波信号来提取出感兴趣的目标回波信 号，但这样的探测将绝大部分激光能量将被检偏器滤掉，激光能量利用率较低； 又例如利用探测后向散射光空间谱强度分布来从复杂后向散射噪声中提取目标 的有用回波信号，但这样一个激光发射要对应一个面阵探测器，折合到每个面 元上的发射功率更小，且算法复杂。事实上针对强后向散射介质中的激光目标探测，差分探测是一种行之有效 的探测方式。差分探测是用两束相对能量保持恒定(为了保证探测精度和灵敏 度，两束探测光的能量最好能够始终相等)的探测光探测不同的两个目标区域， 当目标出现在某一目标区域中，同时又不出现在另一目标区域中时，探测到的 激光回波信号会出现明显的差异。而差分放大的特性就是当两路信号相等时， 输出为0电平；而当两路信号差异明显时，差异越大，放大倍数越高。为了保证探测灵敏度较高，进行差分探测所要解决的首要问题是两束探测 光的能量应基本相等，其实现的方式有以下两种第一种是使用两个功率稳定 性非常高的发射激光器，采用这种方式，激光器的功率稳定性对探测灵敏度的 影响较大，实现高灵敏度的远程探测很难；第二种是将一束激光分束成能量相 等的两束探测光，采用该种方式只要激光的输出空间分布保持较好的对称性，功率稳定性对探测灵敏度的影响不大，因此可以有效地降低对发射激光器的功 率稳定性要求，提高差分探测灵敏度。在实际应用中只靠载体的运动进行搜索速度太慢，必须具备扫描搜索功能， 但是在光学上扫描搜索就意味着探测光束要产生偏转，在此情况下始终保持两 束差分光路的能量基本均衡是非常困难的，所有现有研究和专利都没有涉及或 暗示着通过何种技术手段来实现扫描差分探测。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种激光差分扫描探测方法，本专利技术还要 提供一种激光差分扫描探测系统。为解决上述技术问题，本专利技术激光差分扫描探测方法包括收发同步扫描步骤，用于对激光发射光束和两束激光回波光束进行同步扫描；分光步骤，用于将激光发射光束由一束光分为能量基本相等的两束光，即 将激光发射光束分为大小相等的两束；激光回波光束接收处理步骤，用于接收经过所述收发同步扫描步骤处理的 两束目标区域回波光束，并将该两个光信号分别转变为电信号；差分放大处理步骤，用于对所述两个电信号进行差分放大处理，并从中提 取有用的目标信息；所述收发同步扫描步骤如果在所述分光步骤之前，则所述收发同步扫描步 骤应保证扫描之后的发射激光能够在扫描光学元件之后预定的有限距离内会 聚；所述收发同步扫描步骤如果在所述分光步骤之后，则所述收发同步扫描步 骤应保证分光之后的两束发射激光在扫描过程中能量不变。为解决上述技术问题，本专利技术激光差分扫描探测系统包括激光器，用作激光光源；收发同步扫描光学分系统，用于对激光发射光束和接收的两束激光回波光 束进行同步扫描；分光光学分系统，用于将激光发射光束由一束光分为能量基本相等的两束光，即将激光发射光束分为大小相等的两束发射光束；激光回波光束接收处理分系统，用于接收经过所述收发同步扫描光学分系统处理的两束目标区域回波光束，并将该两个光信号分别转变为电信号；差分放大处理分系统，用于对所述两个电信号进行差分放大处理，并从中 提取有用的目标信息；在激光发射光束的光路中，如果所述收发同步扫描光学分系统在所述分光 光学分系统之前，则所述收发同步扫描光学分系统应保证其出瞳位置在扫描过 程中固定于预定的有限距离内的一点；在激光发射光束的光路中，如果所述收 发同步扫描光学分系统在所述分光光学分系统之后，则所述收发同步扫描光学 分系统应保证分光之后的两束激光发射光束在扫描过程中能量不变。所述收发同步扫描光学分系统可以为包括双面扫描镜和倒一倍转向望远 镜，其中所述双面扫描镜的两个反射面分别用于对发射光束和接收光束进行扫 描，所述倒一倍转向望远镜用于使所述双面扫描镜的两个反射面的扫描同步， 该倒一倍转向望远镜的出瞳位置应固定于预定的有限距离内的某处。所述双面扫描镜具体可以为双面行扫描振镜。相应地，所述分光光学分系统可以为反射分光棱镜，其位于所述倒一倍转 向望远镜的出瞳处，其分光方向可以平行于激光发射光束的扫描方向，也可以 垂直于所述激光发射光束的扫描方向。所述分光光学分系统还可以为包括一个平面反射镜和一个透射分光棱镜， 所述平面反射镜位于所述倒一倍转向望远镜的出瞳处，所述透射分光棱镜位于 所述平面反射镜的反射光路中。所述收发同步扫描光学分系统还可以为一个收发扫描反射式转鼓，该收发 扫描反射式转鼓的两个反射面分别用于对发射和接收光束进行扫描，相应地， 所述分光光学分系统置于所述激光器和所述收发扫描反射式转鼓之间，即该分 光光学分系统置于所述激光器和所述收发扫描反射式转鼓之间的激光发射光束光路中。该分光光学分系统将激光器的发射光束由一束光分为垂直于扫描方向 的能量基本相等的两束光，然后收发扫描反射式转鼓对该两束激光发射光束和 该两束激光发射光束的回波光束进行同步扫描。所述分光光学分系统具体可以为 一个透射分光棱镜。所述激光回波光束接收处理分系统可以为包括两个小视场接收分系统。 在本专利技术中，离开激光差分探测系统之前的激光均定义为发射激光。 本专利技术技术方案有效地解决了在激光扫描探测中如何将一束激光分为能量 基本相等的两束激光的问题，从而实现了激光差分扫描探测，这对于激光探测 技术在强后向介质中的应用开拓了 一种新的有效途径。本专利技术激光差分扫描探 测系统结构简单，可靠性高，只要激光发射光束能够保持较好的对称性，对发 射激光器的功率稳定性及其输出模式要求不高，结构上容易实现两束探测光的 光程对称，保证差分探测的灵敏度。 附图说明图l是本专利技术激光差分扫描探测系统的一种实施例；闺2是本专利技术激光差分扫描探测系统的另一种实施例；图3是本专利技术激光差分扫描探测系统的又一种实施例；图4是本专利技术激光差分扫描探测系统的再一种实施例。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例一、使用反射分光棱镜实现扫描差分探测，其差分探测分光方向与 扫描方向相同如图l所示，双面行扫描振镜(2)的两个反射面分别扫描激光器(6)的出 射光束和两束差分接收回波光束，倒一倍转向望远镜(7)使二者扫描同步。由 于激光器(6)的出射光束投射在双面行扫描振镜(2)的点是固定的(也就是倒 一倍转向望远镜的入瞳)，经过倒一倍转向望远镜成像在其像平面上的像点(也 就是倒一倍转向望远镜的出瞳)也是固定的，这样位于倒一倍转向望远镜的出8瞳处的反射分光棱镜(8)始终能将扫描光束平均地分为两束能量基本相等的探测光束，这两束扫描光束的回波光束经双面行扫描振镜(2)同步扫描后其光束 方向是固定的，所以可以用两个小视场接收分系统(1， 3)分别接收。再对接 收到的两个信号进行差分放大就能高灵敏度地提取出所需的目标反射信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光差分扫描探测方法，其特征在于包括：收发同步扫描步骤，用于对激光发射光束和两束激光回波光束进行同步扫描；分光步骤，用于将激光发射光束由一束光分为能量基本相等的两束光，即将激光发射光束分为大小相等的两束；激光回波光束接收处理步骤，用于接收经过所述收发同步扫描步骤处理的两束目标区域回波光束，并将该两个光信号分别转变为电信号；差分放大处理步骤，用于对所述两个电信号进行差分放大处理，并从中提取有用的目标信息；所述收发同步扫描步骤如果在所述分光步骤之前，则所述收发同步扫描步骤应保证扫描之后的发射激光能够在扫描光学元件之后预定的有限距离内会聚；所述收发同步扫描步骤如果在所述分光步骤之后，则所述收发同步扫描步骤应保证分光之后的两束发射激光在扫描过程中能量不变。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，陈念江，眭晓林，张小龙，杨进川，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]