[发明专利]一种面向极微弱信号的双谱段激光成像装置

说明书

本发明公开了一种面向极微弱信号的双谱段激光成像装置，包括双谱段脉冲激光发射系统、遮光罩、光学接收系统、空间光调制器组件、中继光学组件、阵列探测组件、多通道高速信号采集单元、综合控制与数据处理单元。双谱段脉冲激光发射系统发射两束不同波长的激光照射目标，产生的后向散射信号经光学接收系统汇聚到空间调制器所在一次像面后，经过空间调制，将激光信号反射至中继光学组件后，由阵列探测组件完成两个波长的激光信号探测，多通道高速信号采集单元实现对信号的采集记录，最后由综合控制与数据处理单元完成基于压缩感知理论的计算成像，同时重构出目标的两个波长的三维图像。

技术领域

本发明涉及激光三维成像技术领域，特别涉及一种面向极微弱信号的双谱段激光成像装置。

技术背景

传统激光三维成像主要有两种方式：点扫描方式和大面阵闪光成像方式。点扫描方式，通过利用激光扫描机构和单点探测器配合，以激光光斑逐点对目标的扫描，其分辨率与激光光斑大小有关。在点扫描方式下，对目标进行激光三维成像时需要一定的扫描时间，不适合运动目标；同时远距离下，由于光的衍射，照射在目标上的光斑将大于目标本身，无法对远距离目标进行成像。大面阵闪光成像方式，通过利用大面阵探测器接收，以非扫描式的激光直接照射目标，获取目标的三维图像，分辨率与探测器规模有关。目前应用于高分辨激光成像的大面阵探测器研制难度极大，只掌握在国际少数几家公司手中；同时，大规模面阵器件规模使用，在一定信噪比要求下，，激光器能量与接收口径将显著增大，难以进行远距离高分辨成像。若要同时实现多谱段激光成像时，无论从技术上还是设备规模上，要求将会进一步显著提升。

当面向天基对空间目标进行激光三维成像的应用时，由于宇宙空间尺度大，作用距离远，目标处于高速，且天基平台在尺寸、功耗、重量、指向等约束严格，传统激光成像方式

设备规模、积分时间、空间分辨率、激光能量、探测灵敏度等无法同时满足空间应用要求。因此，目前尚未有有效的系统与方法解决空间应用的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种面向极微弱信号的双谱段激光成像的装置与方法，解决传统激光成像方式在脉冲能量不足、探测灵敏度不足、积分时间。空间分辨率、设备规模、谱段等难以兼顾的难题，实现对目标高分辨、高灵敏、高速度、多谱段激光三维成像。

本发明的技术方案如下：一种面向极微弱信号的双谱段激光成像装置，包括双谱段脉冲激光发射系统、遮光罩、光学接收系统、中继光学组件、阵列探测组件、多通道高速计数单元、综合控制与数据处理单元；

所述双谱段脉冲激光发射系统以一定的重复频率发射两束不同谱段的脉冲激光照射目标，产生的后向散射双谱段激光信号经遮光罩后被光学接收系统接收；所述中继光学组件位于光学接收系统与四个阵列探测组件E1～E4之间；所述多通道高速计数单元对阵列探测器组件输出的电信号进行采集和记录，并形成信号的光子事件计数统计，并输出到综合控制与数据处理单元；综合控制与数据处理单元用于双谱段脉冲激光发射系统、中继光学组件、阵列探测组件、多通道高速计数单元的同步与控制，并对多通道高速计数单元采集记录的数据进行数据处理。

所述的两束不同谱段激光信号采用532nm、1064nm激光信号。

所述的激光照射目标指在目标处激光光斑尺寸大于目标尺寸，激光光斑能覆盖目标。

所述光学接收系统位于遮光罩后端，收集来自目标后向散射回来的双谱段激光信号并将双谱段激光信号汇聚到中继光学组件。

所述光学接收系统形式为卡塞格林式光学系统。