一种用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置的制作方法

本发明涉及偏振成像的技术领域，具体涉及一种用于探测低空慢速小目标的的偏振探测装置。

背景技术：

随着低空领域的民用航天器的大量增加，急需研制开发针对低空慢速小目标的预警探测系统，以完善低空空域的监管技术手段。低空慢速小目标是指具有低空超低空飞行(飞行高度在1000m以下)、飞行速度慢(飞行速度小于200km/h)、不易被雷达发现(反射面积小于2m²)等特征的小型航空器和空飘物。低空慢速小目标探测的难点在于：由于低空慢速小目标飞行高度较低，导致其周围的杂波回波更强；低空慢速小目标飞行速度慢，使得目标回波和杂波信号在多普勒频率上十分接近，导致不论从时域还是频域都很难对目标进行有效检测；而且，在实际环境中，低空慢速小目标的有效反射截面积往往很小。

目前，常用的雷达监视方式由于存在低空探测盲区大、对小目标探测回波弱等缺点，且大视场光学扫描技术存在易受背景干扰，信噪比不足等缺点，对低空慢速小目标的预警探测效果不理想。

偏振成像方式可以探测不同材质、表面粗糙度等目标物的反射、自发辐射的偏振信息，能够有效地降低杂乱背景的影响，提高目标与背景的对比度，适合用于低空慢速小目标的探测。目前，实时偏振成像探测技术包括分振幅、分孔径、分焦面三种主要工作方式。分振幅系统结构复杂、体积大，分孔径系统能量利用率低，分焦面系统的视场角小，所以传统的实时偏振探测技术无法直接应用于低空慢速小目标的预警监视探测。

因此，针对现有的低空慢速小目标探测所存在的问题，有必要提供一种具有探测范围大、分辨率高、信噪比高、准实时的用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置。

技术实现要素：

针对现有的雷达探测装置探测低空慢速小目标效果不理想，现有的偏振探测装置无法直接适用于低空慢速小目标探测的问题，本发明实施例提出一种用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置。本发明实施例所提出的用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置采用偏振成像方式对低空慢速小目标进行探测，具有探测范围大、分辨率高、信噪比高且实时性好的优点。

该用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置的具体方案如下：一种用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置，包括：光学系统，用于形成光通路并生成偏振图像；探测器，用于检测经过所述光学系统的光；曝光控制系统，与所述光学系统配合，用于控制所述探测器在预设时间点曝光；图像处理器，用于处理所述偏振图像以获得偏振度及偏振角图像；机械支撑系统，用于支撑和连接所述光学系统和曝光控制系统。

优选地，所述光学系统包括依次设置的前镜组、扫描模块和后镜组。

优选地，所述前镜组包括多个通道，每个通道内包括一组视场偏移棱镜和一个线偏振片。

优选地，所述多个通道为均匀分布在机械盘圆周上的九个通道，所述九个通道均分成三组通道，每组通道内的视场偏移棱镜相同，每组通道内的线偏振片的起偏方向不同。

优选地，所述每组通道内的线偏振片的起偏方向分别与水平方向的夹角为0°、60°和120°。

优选地，所述扫描模块包括扫描镜组和扫描转台，所述扫描镜组与所述扫描转台固定连接。

优选地，所述扫描镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜的光轴与所述后镜组的光轴的夹角成45度。

优选地，所述曝光控制系统包括九个感应器和一个光电开关，所述九个感应器均匀布置在所述扫描转台的周边。

优选地，所述机械支撑系统包括用于固定前镜组的机械盘以及与所述机械盘连接的底板。

优选地，所述图像处理器根据不同偏度的偏振图像解算出偏振度及偏振角图像，再将不同视场方向的偏振度及偏振角图像进行拼接，从而合成最终偏振图像。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供一种用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置，该偏振探测装置采用偏振方式，有效地降低了复杂背景对探测精度的影响，提高了目标与背景的对比度，有效地提高了装置的探测能力。进一步地，本发明实施例所提供的偏振探测装置采用旋转式扫描镜结合视场偏移棱镜的方法，用时间换空间，先获得不同视场区域的图像再进行拼接，扩大了同样体积条件下探测装置的探测视场。进一步地，本发明实施例所提供的偏振探测装置根据低空慢速小目标的运动速度低的特点，采用高速旋转的扫描镜依次经过带有0°、60°、120°偏振方向的前镜组曝光，可获得三个起偏角度下的偏振图像，只需控制好扫描速度与探测器的曝光时间，方便且有效地保证装置的实时探测精度。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置的结构示意图；

图2为图1所示实施例中光学系统的光路通道示意图。

附图中标号说明：

100、偏振探测装置1、机械盘2、通道

3、第一反射镜4、第二反射镜5、感应器

6、扫描转台7、光电开关8、后成像镜组

9、探测器10、底板11、视场偏移棱镜

14、后成像第一透镜15、后成像第二透镜16、后成像第三透镜

17、后成像第四透镜18、后成像第五透镜19、后成像第六透镜

20、后成像第七透镜21、探测器窗口22、滤光片

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明实施例中提供的一种用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置的结构示意图。该用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置100包括：用于形成光通路并生成偏振图像的光学系统，用于检测经过光学系统的光的探测器9，与光学系统配合且用于控制探测器9在预设时间点曝光的曝光控制系统，用于处理偏振图像以获得偏振度及偏振角图像的图像处理器(图中未示出)，用于支撑和连接所述光学系统和曝光控制系统的机械支撑系统。此处“连接”不仅包括机械上的直接连接，还包括控制过程中通过机械支撑系统使得光学系统和曝光控制系统形成控制条件的连接关系。

参照图1和图2所示，在该实施例中，光学系统包括依次设置的前镜组、扫描模块和后镜组。前镜组包括多个通道2，每个通道2内包括一组视场偏移棱镜11和一个线偏振片(图中未示出)。如图2所示，每组视场偏移棱镜11包括具有一定夹角的双光楔，起到偏移光轴的作用。优选地，如图1所示，多个通道为均匀分布在机械盘1圆周上的九个通道2，九个通道均分成三组通道。三个通道为一组，每组通道对应同一个视场方向。每组通道内的视场偏移棱镜11相同，每组通道内的线偏振片的起偏方向不同。每组通道内的线偏振片的起偏方向分别与水平方向的夹角为0°、60°和120°。不同组的通道分别对应水平方向相邻的三个视场。

参照图1和图2，扫描模块包括扫描镜组和扫描转台6，扫描镜组与扫描转台6固定连接。扫描镜组包括第一反射镜3和第二反射镜4，第一反射镜3的光轴和第二反射镜4的光轴相互平行，第一反射镜3的镜面和第二反射镜4的镜面相对放置。第一反射镜3的光轴和第二反射镜4的光轴与后镜组8的光轴的夹角成45度。扫描转台6与扫描镜组固定连接，扫描转台6的运动驱动扫描镜组绕后成像镜组8的光轴旋转。机械支撑系统包括用于固定前镜组的机械盘1，与所述机械盘连接的底板10。

参照图1，曝光控制系统包括九个感应器5和一个光电开关7，九个感应器5均匀布置在所述扫描转台6的周边，光电开关7位于机械支撑系统的底板10上。九个感应器5的位置和九个通道的位置分别相互对应。当扫描转台6旋转时，感应器5旋转至光电开关7的位置处时，触发探测器9的相机进行曝光。探测器9具体可采用可见光面阵探测器或凝视型红外焦平面阵列探测器。扫描系统绕后成像镜组光轴旋转，依次经过前镜组的九个通道位置时进行外触发曝光，从而获得三组水平视场相邻的图像。每组图像中均包含0°、60°、120°三幅偏振图像。

参照图2，本发明实施例中光学系统的光路通道示意图。在该实施例中，光经过前镜组、扫描模块和后镜组再达到探测器，形成偏振图像。后镜组8包括多个透射镜，具体包括一次排列的后成像第一透镜14、后成像第二透镜15、后成像第三透镜16、后成像第四透镜17、后成像第五透镜18、后成像第六透镜19、后成像第七透镜20。第一透镜14、后成像第二透镜15、后成像第三透镜16、后成像第四透镜17、后成像第五透镜18、后成像第六透镜19和后成像第七透镜20的口径、焦距、方向等有所不同。如本领域技术人员所知，在其他实施例中，后镜组8的具体透镜的个数或者参数也可作适应性地变化。优选地，在光进入探测器之前，探测器9的前方设置用于聚光的探测器窗口21及特定光波才能进入的滤光片22。

在获得三组水平视场相邻的图像，且每组图像中均包含0°、60°、120°三幅偏振图像后，图像处理器根据不同偏度度的偏振图像解算出偏振度及偏振角图像，再将不同视场方向的偏振度及偏振角图像进行拼接，从而合成最终偏振图像。图像处理器具体的解析每个市场的偏振特征的计算过程如公式1至公式5所示。

其中，i0表示线偏振片起偏方向为0°时获得的偏振图像，i60表示线偏振片起偏方向为60°时获得的偏振图像，i120表示线偏振片起偏方向为120°时获得的偏振图像，dolp表示偏振角图像，aolp表示偏振度。

在该实施例中，前镜组采用的是九个通道，相应地，旋转的扫描转台周边设置了九个感应器。在其他实施例中，前镜组也可采用其他数量的通道，如六个、八个、十个、十二个等，相应地，旋转的扫描转台周边也设置相应个数的感应器。

在该实施例中，将前镜组的九个通道分成了三组，每一组通道中采用了不同起偏方向的线偏振器。在其他实施例中，前镜组的九个通道也可以分成其他数量的组数，如两组、四组等。每一组通道中采用的起偏方向也可做适应性地变化。

本发明实施例提供的用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置100采用偏振方式，有效地降低了复杂背景对探测精度的影响，提高了目标与背景的对比度，有效地提高了装置的探测能力。

本发明实施例提供的用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置100采用旋转式扫描镜结合视场偏移棱镜的方法，用时间换空间，先获得不同视场区域的图像再进行拼接，扩大了同样体积条件下探测装置的探测视场。

本发明实施例提供的用于探测低空慢速小目标的偏振探测装置100根据低空慢速小目标的运动速度低的特点，采用高速旋转的扫描镜依次经过带有0°、60°、120°偏振方向的前镜组曝光，可获得三个起偏角度下的偏振图像，只需控制好扫描速度与探测器的曝光时间，方便且有效地保证装置的实时探测精度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。