[发明专利]一种大视场宽谱段集成式激光告警装置

权利要求书

1.一种大视场宽谱段集成式激光告警装置，其特征在于：包括视场压缩系统(1)、光阑(2)、光栅(3)、后置透镜(4)、窄带滤光片(5)和面阵探测器(6)，所述视场压缩系统(1)的光路方向上设置有光阑(2)，所述光阑(2)的光路方向上设置有光栅(3)，所述光栅(3)的光路方向上设置有后置透镜(4)，所述后置透镜(4)的光路方向上设置有窄带滤光片(5)，所述窄带滤光片(5)的光路方向上设置有面阵探测器(6)。

2.根据权利要求1所述的一种大视场宽谱段集成式激光告警装置，其特征在于：所述光栅(3)集成在后置透镜(4)的前端，所述窄带滤光片(5)集成在后置透镜(4)的后端。

3.根据权利要求1所述的一种大视场宽谱段集成式激光告警装置，其特征在于：所述窄带滤光片(5)采用多带通窄带滤光片，所述多带通窄带滤光片实现多个激光波长的测量，所述多带通窄带滤光片滤除与被测激光无用的干扰光。

4.根据权利要求1所述的一种大视场宽谱段集成式激光告警装置，其特征在于：所述光阑(2)与光栅(3)贴合设置，保证不同方向入射激光通过光栅(3)的光通量相同。

5.根据权利要求1所述的一种大视场宽谱段集成式激光告警装置，其特征在于：所述面阵探测器(6)采用宽谱段焦平面面阵探测器，所述宽谱段焦平面面阵探测器的分辨率为640×512，所述宽谱段焦平面面阵探测器的响应光谱范围为500～1700nm。

6.根据权利要求1所述的一种大视场宽谱段集成式激光告警装置，其特征在于：所述光栅(3)的光栅常数为5.5μm，所述光栅(3)的狭缝宽度为2.5μm，保证衍射后的0级光斑光强为±1级光强的2倍。

7.根据权利要求1所述的一种大视场宽谱段集成式激光告警装置，其特征在于：所述视场压缩系统(1)采用将120°视场压缩至34°的视场压缩系统。

8.根据权利要求1所述的一种大视场宽谱段集成式激光告警装置，其特征在于：所述面阵探测器(6)通过导线电性连接有控制及数据处理电路系统。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种大视场宽谱段集成式激光告警装置的告警方法，其特征在于：包括下列步骤：

S1、来袭激光首先通过视场压缩系统，对来袭激光的入射角度进行压缩；

S2、然后来袭激光经过置于孔径光阑处的光栅，并将来袭激光进行衍射；

S3、经过汇聚透镜组将衍射光束汇聚到宽谱段焦平面面阵探测器上。

S4、最后通过控制及数据处理电路系统对光斑信息进行处理，所处光斑中心坐标，以实现对来袭激光方位角、俯仰角以及波长的高精度探测。

10.根据权利要求9所述的一种大视场宽谱段集成式激光告警装置的告警方法，其特征在于：所述S4中对来袭激光方位角、俯仰角以及波长的高精度探测的方法为：由于不同入射角下的激光在面阵探测器上衍射形成的光斑中心位置不同，使用灰度质心法计算光斑中心坐标，由光斑激活的每个像素的灰度值按其位置加权，随后可以将光斑的质心计算为激活像素灰度值的加权和与激活像素的灰度值之和之间的比率；因此，光斑质心和坐标轴之间的偏移表示为：

所述x和y分别是光斑中心在水平和垂直方向上的偏移量，所述i和j分别是水平和垂直方向的像素个数，所述m和n分别代表光斑的水平和垂直覆盖的像素总数，所述G(i，j)是灰度强度；

而来袭激光经光栅衍射后的各级衍射角可以由以下公式表示：

所述k_x表示x方向的k级衍射光斑，所述k_y表示y方向的k级衍射光斑，所述α表示来袭激光在x方向的各级衍射角，所述β表示来袭激光在y方向的各级衍射角，所述γ表示来袭激光与主光轴之间的夹角，所述f表示透镜的焦距，所述d为光栅常数；

通过上述公式的推导，得出来袭激光的方位角α₀、俯仰角β₀和波长λ为：

所述x₀表示当k_x＝0时所推算出来的0级光斑坐标，所述x₁表示当k_x＝1时所推算出来的1级光斑坐标，所述x_-1表示当k_x＝-1时所推算出来的-1级光斑坐标。