[发明专利]一种提高外场重频激光光斑测量距离的方法

摘要

通过分析影响外场1.064μm波长激光光斑测量距离的因素，提出了一种有效提高外场重频激光光斑测量距离的方法。首先选用对被测激光光谱量子效率高的有外触发控制功能摄像机，且摄像机快门的开启和关闭可精确控制；其次，精确测量激光脉冲照射靶标时刻，预测后续激光脉冲照射靶标时刻，在保证激光光斑录取率的前提下，按照快门最优控制策略，在激光脉冲照射靶标前开启摄像机快门；最后，用激光脉冲下降沿作为摄像机快门关闭信号，可自适应多种激光照射频率、激光照射时序波动和激光脉宽抖动。通过尽量减小摄像机快门曝光时间，增加激光光斑图像信噪比，有效提高了外场重频激光光斑的测量距离，该方法也适用于提高其他波长重频激光光斑的测量距离。

主权项

一种提高外场重频激光光斑测量距离的方法，包括以下步骤：第一步，选用对被测激光光谱量子效率高的有外触发控制功能红外摄像机，红外摄像机快门的开启和关闭可精确控制，同时使用有外触发控制功能的激光光斑图像采集卡；第二步，通过精确测量第1～3个激光脉冲照射在靶标上的时刻，计算激光脉冲照射时序和相邻激光脉冲间隔时间，预测后续激光脉冲照射在靶标上的时刻，生成与激光脉冲上升沿和下降沿同步的方波信号，提高红外摄像机快门控制精度；第三步，从第4个激光脉冲开始，以测量的前3个激光脉冲照射靶标时刻为依据，准确估算激光脉冲照射靶标时刻的预测误差和红外摄像机快门控制误差，在保证激光光斑录取率的前提下，按照快门最优控制策略设定时间间隔，在激光脉冲照射靶标前启动激光光斑图像采集卡进入采集状态和开启红外摄像机快门；第四步，用激光脉冲下降沿作为红外摄像机快门关闭信号，可自适应多种激光照射频率、激光照射时序波动和激光脉宽抖动；激光光斑图像采集卡采集不到摄像机视频数据后，自动停止图像采集；通过对红外摄像机快门的最优控制，减小红外摄像机快门曝光时间，提高激光光斑图像的信噪比；其特征在于：第一步的红外摄像机(9)具有外触发控制功能，对被测激光光谱量子效率30％以上，快门开启和关闭可独立控制，控制误差不大于1μs；所述激光光斑图像采集卡(7)具有外触发控制功能，同步采集红外摄像机(9)输出的视频信号；第二步的激光脉冲照射靶标时刻测量单元包括：光电探测模块(1)、运算放大模块(2)、信号处理模块(3)、时码钟(4)、激光光斑测量控制计算机(5)；所述光电探测模块(1)探测照射在靶标上的激光脉冲，转换为对应的电脉冲信号；所述运算放大模块(2)对电脉冲信号进行检测和放大处理；所述信号处理模块(3)对电脉冲信号整形处理，生成标准方波信号；所述时码钟(4)测量方波信号上升沿到达时刻，生成激光脉冲到达时刻信息码；所述激光光斑测量控制计算机(5)控制光电探测模块(1)、运算放大模块(2)、信号处理模块(3)、时码钟(4)工作，记录每个激光脉冲照射在靶标上的时刻，计算激光脉冲发射时序；第三步的红外摄像机(9)快门控制策略是在保证激光光斑探测率的前提下，降低每帧图像的曝光时间，激光光斑图像采集卡(7)启动工作策略是在保证激光光斑图像视频数据录取率的前提下，抑制干扰信号的影响；激光光斑测量单元包括：激光光斑测量控制计算机(5)、图像采集卡控制信号模块(6)、激光光斑图像采集卡(7)、红外摄像机控制信号模块(8)、红外摄像机(9)；所述的红外摄像机(9)快门开启控制策略，是在准确估算激光脉冲时序波动、激光脉冲时序测量误差、控制信号误差、红外摄像机快门控制误差的基础上，精确控制红外摄像机快门开启时刻，在保证激光光斑录取率的同时减小每帧图像的曝光时间，提高激光光斑图像的信噪比；所述的激光光斑图像采集卡(7)启动控制策略，是根据红外摄像机(9)快门开启时刻和激光光斑图像采集卡启动时间，确定启动时刻，在保证激光光斑图像录取率的同时，抑制干扰信号的影响；所述激光光斑测量控制计算机(5)根据激光脉冲到达时刻信息码，按照激光光斑图像采集卡启动控制策略生成高电平信号到图像采集卡控制信号模块(6)；所述图像采集卡控制信号模块(6)收到高电平信号后，生成激光光斑图像采集卡(7)启动信号；所述激光光斑测量控制计算机(5)根据激光脉冲到达时刻信息码，按照摄像机快门开启控制策略生成高电平信号输出到红外摄像机控制信号模块(8)；所述红外摄像机控制信号模块(8)收到高电平信号后，生成红外摄像机(9)快门开启信号；第四步的红外摄像机(9)用激光脉冲下降沿作为快门关闭信号，激光光斑图像采集卡(7)收不到红外摄像机(9)视频数据后，自动停止图像采集；所述激光光斑测量控制计算机(5)检测到方波信号的下降沿后，生成低电平信号输出到红外摄像机控制信号模块(8)；所述红外摄像机控制信号模块(8)收到低电平信号后，生成红外摄像机(9)快门关闭信号，至此完成了一个激光脉冲发射时刻测量和激光光斑图像拍摄。