[发明专利]一种非成像型星载激光告警系统

权利要求书

1.一种非成像型星载激光告警系统，其特征在于，包括光谱分析系统和定位系统，该光谱分析系统由动反射镜、衰减片、分光镜、第一光谱仪、第二光谱仪和电机组成，电机连接动反射镜，衰减片设置在动反射镜和分光镜之间，电机控制和转动动反射镜来调节目标激光的入射角，使目标激光穿过衰减片，经过分光镜分为两路激光，两路激光一路穿过透镜进入第一光谱仪，另一路穿过透镜进入第二光谱仪，第一光谱仪、第二光谱仪分析目标激光的光谱范围；

所述的定位系统包括前置光学系统、滤波及自增益控制模块、信号采集与处理模块和误差修正模块，前置光学系统由广角鱼眼透镜、衰光片、四象限探测器和放置在转盘上的滤光片组成，目标激光通过衰光片进入滤光片滤掉背景光，然后进入广角鱼眼透镜聚焦后进入四象限探测器的靶面产生四路信号；所述滤波及自增益控制模块由前置滤波放大器和主放大器组成，信号采集与处理模块由四路AD和FPGA组成；四路信号进入前置滤波放大器提高信噪比后进入主放大器放大，并由四路AD采样，该采样信号值进入FPGA中，FPGA将四路信号值进行高斯光斑定位，由光斑质心得到相对的目标激光角度信息，该角度信息一部分作为光谱分析系统的电机角度转动信息，控制动反射镜的转动角度，另一部分作为告警信息传递给己方地面基站；

所述光谱分析系统得到的光谱信息输入FPGA控制前置光学系统的步进电机，该步进电机带动转盘控制滤光片的选择。

2.根据权利要求1所述的非成像型星载激光告警系统，其特征在于，滤波及自增益控制模块的自增益的控制信号则由FPGA提供，四路AD所采主放大器的四路信号值进入到FPGA中，通过判断信号值是否超过5V或者低于0.5V，来改变FPGA的I/O口高低电平，将高低电平反馈给滤波及自增益控制模块的主放大器，通过控制主放大器的射极电阻来控制主放大器放大的倍数。

3.根据权利要求1所述的非成像型星载激光告警系统，其特征在于误差修正模块对FPGA中的数据进行修正，通过标定确定a、b值，在系统原始数据的基础上通过式(1)的变化，来消除系统本身误差和背景光对定位精度造成的影响，从而提高该系统的精度，

y＝ax+b (1)。

4.根据权利要求1所述的非成像型星载激光告警系统的告警方法，其特征在于，首先，未知目标激光经过鱼眼透镜形成圆形光斑，光斑中心位置(x₀，y₀)通过公式(2)得到，其中k为比例系数，是一常数；

S_A,S_B,S_C,S_D分别表示激光光斑分别落在四象限探测器的象限A、象限B、象限C、象限D上的激光能量值；

其次，基于高斯分布的光斑位置进行定位，具体如下：

四象限探测器输出光电流大小取决于探测器各象限所接收到光斑的光能量I，激光脉冲经光学系统汇聚后映射在四象限探测器光敏面上，假设质心坐标为(x₀，y₀)，此时探测器光敏面上(x，y)处的光强值I(x，y)在呈高斯分布的光斑模型中表示为：

其中，I₀/2πσ²为光斑质心处光强，σ为高斯分布的束腰半径，反映了光斑映射范围及衰减速度，可在标定时求出；

然后在计算四象限探测器各象限高斯分布的光斑能量时，探测器光敏面边界限制了高斯函数积分范围，考虑到激光光斑绝大部分能量都处在光敏面中，因此对光敏面边界的积分可近似为对无穷域积分，误差可忽略不计，此时四象限探测器光敏面上光斑能量总和由式(3)得到：

结合式(3)和式(4)，四象限输出电压总和U_总与光斑能量比例关系如式(5)所示：

U_总＝U_A+U_B+U_C+U_D＝M·I_总＝MI₀ (5)

其中，M是比例常量；根据式(5)，四象限输出电压与光斑质心位置的求解公式如下：

根据四路信号的电压值，得到光斑质心的坐标(x₀，y₀)，最终得到待测目标激光的相对位置，当系统得到了待测目标激光的精确定位和光谱信息，将一部分定位信息和光谱信息输送给卫星的动力控制系统，卫星动力控制通过调整卫星的飞行轨道、姿态和速度来躲避目标激光对卫星传感器的干扰或摧毁；同时将另一部分定位信息和光谱信息传送给地面基站，地面基站会发送干扰或摧毁目标激光光源，系统从而实现告警的功能。