激光主动探测装置及激光主动探测处置系统的制作方法

[0001]
本发明属于激光探测或感知技术领域，具体涉及一种激光主动探测装置及激光主动探测处置系统。


背景技术：

[0002]
在现代战争和高级别安防中，需要对核心区域和人员进行重点的安保布防工作，对潜在的狙击镜、隐蔽摄像头、专业望远镜等窃视目标实现探测和同步处置，对保障核心区域的安全起着至关重要的作用，针对窃视目标的光电探测作为一种重要的光电对抗手段开始广泛应用于现代安防领域。然而传统的基于ccd/cmos相机的激光主动探测或红外探测方式只能通过激光测距机获取窃视目标的距离信息，瞬时视场小、探测维度单一。


技术实现要素：

[0003]
本申请的目的是至少解决探测装置的探测视场范围小、探测效率低的问题，该目的是通过以下方式实现的。
[0004]
本发明的第一方面提出了一种激光主动探测装置，所述激光主动探测装置包括：
[0005]
光学收发单元，所述光学收发单元用于发射并接收探测激光，从而获取场景和窃视目标的回波信号；
[0006]
光电探测单元，所述光电探测单元用于将所述回波信号进行光电转换，从而获取所述窃视目标的距离、方位和强度以及所述场景的三维点云信息；
[0007]
光学扫描单元，所述光学扫描单元包括扫描转镜和探测水平转台，所述扫描转镜以可转动的方式反射探测激光，用于增大所述探测激光的发射角度和接收角度，所述探测水平转台用于带动所述激光主动探测装置整体进行转动。
[0008]
根据本申请的激光主动探测装置，通过光学收发单元发射并接收探测激光，从而获取场景和窃视目标的回波信号，并在回波信号的获取过程中通过探测水平转台转动激光主动探测装置，并通过扫描转镜增加探测激光的发射角度和接收角度，从而有效地增加探测激光的发射和接收范围，并通过光电探测单元对增大范围后的回波信号进行光电转换，从而增大对窃视目标的距离、方位和强度以及所述场景的三维点云信息的获取范围。
[0009]
另外，根据本申请中的激光主动探测装置，还可以具有如下附加的技术特征：
[0010]
在本申请的一些实施方式中，所述光学收发单元包括：
[0011]
探测激光器，所述探测激光器用于发射激光；
[0012]
激光准直分束组件，所述激光准直分束组件用于接收所述探测激光器发射的所述激光，并将所述激光耦合准直后分光；
[0013]
光学接收模组，所述光学接收模组用于接收所述回波信号并将所述回波信号聚集在所述光电探测单元。
[0014]
在本申请的一些实施方式中，所述光学接收模组与所述光电探测单元的光路上还设有窄带滤光片。
[0015]
在本申请的一些实施方式中，所述光电探测单元为apd、spad、iccd、pmt中任一种。
[0016]
在本申请的一些实施方式中，所述扫描转镜为多面棱镜、多面塔镜或45度反射镜。
[0017]
在本申请的一些实施方式中，所述激光主动探测装置还包括数据处理单元，所述数据处理单元用于对所述光学收发单元、所述光电探测单元和所述光学扫描单元进行控制，并能够对所述回波信号进行处理、数据采集和压缩。
[0018]
在本申请的一些实施方式中，所述激光主动探测装置还包括光学相机和gps定位器，所述光学收发单元和所述光电探测单元均设于壳体内，所述探测水平转台连接设于所述壳体的底部，所述光学相机和所述gps定位器连接设于所述壳体的顶部。
[0019]
本发明的另一方面还提出了一种激光主动探测处置系统，所述激光主动探测处置系统具有上述任一项所述的激光主动探测装置，还包括：
[0020]
激光处置装置，所述激光处置装置包括压制激光器，所述压制激光器能够根据所述窃视目标的距离、方位和强度向所述窃视目标发射压制激光；
[0021]
上位机显控装置，所述上位机显控装置用于对所述激光探测装置和激光处置装置进行系统控制。
[0022]
在本申请的一些实施方式中，所述激光处置装置还包括指向调整单元，所述指向调整单元用于调整所述压制激光器发射的压制激光的方向。
[0023]
在本申请的一些实施方式中，所述指向调整单元包括扫描模块和压制水平转台，所述扫描模块用于增大所述压制激光器发射的压制激光的范围，所述压制水平转台用于对所述压制激光器进行转动。
附图说明
[0024]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。其中：
[0025]
图1为本申请一实施方式的激光主动探测装置的部分结构示意图；
[0026]
图2为图1中激光主动探测装置的光线图；
[0027]
图3为具有图1中激光主动探测装置的激光主动探测处置系统的部分结构示意图；
[0028]
图4为图3中激光处置装置的部分结构示意图。
[0029]
附图中各标号表示如下：
[0030]
100：激光主动探测处置系统；
[0031]
10：激光主动探测装置、11：光学收发单元、111：探测激光器、112：激光准直分束组件、113：光学接收模组、1131：第一反射镜、1132：透镜、1133：第二反射镜、114：窄带滤光片、12：光电探测单元、131：扫描转镜、132：探测水平转台、14：数据处理单元、15：光学相机、16：gps定位器、17：壳体；
[0032]
20：激光处置装置、21：压制激光器、22：指向调整单元、221：扫描模块、222：压制水平转台、23：激光整形模块、24：嵌入式控制处理单元；
[0033]
30：上位机显控装置。
具体实施方式
[0034]
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请中的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请中的技术方案而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请中技术方案，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0035]
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
[0036]
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其他数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
[0037]
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其他元件或者特征下面”或者“在其他元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其他元件或者特征上面”或者“在其他元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其他方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
[0038]
结合图1和图2所示，本实施方式激光主动探测装置10包括光学收发单元11、光电探测单元12和光学扫描单元，光学收发单元11用于发射并接收探测激光，从而获取场景和窃视目标的回波信号，光电探测单元12用于将回波信号进行光电转换，从而获取窃视目标的距离、方位和强度以及场景的三维点云信息，光学扫描单元包括扫描转镜131和探测水平转台132，扫描转镜131以可转动的方式反射探测激光，用于增大探测激光的发射角度和接收角度，探测水平转台132用于带动激光主动探测装置10整体进行转动，用于实现二维视场组合扫描，从而增大探测激光的发射角度和接收角度。
[0039]
根据本申请的激光主动探测装置10，通过光学收发单元11发射并接收探测激光，从而获取场景和窃视目标的回波信号，并在回波信号的获取过程中通过探测水平转台132转动激光主动探测装置10，并通过扫描转镜131增加探测激光的发射角度和接收角度，从而有效地增加探测激光的发射和接收范围，并通过光电探测单元12对回波信号进行光电转换，从而获得大视场内窃视目标的距离、方位和强度以及所述场景的三维点云信息。
[0040]
再如图2所示，本实施方式的光学收发单元11包括探测激光器111、激光准直分束
组件112、光学接收模组113和窄带滤光片114，从而用于发射探测激光和接收汇聚回波信号。其中，探测激光器111用于发射激光，优选高重频脉冲光纤激光器，激光波段优选为近红外波段，可以为1064nm、1550nm等。图2中箭头所示方向为激光的运动方向。激光准直分束组件112用于接收探测激光器111发射的激光，并将激光耦合准直后分光。分光后的激光经扫描转镜131的反射作用后沿图2中的俯仰方向进行发射，从而增大了激光的发射角度和接收角度，实现俯仰大视场扫描。同时，探测水平转台132带动整个激光主动探测装置10水平方向转动，实现全周扫描覆盖。当激光照射至场景或窃视目标后，返回回波信号，并再次通过扫描转镜131的作用反射至光学接收模组113。光学接收模组113用于接收回波信号并将回波信号聚集在光电探测单元12。其中，光学接收模组113包括沿光路方向依次的第一反射镜1131、透镜1132和第二反射镜1133，并最终将回波信号发送至光电探测单元12。光电探测单元12用于提取微弱激光回波信号并进行光电转换，对回波信号进行灰度量化得到窃视目标的距离、方位和强度，同步获取场景的三维点云信息。特别的，通过基于阵列接收光电探测单元12的多点扫描在保证点云密度的基础上有效提高了探测效率。
[0041]
在本申请的其他实施方式中，光学接收模组113具有多种透镜和反射镜的组合方式，能够将回波信号发送至光电探测单元12即可。光学接收模组113与光电探测单元12光路上还设有窄带滤光片114。窄带滤光片114用于过滤背景光干扰，从而保证特定波长的光波进入至光电探测单元12内，并通过光电转换形成电信号，进而保证探测范围的准确性。
[0042]
进一步地，本实施方式的激光主动探测装置10采用双向对称式的光电收发单元11，并各自设有相匹配的光电探测单元12和光学扫描单元，进一步地实现全方位的探测范围。
[0043]
本实施方式的光电探测单元12为apd(雪崩光电二极管)、spad(单光子探测器)、iccd(像增强型探测器)、pmt(光电倍增管)中的任一种。本实施方式的扫描转镜131为多面棱镜、多面塔镜或45度反射镜。
[0044]
再如图1所示，本实施方式的激光主动探测装置10还包括数据处理单元14。数据处理单元14用于对光学收发单元11、光电探测单元12和光学扫描单元进行控制，并能够对回波信号进行处理、数据采集和压缩，并能够与上位机显控装置进行数据交换。
[0045]
本实施方式的激光主动探测装置10还包括光学相机15和gps定位器16。光学收发单元11和光电探测单元12均设于壳体17内，探测水平转台132连接设于壳体17的底部，用于驱动壳体17转动，从而带动探测激光器111进行转动并朝圆周方向发射激光。光学相机15和gps定位器16连接设于壳体17的顶部。通过光学相机15、gps定位器16和探测激光器111实现多通道扫描成像，完成多维信息高精度解算，实现扫描信息互补，进一步保证探测结果的准确性。
[0046]
结合图3和图4所示，本发明的另一方面还提出了一种激光主动探测处置系统100，本实施方式的激光主动探测处置系统100具有上述任一实施方式的激光主动探测装置10。该激光主动探测处置系统100还包括激光处置装置20和上位机显控装置30。激光处置装置20包括压制激光器21，压制激光器21能够根据窃视目标的距离、方位和强度向窃视目标发射压制激光，达到对窃视目标并行探测处置的功能。压制激光器21优选为高功率半导体激光器，可以为固体激光器，激光波段优选为500nm～550nm，可以根据目标类型针对性的对人员进行眩目干扰或对光电设备等窃视目标进行干扰损毁。上位机显控装置30包括工控机和
操控软件，操控软件包括系统控制、状态监视、数据解算和显示交互模块，用于实现对整个系统的控制、运行状态监控、三维点云解算、数据计算分析处理，完成目标探测识别定位与处置、对外交互及数据存储。
[0047]
再如图4所示，本实施方式的激光处置装置20还包括指向调整单元22，指向调整单元22用于调整压制激光器21发射的压制激光的方向。本实施方式的指向调整单元22包括扫描模块221和压制水平转台222，扫描模块221用于增大压制激光器21发射的压制激光的范围，压制水平转台222用于对压制激光器21进行周向的转动。进一步地，本实施方式的激光处置装置20还包括激光整形模块23，激光整形模块23与对压制激光器21发射的压制激光进一步地处理，从而实现对目标区域的高功率激光压制。本实施方式的扫描模块221为一对双振镜组成的内嵌指向模块。压制水平转台222配合扫描模块221实现大范围内的动态扫描覆盖。
[0048]
再如图4所示，本实施方式的激光处置装置20包括间隔180
°
设置的双压制激光器21，可以对多目标同时进行实时压制，并且实现无盲区压制，有效地提高压制范围。
[0049]
本实施方式的激光处置装置20还包括嵌入式控制处理单元24，嵌入式控制处理单元24用于实现对激光处置装置20的控制，以及实现激光主动探测装置10和上位机显控装置30分别与激光处置装置20的数据交互。本实施方式的嵌入式控制处理单元24与上位机显控装置30可采取有线传输或无线传输的数据交互方式。
[0050]
根据本实施方式的激光主动探测处置系统，具体工作时包括以下步骤：
[0051]
1、通过探测激光器111发出探测激光，探测激光通过光学扫描单元快速完成对监控区域的扫描覆盖并返回回波信号，回波信号经光电探测单元12实现光信号到电信号的转换；
[0052]
2、上位机显控装置30与数据处理单元14控制激光信号和光学扫描单元的运动以及信号采集传输，传输信号在经过处理后传输至上位机显控装置30；
[0053]
3、上位机显控装置30接收获取的信号，通过三维点云、强度、深度、光谱、影像等信息的多维关联提取识别，分析判定是否为窃视目标；
[0054]
4、针对窃视目标进行实时处置，形成相应的应急响应，启动压制激光器21发射压制激光进行反制，实现对人员进行眩目干扰或对光电设备等窃视目标进行干扰损毁；
[0055]
5、结合光学相机15、gps定位器16等信息形成事件记录，对过程中产生的影像、位置、点云和原始数据进行记录、存储和管理。
[0056]
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。