[发明专利]基于脉冲激光散射光同步的距离选通同步控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于硬件实现的距离选通同步控制装置，特别是一种基于脉冲激光散射光同步的高精度距离选通同步控制装置。

背景技术

水下脉冲激光成像系统是在海水对蓝绿激光(480-550nm)低损耗窗口的基础上所建立的一种新型水下成像系统。国际上20世纪90年代初期美国研制出实用的“魔灯”系统；在国内，相关研究起步较晚，直到21世纪初期才建立实验系统，但性能与国外系统还是存在很大差距。

距离选通技术是利用脉冲激光器和选通摄像机，以时间为先后分开不同距离上的散射光和目标的反射光，使被观察目标的反射光刚好在摄像机选通工作的时间内到达摄像机并成像。其工作原理如图1所示，其中包括激光器、像增强器、摄像机和同步控制装置。激光器发射激光脉冲对目标进行照射，摄像机接收到目标反射的激光并成像。当激光脉冲处于往返途中时，摄像机选通门(或光闸)关闭，如图1a所示；当反射光到达摄像机时，选通门开启，让来自目标的反射光进入摄像机，如图1b所示。

同步控制技术是实现距离选通技术的核心技术，直接关系到能否得到目标的选通图像。同步控制技术主要实现的功能是使激光器和选通接收器实现同步，并且提供脉冲宽度和延迟时间可调的选通脉冲。同步控制的实现方式主要有两种：一种是内同步方式，另一种是外同步方式。

内同步方式，激光器发射激光脉冲的同时输出源触发信号，同步控制电路根据源触发信号将延迟和宽度可调的选通脉冲输入到ICCD摄像机以实现激光器和ICCD摄像机的同步。

外同步方式，源触发信号由脉冲延迟发生器产生，脉冲延迟发生器分别从两个通道将触发信号输入到脉冲激光器和ICCD摄像机。通过分别控制这两个延迟通道的延迟时间可以达到同步脉冲激光器和ICCD摄像机的目的。

这两种同步方式都是基于激光器的同步方式，要求激光器有外同步功能，但是激光器发射激光脉冲存在一个随机的建立时间，严重影响了系统的同步控制精度。

发明内容

为了克服现有基于激光器的同步控制技术易受激光脉冲建立时间影响的缺点，本发明的目的是提供一种基于脉冲激光散射光同步的距离选通同步控制装置，它能够输出延迟精度为1ns、脉冲宽度精度为10ns的选通脉冲，为距离选通技术提供最核心的解决方案。

为实现所述目的，本发明提供一种基于脉冲激光散射光同步的距离选通同步控制装置，包括一个光电转换电路、一个同步控制信号驱动器、一个复合同步控制信号驱动器、一个中心控制和数据交换器、主控机、第一可编程延迟器和第二可编程延迟器，其中：

光电转换电路，其输入端接收入射激光脉冲散射光，生成并输出源触发信号；

同步控制信号驱动器和复合同步控制信号驱动器，各自的输入端连接光电转换电路及中心控制和数据交换器的输出端；同步控制信号驱动器与复合同步信号驱动器同步接收源触发信号、同步接收中心控制和数据交换器发送的控制信号和配置数据；同步控制信号驱动器，用于生成并输出带有延迟信息和脉冲宽度信息的同步控制脉冲信号；复合同步信号驱动器，用于生成并输出带有延迟信息的复合同步信号；

第一可编程延迟器，其输入端连接同步控制信号驱动器及中心控制和数据交换器的输出端，接收带有延迟信息和脉冲宽度信息的同步控制脉冲信号、接收中心控制和数据交换器发送步长控制信号，第一可编程延迟器调整带有延迟信息和脉冲宽度信息的同步控制脉冲信号的步长，得到并输出经过调整的同步控制脉冲信号，用于控制像增强器的选通时刻和选通门宽；

第二可编程延迟器，其输入端连接复合同步控制信号驱动器及中心控制和数据交换器的输出端，接收带有延迟信息的复合同步信号和中心控制和数据交换器发送的步长控制信号；第二可编程延迟器调整带有延迟信息的复合同步信号的步长，得到并输出经过调整的复合同步信号，用于控制摄像机的工作时间；

主控机，具有控制端和数据输入输出端与中心控制和数据交换器连接，其控制端输出控制命令，其数据输入输出端读取中心控制和数据交换器输出的状态反馈数据及输出的延迟数据；

中心控制和数据交换器，具有控制端和数据输入输出端，其控制端分别与同步控制信号驱动器、复合同步控制信号驱动器、第一可编程延迟器、第二可编程延迟器的输入端及主控机的控制端和数据端连接，发送控制命令和延迟数据，并根据控制命令和延迟数据分别配置同步控制信号驱动器、复合同步控制信号驱动器、第一可编程延迟器、第二可编程延迟器，中心控制和数据交换器，用于向主控机发送状态反馈数据、输出延迟数据。