专利名称：Iccd增益正弦波调制无扫描速度成像器的制作方法
技术领域：
本发明属于光电成像领域，具体是涉及一种应用ICCD增益正弦波调制成像 的成像器。
背景技术：
目前在光电成像领域的一大难题就是如何获取目标的速度像。速度成像对 于目标识别，交通管制等领域具有重大意义。己有速度成像方式主要是基于单 点目标的多普勒频移得到目标上某一个单点位置的速度，再通过扫描器对目标 上其余各个点进行扫描，最终通过计算获得目标作为一个整体的速度像。由于 受扫描器扫描速度的影响，造成目标各点速度不是同时测得的，因此瞬时的测 速误差很大，如果目标是一个关联性较差的群体目标，则会带来更大的测速误 差。
发明内容
本发明的目的是解决目前基于多普勒频移逐点扫描获取目标速度像的测速 装置误差大的问题，提供了 ICCD增益正弦波调制无扫描速度成像器。
本发明包括正弦波函数发生器、半导体激光电源、半导体激光器、发射光 学整形系统、高压调制电源、接收光学系统、ICCD面阵探测器和控制处理器， 半导体激光器发射出的激光光束经发射光学整形系统整形后照射到目标上，经 目标反射后的激光光束被接收光学系统接收、汇聚至ICCD面阵探测器的光输入 端，ICCD面阵探测器的图像输出端与控制处理器的图像输入端相连，控制处理 器的函数发生控制端与正弦波函数发生器的控制端相连，正弦波函数发生器的 激光发射控制端与半导体激光电源的控制端相连，半导体激光电源的输出端与 半导体激光器的输入端相连，正弦波函数发生器的调制信号控制端与高压调制 电源的控制端相连，高压调制电源的调制信号输出端与ICCD面阵探测器的调制 信号控制端相连。本发明的优点是本发明所述成像器采用ICCD面阵探测器，将经目标反射 收集到的光束统一处理，而不是逐点扫描，没有时间差，所得到的目标速度像上 各像素的速度精度高，误差小。
图l是本发明的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式包括正弦波
函数发生器l、半导体激光电源2、半导体激光器3、发射光学整形系统4、高 压调制电源5、接收光学系统6、 ICCD面阵探测器7和控制处理器8，半导体激 光器3发射出的激光光束经发射光学整形系统4整形后照射到目标上，经目标 反射后的激光光束被接收光学系统6接收、汇聚至ICCD面阵探测器7的光输入 端，ICCD面阵探测器7的图像输出端与控制处理器8的图像输入端相连，控制 处理器8的函数发生控制端与正弦波函数发生器1的控制端相连，正弦波函数 发生器1的激光发射控制端与半导体激光电源2的控制端相连，半导体激光电 源2的输出端与半导体激光器3的输入端相连，正弦波函数发生器1的调制信 号控制端与高压调制电源5的控制端相连，高压调制电源5的调制信号输出端 与ICCD面阵探测器7的调制信号控制端相连。
具体实施方式
二本实施方式与实施方式一的不同之处在于，控制处理器8 对ICCD面阵探测器7输出的信号进行傅立叶变换获得目标上各点同一时刻的速 度，进而获得目标的速度像，其它组成及连接方式与实施方式一相同。
工作原理
本发明分为发射和接收两大部分，发射部分主要是半导体激光器3，接收系 统主要是可进行增益调制的ICCD面阵探测器7，具体的工作过程如下
正弦波函数发生器1产生的正弦波信号为
牟」=^.歸？ (1) 其中，6T^为光强，0为所述正弦波的频率。
所述正弦波信号通过控制半导体激光电源2驱动半导体激光器3发射激光光束，所述发射的激光光束为
尸(^」=尸0^歸/ (2)
其中，/YW为发射激光光束的光强，尸。为发射激光光束光强的幅值。
所述发射的激光光束经发射光学整形系统4整形后照射到目标上，经目标 反射后的激光光束被接收光学系统6接收并汇聚至ICCD面阵探测器7的光输入 端，形成回波信号，则照射在ICCD面阵探测器7的回波信号表示为
尸/^U尸X0 + A非+ ^) (3)
其中P乂O为回波信号的光强，《为回波信号光强户乂O的幅值，^为回波
信号与ICCD调制信号的位相延迟，A"为回波携带的目标运动造成的多普勒频 移，且
A^丄 (4)
公式(4)中c为光速，v为目标的运动速度。
正弦波函数发生器1的调制信号控制端与高压调制电源5的控制端相连， 通过高压调制电源5控制ICCD面阵探测器7的增益Gf^ ， ICCD面阵探测器7 的增益G^为
二 G0 s/mw/ (5)
其中，G。为所述ICCD面阵探测器7的增益W"的幅值。 输入到ICCD面阵探测器7的回波信号经正弦波调制形成ICCD调制信号， 获得增益，ICCD面阵探测器7的微通道板7-1输出的中间光信号表示为
斷J 二尸。w'"(Y w + Aw」"^」x G0wf (6 )
其中，"W为ICCD面阵探测器7的微通道板7-1输出的中间光信号的光强， 回波信号与ICCD调制信号进行混频，混频后的信号作为ICCD面阵探测器7的 微通道板7-1输出的中间光信号输出。
所述微通道板7-1输出的中间光信号要经过ICCD面阵探测器7的荧光屏7-2输出，由于ICCD面阵探测器7的荧光屏7-2只能响应较低频的信号，对于 高频不响应，因此，最终ICCD面阵探测器7输出到控制处理器8的输出光信号 只保留频率较低的差频项，则所述荧光屏7-2输出的光信号为
ZY一尸"G,(^W + ^」 (7)
其中，ZY/j为荧光屏7-2输出光信号的光强。
荧光屏7-2输出的光由ICCD面阵探测器7中的CCD7-3采集并输出给控制 处理器8，因ICCD面阵探测器7的输出光信号为离散信号，由控制处理器8对 所述离散信号进行傅立叶变换
/Yzky」=」一『尸/ oCC^A欣+ ^Xzl欣, (8) V ;r》
经上式傅立叶变换得到A^后，再根据公式(4)可获得目标的速度v: 紐xc
v =- (9)
必
下面举出一个具体的实施例
例如目标的待测运动速度为v二，m/s，利用本发明装置测量它的速度时给 出一个具体的参数正弦波函数发生器1产生的正弦波的调制频率份二7MMHz， 则半导体激光器3发射激光的光强变化的频率也就是lOOMHz，该发射激光信号 照射到目标(物体)反射时，发生多普勒频移，根据公式(4)，反射回来的回 波信号的光强变化频率^ ± /ky应为
<z> ± △份=<y ±
C /
50
=，MHz ± -j-^
=彻MHz ± /6.7Hz
其中，目标远离本装置运动，取负号，目标接近本装置，取正号。回波信 号与ICCD的调制信号份二7WMHz进行混频，参照公式(6)，其输出结果中包含
6频率为200MHz、 100MHz的高频项和16. 7Hz的低频项，由于ICCD面阵探测器7 的荧光屏7-2响应频率的一般小于lKHz，因而不能响应输出的高频项，所以荧 光屏7-2输出的信号就是一个频率为16. 7Hz的低频正弦或者余弦信号，参见公 式(7)。利用ICCD面阵探测器7中的CCD7-3对这个信号进行采集，并对采集 后的数据进行傅立叶变换(参见公式(8))就可以得到该低频信号的频率，进 而通过公式(9)获得目标的运动速度50m/s。
具体实施方式
三本实施方式与实施方式一的不同之处在于，正弦波函数 发生器1所产生的正弦波的频率可调，其它组成及连接方式与实施方式一相同。
选择不同的频率是因为ICCD面阵探测器7本身具有的CCD7-3测量时相当 于一个采样器，如果目标的多普勒频移频率太高，CCD7-3则无法对其进行采样， 进而影响这个装置的工作。为了能顺利采样，采用的办法就是调解对半导体激 光器3和ICCD面阵探测器7的调制频率(见公式4)，使目标的多普勒频移落在 CCD7-3能够测量的范围内。CCD7-3 —般的采样频率小于25Hz，如果目标速度 100m/s，同时，对半导体激光器3和ICCD面阵探测器7进行lOOMHz的调制， 则ICCD面阵探测器7的荧光屏7-2输出的信号频率为33. 3Hz，高于CCD7-3的 采样频率，则CCD7-3无法进行采样，此时，解决的办法就是提高调制频率，如 果调制频率变为200MHz，则荧光屏7-2输出的信号频率为16. 7Hz， CCD7-3就能 够对其进行测量，正常工作。
因此，为了能正常进行测量工作，需根据具体情况改变调制频率，即改变 正弦波函数发生器1所产生的正弦波的频率。
具体实施方式
四本实施方式与实施方式一的不同之处在于，半导体激光 电源2的电压范围是3V 100V，其它组成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式
五本实施方式与实施方式一的不同之处在于，半导体激光 器3的功率为10W 100KW，线宽为0. lnm 10nm，脉宽为10ns 10ii s，其它组 成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式
六本实施方式与实施方式一的不同之处在于，控制处理器8 采用DSP微处理器，其它组成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式
七本实施方式与实施方式一的不同之处在于，高压调制电
源5的电压范围是400V-1000V，其它组成及连接方式与实施方式一相同。
权利要求
1、ICCD增益正弦波调制无扫描速度成像器，其特征在于它包括正弦波函数发生器(1)、半导体激光电源(2)、半导体激光器(3)、发射光学整形系统(4)、高压调制电源(5)、接收光学系统(6)、ICCD面阵探测器(7)和控制处理器(8)，半导体激光器(3)发射出的激光光束经发射光学整形系统(4)整形后照射到目标上，经目标反射后的激光光束被接收光学系统(6)接收、汇聚至ICCD面阵探测器(7)的光输入端，ICCD面阵探测器(7)的图像输出端与控制处理器(8)的图像输入端相连，控制处理器(8)的函数发生控制端与正弦波函数发生器(1)的控制端相连，正弦波函数发生器(1)的激光发射控制端与半导体激光电源(2)的控制端相连，半导体激光电源(2)的输出端与半导体激光器(3)的输入端相连，正弦波函数发生器(1)的调制信号控制端与高压调制电源(5)的控制端相连，高压调制电源(5)的调制信号输出端与ICCD面阵探测器(7)的调制信号控制端相连。
2、 根据权利要求1所述的工CCD增益正弦波调制无扫描速度成像器，其特 征在于控制处理器(8)对工CCD面阵探测器(7)输出的信号进行傅立叶变换获得目 标上各点同一时刻的速度，进而获得目标的速度像。
3、 根据权利要求1所述的工CCD增益正弦波调制无扫描速度成像器，其特 征在于正弦波函数发生器(l)所产生的正弦波的频率可调。
4、 根据权利要求1所述的ICCD增益正弦波调制无扫描速度成像器，其特 征在于半导体激光电源(2)的电压范围是3V 100V。
5、 根据权利要求1所述的ICCD增益正弦波调制无扫描速度成像器，其特 征在于半导体激光器(3)的功率为10W 100KW，线宽为0. 1nm 10，，脉宽为 10ns 10u s。
6、 根据权利要求1所述的工CCD增益正弦波调制无扫描速度成像器，其特 征在于控制处理器(8)采用DSP微处理器。
7、 根据权利要求1所述的ICCD增益正弦波调制无扫描速度成像器，其特 征在于高压调制电源(5)的电压范围是400V-1000V。
全文摘要
ICCD增益正弦波调制无扫描速度成像器，属于光电成像领域。本发明的目的是解决目前基于多普勒频移逐点扫描获取目标速度像的测速装置误差大的问题。本发明的半导体激光器发射出的激光光束经发射光学整形系统整形后照射到目标上，经目标反射后的激光光束被接收光学系统接收、汇聚至ICCD面阵探测器形成回波信号，正弦波函数发生器发出的激光经高压调制电源与ICCD面阵探测器相连形成ICCD调制信号，ICCD调制信号与回波信号进行混频后，并由控制处理器进行傅立叶变换处理，获得目标的速度像。本发明应用于光电成像领域获取目标的速度像。
文档编号G01S17/00GK101487897SQ20091007145
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者姜 何, 刘丽萍, 杰 吴, 孙秀冬, 勇 张, 宇 张, 飞 王, 远 赵, 陈锺贤, 靳辰飞 申请人:哈尔滨工业大学