[发明专利]一种脉冲激光光斑综合测试系统及光斑测试方法

说明书

本发明公开了一种脉冲激光光斑综合测试系统及光斑测试方法，系统包括光学瞄准单元、四象限光电探测器、采集处理电路、CCD成像探测器、CCD处理单元和图像显示单元，激光器发出的脉冲激光照射至目标后，其反射光斑经过光学瞄准单元同步入射至四象限光电探测器和CCD成像探测器上，CCD处理单元对CCD成像探测器处理获取光斑图像；采集处理电路对四象限光电探测器的输出电信号采集处理后得到光斑质心坐标；所述的光斑图像和光斑质心坐标实时显示在图像显示单元上；本发明将四象限光电探测和CCD成像探测两种激光探测技术集成在一起，两种传感器各自所获得的数据和图像融合在一起，实现了激光光斑的综合测试。

技术领域

本发明属于激光跟踪技术领域，主要涉及一种基于四象限探测器和CCD图像传感器构成的脉冲激光光斑综合测试系统及测试方法。

背景技术

在激光半主动制导武器中，需要对照射到目标上的激光光斑进行测量和精确跟踪，通常将激光光斑综合测试系统安装在直升机或固定翼飞机上，并引导武器进行打击，它为制导和非制导武器提供目标指示、重要目标威胁提示的视觉符号，为作战人员提供精确打击的指引系统，是激光精确打击协同战术非常重要的环节。

激光光斑综合测试包括四象限探测器和CCD图像传感器，在实际应用中，受到大气湍流和折射率变化的影响，导致入射至四象限探测器和CCD图像传感器的光斑出现随大气抖动变化现象，因此需要精确测量光斑随时间的变化特性，才能给作战人员提供准确的发射指引信息。

目前激光探测的核心是采集四象限光电探测器测量得到激光峰值信号，如“一种基于双四象限探测器的光学精密跟踪探测器(中国专利200910093364.8)”和“一种激光光斑及回波跟踪监测装置(中国专利201811336974.1)”，存在的问题是，采集捕捉的信号为脉宽10-20ns、重复频率10-20Hz的固体激光脉冲信号，目前基于光电探测器的脉冲激光光斑探测的方法主要有峰值保持和高速采集两种方式，其中峰值保持是将入射到探测器的纳秒脉冲信号展宽微秒级，然后采用低速数采进行采集，其存在的问题是这种展宽是根据脉冲的峰值强度进行展宽，降低了数据采集的难度，但不能保证数据采集的线性、动态范围，并不能反应激光光斑的真实参数。相比而言高速采集是一种精确的方案，但对于10ns的脉冲信号，采样系统的ADC采样率需要达到1GS/s以上，再加上图像传感器的大量数据，在数十秒至分钟级的连续工作中又给数据存储、实时显示和后台上传带来困难，最终影响到光斑跟踪的准确性和实时性。

发明内容

为克服现有光斑测试中存在的光电探测器和图像传感器采集数据量大，难以实时显示和上传的不足，本发明提出了一种光斑综合测试系统，通过对四象限探测器接收到光斑信号的触发后高速采集转换，只触发采集光脉冲时刻内的有效信号和光斑图像，从而实现了ns脉冲激光的光斑准确测量，并减小了电路和软件开销，满足了光斑实时测试及跟踪要求。

本发明的技术方案如下：

一种脉冲激光光斑综合测试系统，包括光学瞄准单元、四象限光电探测器、采集处理电路、CCD成像探测器、CCD处理单元和图像显示单元，激光器发出的脉冲激光照射至目标后，其反射光斑经过光学瞄准单元同步入射至四象限光电探测器和CCD成像探测器上，CCD处理单元对CCD成像探测器处理获取光斑图像；采集处理电路对四象限光电探测器的输出电信号采集处理后得到光斑质心坐标；所述的光斑图像和光斑质心坐标实时显示在图像显示单元上；所述的激光器输出重频脉冲激光；

所述的采集处理电路包括核心控制单元、加法器、总信号AD单元，以及分别对应四象限光电探测器四个象限的四只调理放大单元和四只象限AD单元；核心控制单元包括处理器、存储器和若干端口；加法器的输入端与四只调理放大单元的输出端联接，加法器的输出端与总信号AD单元的采样端联接；四只调理放大单元的输出端分别与对应的四只象限AD单元的采样端联接；总信号AD单元的输出端和触发端、四只象限AD单元的输出端和触发端分别与核心控制单元的端口联接；