專利名稱：Iccd增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電成像領(lǐng)域，具體是涉及一種應(yīng)用ICCD增益正弦波調(diào)制成像 的成像器。
背景技術(shù)：
目前在光電成像領(lǐng)域的一大難題就是如何獲取目標(biāo)的速度像。速度成像對 于目標(biāo)識別，交通管制等領(lǐng)域具有重大意義。己有速度成像方式主要是基于單 點目標(biāo)的多普勒頻移得到目標(biāo)上某一個單點位置的速度，再通過掃描器對目標(biāo) 上其余各個點進(jìn)行掃描，最終通過計算獲得目標(biāo)作為一個整體的速度像。由于 受掃描器掃描速度的影響，造成目標(biāo)各點速度不是同時測得的，因此瞬時的測 速誤差很大，如果目標(biāo)是一個關(guān)聯(lián)性較差的群體目標(biāo)，則會帶來更大的測速誤 差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決目前基于多普勒頻移逐點掃描獲取目標(biāo)速度像的測速 裝置誤差大的問題，提供了 ICCD增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器。
本發(fā)明包括正弦波函數(shù)發(fā)生器、半導(dǎo)體激光電源、半導(dǎo)體激光器、發(fā)射光 學(xué)整形系統(tǒng)、高壓調(diào)制電源、接收光學(xué)系統(tǒng)、ICCD面陣探測器和控制處理器， 半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的激光光束經(jīng)發(fā)射光學(xué)整形系統(tǒng)整形后照射到目標(biāo)上，經(jīng) 目標(biāo)反射后的激光光束被接收光學(xué)系統(tǒng)接收、匯聚至ICCD面陣探測器的光輸入 端，ICCD面陣探測器的圖像輸出端與控制處理器的圖像輸入端相連，控制處理 器的函數(shù)發(fā)生控制端與正弦波函數(shù)發(fā)生器的控制端相連，正弦波函數(shù)發(fā)生器的 激光發(fā)射控制端與半導(dǎo)體激光電源的控制端相連，半導(dǎo)體激光電源的輸出端與 半導(dǎo)體激光器的輸入端相連，正弦波函數(shù)發(fā)生器的調(diào)制信號控制端與高壓調(diào)制 電源的控制端相連，高壓調(diào)制電源的調(diào)制信號輸出端與ICCD面陣探測器的調(diào)制 信號控制端相連。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明所述成像器采用ICCD面陣探測器，將經(jīng)目標(biāo)反射 收集到的光束統(tǒng)一處理，而不是逐點掃描，沒有時間差，所得到的目標(biāo)速度像上 各像素的速度精度高，誤差小。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式包括正弦波
函數(shù)發(fā)生器l、半導(dǎo)體激光電源2、半導(dǎo)體激光器3、發(fā)射光學(xué)整形系統(tǒng)4、高 壓調(diào)制電源5、接收光學(xué)系統(tǒng)6、 ICCD面陣探測器7和控制處理器8，半導(dǎo)體激 光器3發(fā)射出的激光光束經(jīng)發(fā)射光學(xué)整形系統(tǒng)4整形后照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo) 反射后的激光光束被接收光學(xué)系統(tǒng)6接收、匯聚至ICCD面陣探測器7的光輸入 端，ICCD面陣探測器7的圖像輸出端與控制處理器8的圖像輸入端相連，控制 處理器8的函數(shù)發(fā)生控制端與正弦波函數(shù)發(fā)生器1的控制端相連，正弦波函數(shù) 發(fā)生器1的激光發(fā)射控制端與半導(dǎo)體激光電源2的控制端相連，半導(dǎo)體激光電 源2的輸出端與半導(dǎo)體激光器3的輸入端相連，正弦波函數(shù)發(fā)生器1的調(diào)制信 號控制端與高壓調(diào)制電源5的控制端相連，高壓調(diào)制電源5的調(diào)制信號輸出端 與ICCD面陣探測器7的調(diào)制信號控制端相連。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處在于，控制處理器8 對ICCD面陣探測器7輸出的信號進(jìn)行傅立葉變換獲得目標(biāo)上各點同一時刻的速 度，進(jìn)而獲得目標(biāo)的速度像，其它組成及連接方式與實施方式一相同。
工作原理
本發(fā)明分為發(fā)射和接收兩大部分，發(fā)射部分主要是半導(dǎo)體激光器3，接收系 統(tǒng)主要是可進(jìn)行增益調(diào)制的ICCD面陣探測器7，具體的工作過程如下
正弦波函數(shù)發(fā)生器1產(chǎn)生的正弦波信號為
牟」=^.歸？ (1) 其中，6T^為光強，0為所述正弦波的頻率。
所述正弦波信號通過控制半導(dǎo)體激光電源2驅(qū)動半導(dǎo)體激光器3發(fā)射激光光束，所述發(fā)射的激光光束為
尸(^」=尸0^歸/ (2)
其中，/YW為發(fā)射激光光束的光強，尸。為發(fā)射激光光束光強的幅值。
所述發(fā)射的激光光束經(jīng)發(fā)射光學(xué)整形系統(tǒng)4整形后照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo) 反射后的激光光束被接收光學(xué)系統(tǒng)6接收并匯聚至ICCD面陣探測器7的光輸入 端，形成回波信號，則照射在ICCD面陣探測器7的回波信號表示為
尸/^U尸X0 + A非+ ^) (3)
其中P乂O為回波信號的光強，《為回波信號光強戶乂O的幅值，^為回波
信號與ICCD調(diào)制信號的位相延遲，A"為回波攜帶的目標(biāo)運動造成的多普勒頻 移，且
A^丄 (4)
公式(4)中c為光速，v為目標(biāo)的運動速度。
正弦波函數(shù)發(fā)生器1的調(diào)制信號控制端與高壓調(diào)制電源5的控制端相連， 通過高壓調(diào)制電源5控制ICCD面陣探測器7的增益Gf^ ， ICCD面陣探測器7 的增益G^為
二 G0 s/mw/ (5)
其中，G。為所述ICCD面陣探測器7的增益W"的幅值。 輸入到ICCD面陣探測器7的回波信號經(jīng)正弦波調(diào)制形成ICCD調(diào)制信號， 獲得增益，ICCD面陣探測器7的微通道板7-1輸出的中間光信號表示為
斷J 二尸。w'"(Y w + Aw」"^」x G0wf (6 )
其中，"W為ICCD面陣探測器7的微通道板7-1輸出的中間光信號的光強， 回波信號與ICCD調(diào)制信號進(jìn)行混頻，混頻后的信號作為ICCD面陣探測器7的 微通道板7-1輸出的中間光信號輸出。
所述微通道板7-1輸出的中間光信號要經(jīng)過ICCD面陣探測器7的熒光屏7-2輸出，由于ICCD面陣探測器7的熒光屏7-2只能響應(yīng)較低頻的信號，對于 高頻不響應(yīng)，因此，最終ICCD面陣探測器7輸出到控制處理器8的輸出光信號 只保留頻率較低的差頻項，則所述熒光屏7-2輸出的光信號為
ZY一尸"G,(^W + ^」 (7)
其中，ZY/j為熒光屏7-2輸出光信號的光強。
熒光屏7-2輸出的光由ICCD面陣探測器7中的CCD7-3采集并輸出給控制 處理器8，因ICCD面陣探測器7的輸出光信號為離散信號，由控制處理器8對 所述離散信號進(jìn)行傅立葉變換
/Yzky」=」一『尸/ oCC^A欣+ ^Xzl欣, (8) V ;r》
經(jīng)上式傅立葉變換得到A^后，再根據(jù)公式(4)可獲得目標(biāo)的速度v: 紐xc
v =- (9)
必
下面舉出一個具體的實施例
例如目標(biāo)的待測運動速度為v二，m/s，利用本發(fā)明裝置測量它的速度時給 出一個具體的參數(shù)正弦波函數(shù)發(fā)生器1產(chǎn)生的正弦波的調(diào)制頻率份二7MMHz， 則半導(dǎo)體激光器3發(fā)射激光的光強變化的頻率也就是lOOMHz，該發(fā)射激光信號 照射到目標(biāo)(物體)反射時，發(fā)生多普勒頻移，根據(jù)公式(4)，反射回來的回 波信號的光強變化頻率^ ± /ky應(yīng)為
<z> ± △份=<y ±
C /
50
=，MHz ± -j-^
=徹MHz ± /6.7Hz
其中，目標(biāo)遠(yuǎn)離本裝置運動，取負(fù)號，目標(biāo)接近本裝置，取正號。回波信 號與ICCD的調(diào)制信號份二7WMHz進(jìn)行混頻，參照公式(6)，其輸出結(jié)果中包含
6頻率為200MHz、 100MHz的高頻項和16. 7Hz的低頻項，由于ICCD面陣探測器7 的熒光屏7-2響應(yīng)頻率的一般小于lKHz，因而不能響應(yīng)輸出的高頻項，所以熒 光屏7-2輸出的信號就是一個頻率為16. 7Hz的低頻正弦或者余弦信號，參見公 式(7)。利用ICCD面陣探測器7中的CCD7-3對這個信號進(jìn)行采集，并對采集 后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換(參見公式(8))就可以得到該低頻信號的頻率，進(jìn) 而通過公式(9)獲得目標(biāo)的運動速度50m/s。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式一的不同之處在于，正弦波函數(shù) 發(fā)生器1所產(chǎn)生的正弦波的頻率可調(diào)，其它組成及連接方式與實施方式一相同。
選擇不同的頻率是因為ICCD面陣探測器7本身具有的CCD7-3測量時相當(dāng) 于一個采樣器，如果目標(biāo)的多普勒頻移頻率太高，CCD7-3則無法對其進(jìn)行采樣， 進(jìn)而影響這個裝置的工作。為了能順利采樣，采用的辦法就是調(diào)解對半導(dǎo)體激 光器3和ICCD面陣探測器7的調(diào)制頻率(見公式4)，使目標(biāo)的多普勒頻移落在 CCD7-3能夠測量的范圍內(nèi)。CCD7-3 —般的采樣頻率小于25Hz，如果目標(biāo)速度 100m/s，同時，對半導(dǎo)體激光器3和ICCD面陣探測器7進(jìn)行l(wèi)OOMHz的調(diào)制， 則ICCD面陣探測器7的熒光屏7-2輸出的信號頻率為33. 3Hz，高于CCD7-3的 采樣頻率，則CCD7-3無法進(jìn)行采樣，此時，解決的辦法就是提高調(diào)制頻率，如 果調(diào)制頻率變?yōu)?00MHz，則熒光屏7-2輸出的信號頻率為16. 7Hz， CCD7-3就能 夠?qū)ζ溥M(jìn)行測量，正常工作。
因此，為了能正常進(jìn)行測量工作，需根據(jù)具體情況改變調(diào)制頻率，即改變 正弦波函數(shù)發(fā)生器1所產(chǎn)生的正弦波的頻率。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式一的不同之處在于，半導(dǎo)體激光 電源2的電壓范圍是3V 100V，其它組成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
五本實施方式與實施方式一的不同之處在于，半導(dǎo)體激光 器3的功率為10W 100KW，線寬為0. lnm 10nm，脈寬為10ns 10ii s，其它組 成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
六本實施方式與實施方式一的不同之處在于，控制處理器8 采用DSP微處理器，其它組成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
七本實施方式與實施方式一的不同之處在于，高壓調(diào)制電
源5的電壓范圍是400V-1000V，其它組成及連接方式與實施方式一相同。
權(quán)利要求
1、ICCD增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器，其特征在于它包括正弦波函數(shù)發(fā)生器(1)、半導(dǎo)體激光電源(2)、半導(dǎo)體激光器(3)、發(fā)射光學(xué)整形系統(tǒng)(4)、高壓調(diào)制電源(5)、接收光學(xué)系統(tǒng)(6)、ICCD面陣探測器(7)和控制處理器(8)，半導(dǎo)體激光器(3)發(fā)射出的激光光束經(jīng)發(fā)射光學(xué)整形系統(tǒng)(4)整形后照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo)反射后的激光光束被接收光學(xué)系統(tǒng)(6)接收、匯聚至ICCD面陣探測器(7)的光輸入端，ICCD面陣探測器(7)的圖像輸出端與控制處理器(8)的圖像輸入端相連，控制處理器(8)的函數(shù)發(fā)生控制端與正弦波函數(shù)發(fā)生器(1)的控制端相連，正弦波函數(shù)發(fā)生器(1)的激光發(fā)射控制端與半導(dǎo)體激光電源(2)的控制端相連，半導(dǎo)體激光電源(2)的輸出端與半導(dǎo)體激光器(3)的輸入端相連，正弦波函數(shù)發(fā)生器(1)的調(diào)制信號控制端與高壓調(diào)制電源(5)的控制端相連，高壓調(diào)制電源(5)的調(diào)制信號輸出端與ICCD面陣探測器(7)的調(diào)制信號控制端相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工CCD增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器，其特 征在于控制處理器(8)對工CCD面陣探測器(7)輸出的信號進(jìn)行傅立葉變換獲得目 標(biāo)上各點同一時刻的速度，進(jìn)而獲得目標(biāo)的速度像。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工CCD增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器，其特 征在于正弦波函數(shù)發(fā)生器(l)所產(chǎn)生的正弦波的頻率可調(diào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ICCD增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器，其特 征在于半導(dǎo)體激光電源(2)的電壓范圍是3V 100V。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ICCD增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器，其特 征在于半導(dǎo)體激光器(3)的功率為10W 100KW，線寬為0. 1nm 10，，脈寬為 10ns 10u s。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工CCD增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器，其特 征在于控制處理器(8)采用DSP微處理器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ICCD增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器，其特 征在于高壓調(diào)制電源(5)的電壓范圍是400V-1000V。
全文摘要
ICCD增益正弦波調(diào)制無掃描速度成像器，屬于光電成像領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是解決目前基于多普勒頻移逐點掃描獲取目標(biāo)速度像的測速裝置誤差大的問題。本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的激光光束經(jīng)發(fā)射光學(xué)整形系統(tǒng)整形后照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo)反射后的激光光束被接收光學(xué)系統(tǒng)接收、匯聚至ICCD面陣探測器形成回波信號，正弦波函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的激光經(jīng)高壓調(diào)制電源與ICCD面陣探測器相連形成ICCD調(diào)制信號，ICCD調(diào)制信號與回波信號進(jìn)行混頻后，并由控制處理器進(jìn)行傅立葉變換處理，獲得目標(biāo)的速度像。本發(fā)明應(yīng)用于光電成像領(lǐng)域獲取目標(biāo)的速度像。
文檔編號G01S17/00GK101487897SQ20091007145
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者姜 何, 劉麗萍, 杰 吳, 孫秀冬, 勇 張, 宇 張, 飛 王, 遠(yuǎn) 趙, 陳鍾賢, 靳辰飛 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)