專利名稱：動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光雷達(dá)技術(shù)，尤其涉及動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在采用激光雷達(dá)技術(shù)對(duì)待測(cè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲時(shí)，為了覆蓋整個(gè)捕獲視場(chǎng)區(qū)域，必須通過(guò)掃描的方式來(lái)追蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)，進(jìn)而捕獲動(dòng)態(tài)目標(biāo)，以獲得動(dòng)態(tài)目標(biāo)在捕獲視場(chǎng)區(qū)域的位置信息。在對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲時(shí)，掃描方式的選擇直接影響著捕獲的成功率； 現(xiàn)有的對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲的方案中，通常將圓形光斑作為用來(lái)探測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)位置的信標(biāo)光，根據(jù)設(shè)定的掃描方式，利用信標(biāo)光對(duì)待測(cè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行二維空間追蹤。圖1為現(xiàn)有的掃描方式的信標(biāo)光運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；圖1中的(a)為矩形掃描，(b) 為螺旋掃描，(c)為矩形螺旋掃描，(d)為玫瑰掃描，(e)為李薩如掃描，現(xiàn)結(jié)合圖1，對(duì)上述掃描方式進(jìn)行說(shuō)明，具體如下矩形掃描即逐行掃描，這種掃描方式雖然能夠掃描整個(gè)區(qū)域，易于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，但掃描效率較低。螺旋掃描中信標(biāo)光的運(yùn)動(dòng)軌跡是根據(jù)待測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)在捕獲視場(chǎng)區(qū)域的粗描誤差滿足高速分布來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，該掃描方式是以最密的螺旋線軌跡，從動(dòng)態(tài)目標(biāo)出現(xiàn)的概率最大的區(qū)域開(kāi)始掃描，效率較高，但在捕獲視場(chǎng)區(qū)域的邊緣易出現(xiàn)漏掃區(qū)域，如果降低漏掃概率，則會(huì)延長(zhǎng)捕獲時(shí)間。矩形螺旋掃描結(jié)合了矩形掃描和螺旋掃描兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，掃描間隔重疊較小，無(wú)漏掃區(qū)域，實(shí)現(xiàn)較為容易，且平均捕獲時(shí)間小于矩形掃描，但仍存在捕獲成功率不高的問(wèn)題。玫瑰掃描中信標(biāo)光的運(yùn)動(dòng)軌跡是由玫瑰函數(shù)產(chǎn)生的，該掃描方式中信標(biāo)光產(chǎn)生設(shè)備的抖動(dòng)對(duì)捕獲成功率的影響較小，但實(shí)現(xiàn)較為困難，且仍存在漏掃區(qū)域。李薩如掃描能夠有效的掃描整個(gè)捕獲視場(chǎng)區(qū)域，捕獲時(shí)間較短，掃描效率較高，但實(shí)現(xiàn)較為困難，仍存在漏掃區(qū)域?，F(xiàn)有的對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲的方案中，由于現(xiàn)有的掃描方式存在漏掃區(qū)域，這就可能降低捕獲的成功率；另外，現(xiàn)有的掃描方式還存在實(shí)現(xiàn)困難、捕獲時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，現(xiàn)有的捕獲方案還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠減小漏掃區(qū)域的面積， 提高捕獲成功率。一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光器、激光擴(kuò)束鏡、光斑形成單元、 電控系統(tǒng)和光電探測(cè)子系統(tǒng)；所述激光器，用于在電控系統(tǒng)的控制下生成激光高斯光束，傳送給激光擴(kuò)束鏡；所述激光擴(kuò)束鏡，用于將來(lái)自激光器的高斯光束變寬，傳送給光斑形成單元；所述電控系統(tǒng)，用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成條狀信標(biāo)光；所述光斑形成單元，用于在電控系統(tǒng)的控制下，對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成條狀信標(biāo)光，并在電控系統(tǒng)的控制下按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第一維方向移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的
區(qū)域具有一第一重疊面積；所述光電探測(cè)子系統(tǒng)，用于在光斑形成單元移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光的過(guò)程中接收反射光，計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速，發(fā)送給電控系統(tǒng)，所述第二運(yùn)動(dòng)角速度為所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度；所述電控系統(tǒng)，還用于在接收來(lái)自光電探測(cè)子系統(tǒng)的第二運(yùn)動(dòng)角速后，控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成圓形信標(biāo)光；所述光斑形成單元，還用于在電控系統(tǒng)的控制下，對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成圓形信標(biāo)光，并在電控系統(tǒng)的控制下按照所述第二運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述第一維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述二維空間中的第二維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，且移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積；所述光電探測(cè)子系統(tǒng)，還用于在光斑形成單元移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光的過(guò)程中接收反射光，計(jì)算獲得所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向的坐標(biāo)及其在第二維方向的坐標(biāo)。由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)，該系統(tǒng)中， 光斑形成單元按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第一維方向移動(dòng)條狀信標(biāo)光， 且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域具有一第一重疊面積； 在利用條狀信標(biāo)光在第一維方向上捕獲了動(dòng)態(tài)目標(biāo)之后，光斑形成單元按照所述第二運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述第一維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述二維空間中的第二維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，且移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積，在第二維方向上利用圓形信標(biāo)光對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲，所述光電探測(cè)子系統(tǒng)根據(jù)捕獲的放射光計(jì)算獲得動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的坐標(biāo)及第二維方向上的坐標(biāo)。采用本發(fā)明的方案，能夠減小漏掃區(qū)域的面積，提高捕獲的成功率。


圖1為現(xiàn)有掃描方式的信標(biāo)光運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；圖2為本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法流程圖實(shí)例；圖3為本發(fā)明條狀信標(biāo)光一維掃描的示意圖；圖4為本發(fā)明圓形信標(biāo)光一維掃描的示意圖；圖5為本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)例一；圖7為本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)例二 ；圖8為本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)例三。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是對(duì)二維空間中的動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行捕獲的方案；為了表述清楚，先對(duì)本發(fā)明方法中提及的二維空間的第一維方向和第二維方向進(jìn)行定義，如果二維空間的第一維方向?yàn)榇怪狈较?，則第二維方向?yàn)樗椒较?，如果二維空間的第一維方向維水平方向，則第二維方向?yàn)榇怪狈较?。本發(fā)明的信標(biāo)光是用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤捕獲的光斑。本發(fā)明的動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法包括A、利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光；按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第一維方向移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域具有一第一重疊面積；B、在移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光的過(guò)程中，根據(jù)激光雷達(dá)檢測(cè)到的反射光，計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速度；所述第二運(yùn)動(dòng)角速度為所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度；C、利用所述激光雷達(dá)出射的激光束形成圓形信標(biāo)光；按照所述第二運(yùn)動(dòng)角速度， 沿所述第一維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述二維空間中的第二維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，且移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積；D、在移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光的過(guò)程中，根據(jù)所述激光雷達(dá)檢測(cè)到的反射光，計(jì)算獲得所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向的坐標(biāo)及其在第二維方向的坐標(biāo)。上述方法中，所述第一維方向?yàn)樗椒较?，所述第二維方向?yàn)榇怪狈较?；或者所述第一維方向?yàn)榇怪狈较颍龅诙S方向?yàn)樗椒较颉？蛇x地，上述方法中，所述第一重疊面積由所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和所述激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定；所述第二重疊面積由所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第二維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和所述激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定。可選地，所述步驟A之前進(jìn)一步包括根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描距離，利用激光雷達(dá)出射的激光束檢測(cè)延遲時(shí)間；所述延遲時(shí)間為所述激光雷達(dá)出射的激光束往返于預(yù)設(shè)的掃描距離所需的時(shí)間與所述激光雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間的和。可選地，步驟A所述利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光包括Al、根據(jù)延遲時(shí)間T delay、預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度ω 預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差々儀^^得到的和；A2、根據(jù)W= S/H計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積；A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光。可選地，步驟A所述利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光包括Al’、根據(jù)預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e、預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m、延遲時(shí)間T delay及預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e及預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m得到的和；A2’、根據(jù)W = S/H計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積；A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光?？蛇x地，所述掃描余量Area_m由延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e得到的和來(lái)確定?？蛇x地，步驟C所述利用所述激光雷達(dá)出射的激光束形成圓形信標(biāo)光包括Bi、根據(jù)所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸設(shè)定所述圓形信標(biāo)光的直徑；所述圓形信標(biāo)光的直徑大于等于所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；B2、根據(jù)所述圓形信標(biāo)光的直徑，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，形成圓形信標(biāo)光。可選地，所述第一重疊面積小于等于所述條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域的面積的0. 5% ；所述第二重疊面積小于等于所述圓形信標(biāo)光面積的5%。圖2為本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法流程圖實(shí)例。圖3為本發(fā)明條狀信標(biāo)光一維掃描的示意圖。圖4為本發(fā)明圓形信標(biāo)光一維掃描的示意圖?，F(xiàn)結(jié)合圖2、圖3及圖4， 對(duì)本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的方法進(jìn)行說(shuō)明，具體如下步驟201 根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描距離，利用激光雷達(dá)出射的激光束檢測(cè)延遲時(shí)間；根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描距離，檢測(cè)激光雷達(dá)出射的激光束往返于掃描距離所需的時(shí)間及激光雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間，將激光束往返于掃描距離所需的時(shí)間及激光雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間之和作為延遲時(shí)間。步驟202 根據(jù)延遲時(shí)間及預(yù)設(shè)的初始參數(shù)計(jì)算獲得的條狀信標(biāo)光尺寸，利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光；預(yù)設(shè)的初始參數(shù)包括預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度及預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea、；其中，《1可根據(jù)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的性能參數(shù)進(jìn)行估算，比如飛機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器的最大運(yùn)動(dòng)角速度為50mrad/s ；Area_e可根據(jù)激光雷達(dá)的性能，對(duì)初始測(cè)角誤差進(jìn)行估算，比如激光雷達(dá)的測(cè)角誤差為O至0. 6mrad。該步驟包括步驟2021，根據(jù)延遲時(shí)間T delay、預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；步驟2022，根據(jù)
W= S/H計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；步驟2023，根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，對(duì)所述激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成條狀信標(biāo)光。步驟2021中計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸時(shí)，可采用下述公式進(jìn)行計(jì)算H = 2XT delayX ωt+Area e(1)上述公式中，H為條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；Area_e是對(duì)條狀信標(biāo)光在二維方向上的修正值；采用2XT delayX cot的計(jì)算，主要是考慮到動(dòng)態(tài)目標(biāo)在某一維方向上具有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，比如垂直向上運(yùn)動(dòng)或垂直向下運(yùn)動(dòng)，這樣能夠提高捕獲的成功率。
步驟2022中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；S為激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積，該激光雷達(dá)出射的激光束是未經(jīng)整形或準(zhǔn)直的原始激光束。根據(jù)激光雷達(dá)出射的激光束能量守恒的原理，在預(yù)設(shè)的掃描距離的位置上，原始激光束在垂直于激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積應(yīng)與條狀信標(biāo)光的面積相同，這樣，根據(jù)預(yù)設(shè)的掃描距離、圓形光斑的面積及條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸，就可計(jì)算獲得條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸。步驟2023中，根據(jù)上述條狀信標(biāo)光的尺寸，可采用現(xiàn)有的方法對(duì)激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行整形和壓縮，以形成上述尺寸的條狀信標(biāo)光，比如利用光柵來(lái)形成所需尺寸的條狀信標(biāo)光。為了提高捕獲的成功率，在根據(jù)步驟2021計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸時(shí)，可以進(jìn)一步考慮一預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m，即將延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e及預(yù)設(shè)的掃描余量 Area_m得到的和作為條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸H'，具體公式如下H' = 2 X T delay X ω t+Area e+Area m(2)增加了預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m后，減小了漏掃區(qū)域的面積，使得條狀信標(biāo)光盡可能覆蓋掃描區(qū)域的第二維方向；為了盡可能縮短捕獲所需的時(shí)間，掃描余量Area_m可設(shè)置為小于等于公式(1)計(jì)算獲得的H的5%。則在步驟2022中，根據(jù)W' = S/H'及H'計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸 W'；在步驟2023中，根據(jù)H'和W'，利用激光雷達(dá)出射的激光束形成條狀信標(biāo)光。步驟203 按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿第一維方向移動(dòng)條狀信標(biāo)光；該步驟包括步驟2031，根據(jù)預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度估算一第一運(yùn)動(dòng)角速度；步驟2032，按照第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿第一維方向移動(dòng)條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域具有一第一重疊面積。在步驟2031中，為了在第一維方向上實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的捕獲，第一運(yùn)動(dòng)角速度大于動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度，具體可設(shè)置為動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的N倍；其中，N 為大于1的實(shí)數(shù)。在步驟2032中，條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域的面積為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸與其在第二維方向上的尺寸的乘積；第一重疊面積由動(dòng)態(tài)目標(biāo)的在第一維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定，第一重疊面積可小于等于條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域的面積的0. 5%，如圖3所示。之所以在移動(dòng)條狀信標(biāo)光時(shí)保證有一定的重疊面積，主要是避免激光雷達(dá)的激光脈沖時(shí)間間隔在移動(dòng)條狀信標(biāo)光的過(guò)程中，使得移動(dòng)前的條狀信標(biāo)光與移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光之間產(chǎn)生漏掃區(qū)域，本發(fā)明的掃描方法進(jìn)一步提高了捕獲的成功率。步驟204 判斷激光雷達(dá)是否檢測(cè)到反射光，如果是，執(zhí)行步驟205，否則執(zhí)行步驟 210 ；若在條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域存在動(dòng)態(tài)目標(biāo)，則激光雷達(dá)能夠在移動(dòng)條狀信標(biāo)光的過(guò)程中，檢測(cè)到條狀信標(biāo)光照射到動(dòng)態(tài)目標(biāo)上形成的反射光；具體的檢測(cè)方法屬于現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，在此不再贅述。
步驟205 根據(jù)檢測(cè)到的反射光計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速度；第二運(yùn)動(dòng)角速度為動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度。該步驟中，可采用現(xiàn)有的測(cè)速方法，利用檢測(cè)到的反射光、預(yù)設(shè)的掃描距離、延遲時(shí)間及步驟202中預(yù)設(shè)的初始參數(shù)，計(jì)算獲得動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度，在此不再對(duì)具體的計(jì)算方法進(jìn)行贅述。步驟206 根據(jù)由條狀信標(biāo)光計(jì)算獲得的圓形信標(biāo)光的尺寸，利用激光雷達(dá)出射的激光束形成圓形信標(biāo)光；該步驟包括步驟2061，根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸設(shè)定圓形信標(biāo)光的直徑；步驟2062，根據(jù)所述圓形信標(biāo)光的直徑，對(duì)激光雷達(dá)出射的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，形成圓形信標(biāo)光。在步驟2061中，圓形信標(biāo)光的直徑大于等于條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸， 具體尺寸可根據(jù)對(duì)捕獲時(shí)間的要求進(jìn)行設(shè)定。在步驟2062中，可利用球面鏡對(duì)激光雷達(dá)發(fā)射的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，以產(chǎn)生所需尺寸的圓形信標(biāo)光，在此不再對(duì)形成圓形信標(biāo)光的方法進(jìn)行贅述。步驟207 按照第二運(yùn)動(dòng)角速度在第一維方向移動(dòng)圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度在第二維方向上移動(dòng)圓形信標(biāo)光；該步驟中第三運(yùn)動(dòng)角速度的計(jì)算方法與第一運(yùn)動(dòng)角速度的計(jì)算方法相同，在此不再對(duì)具體的計(jì)算方法進(jìn)行贅述。第三運(yùn)動(dòng)角速度需大于動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第二維方向上的運(yùn)動(dòng)角速度，較佳地，可與第一運(yùn)動(dòng)角速度相同。由于動(dòng)態(tài)目標(biāo)是在二維空間的第一維方向和第二維方向上運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明按照第二運(yùn)動(dòng)角速度在第一維方向移動(dòng)圓形信標(biāo)光，以在第一維方向上對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，保持在第一維方向上的同步；按照第三運(yùn)動(dòng)角速度在第二維方向上移動(dòng)圓形信標(biāo)光，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的有效捕獲。為了減小漏掃區(qū)域的面積，提高捕獲成功率，在按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度在第二維方向上移動(dòng)圓形信標(biāo)光時(shí)，可采用與條狀信標(biāo)光相同的移動(dòng)方法，即移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積。其中，第二重疊面積由動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第二維方向上的最大運(yùn)動(dòng)角速度和激光雷達(dá)的脈沖時(shí)間間隔確定，第二重疊面積小于等于圓形信標(biāo)光面積的5%，如圖4所示。步驟208 判斷激光雷達(dá)是否再次檢測(cè)到反射光，如果是，執(zhí)行步驟209，否則執(zhí)行步驟210 ；若在圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域存在動(dòng)態(tài)目標(biāo)，則激光雷達(dá)能夠在移動(dòng)圓形信標(biāo)光的過(guò)程中，檢測(cè)到圓形信標(biāo)光照射到動(dòng)態(tài)目標(biāo)上形成的反射光，即激光雷達(dá)再次檢測(cè)到的反射光，此時(shí)，圓形信標(biāo)光對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行了成功捕獲；具體檢測(cè)方法屬于現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容， 在此不再贅述。步驟209 根據(jù)再次檢測(cè)到的反射光計(jì)算動(dòng)態(tài)目標(biāo)的二維坐標(biāo)并輸出，之后執(zhí)行步驟211 ；該步驟中，可采用現(xiàn)有的測(cè)距方法及測(cè)速方法，根據(jù)再次檢測(cè)到的反射光計(jì)算動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的坐標(biāo)和其在第二維方向上的坐標(biāo)，在此不再對(duì)具體的計(jì)算方法進(jìn)行贅述。
步驟210 輸出未捕獲的結(jié)果；步驟211:結(jié)束。在采用本發(fā)明的方法對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行二維捕獲時(shí)，以掃描距離90km、時(shí)間轉(zhuǎn)率不大于士 1° /s的動(dòng)態(tài)目標(biāo)、延時(shí)時(shí)間為15ms、粗對(duì)準(zhǔn)誤差為0. 6mrad為例，在初始測(cè)角誤差為0. 3mrad、且相同激光雷達(dá)的前提下，對(duì)本發(fā)明的捕獲方法與現(xiàn)有的矩陣螺旋掃描方法進(jìn)行仿真比較。矩陣螺旋掃描方法采用發(fā)散角為2mrad、0. 8mrad,0. 3mrad的圓形信標(biāo)光，在多次仿真測(cè)試下，矩陣螺旋掃描方法的捕獲率為56% ；而本發(fā)明的捕獲方法采用縱向發(fā)散角為9mrad，橫向發(fā)散角為0. 047mrad的條狀信標(biāo)光，以及發(fā)散角為0. 3mrad的圓形信標(biāo)光， 在多次仿真測(cè)試下，本發(fā)明的捕獲方法的捕獲率100%。在上述仿真實(shí)例中，發(fā)散角可用以表示圓形信標(biāo)光的直徑，縱向發(fā)散角用以表示條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸，橫向發(fā)散角用以表示條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸。本發(fā)明的上述較佳實(shí)施例中，在第一維方向上利用條狀信標(biāo)光確定動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的大致區(qū)域，在第二維方向上利用圓形信標(biāo)光確定動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第二維方向上的準(zhǔn)確位置；在第二維方向上，為了能夠捕獲到動(dòng)態(tài)目標(biāo)，圓形新光標(biāo)在第二維方向上移動(dòng)的同時(shí)，還需在第一維方向上移動(dòng)，以保持與動(dòng)態(tài)目標(biāo)的同步；本發(fā)明在移動(dòng)條狀信標(biāo)光及圓形信標(biāo)光時(shí)，移動(dòng)前和移動(dòng)后需保證覆蓋區(qū)域具有一定的重疊面積，這樣，可減小漏掃區(qū)域，提高捕獲的成功率。參見(jiàn)圖5，為本發(fā)明動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括激光器、激光擴(kuò)束鏡、光斑形成單元、電控系統(tǒng)和光電探測(cè)子系統(tǒng)；所述激光器，用于在電控系統(tǒng)的控制下生成激光高斯光束，傳送給激光擴(kuò)束鏡；所述激光擴(kuò)束鏡，用于將來(lái)自激光器的高斯光束變寬，傳送給光斑形成單元；所述電控系統(tǒng)，用于在接收來(lái)自光電探測(cè)子系統(tǒng)的第二運(yùn)動(dòng)角速后，控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成條狀信標(biāo)光；所述光斑形成單元，用于在電控系統(tǒng)的控制下，對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成條狀信標(biāo)光，并在電控系統(tǒng)的控制下按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第一維方向移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的
區(qū)域具有一第一重疊面積；所述光電探測(cè)子系統(tǒng)，用于在光斑形成單元移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光的過(guò)程中接收反射光，計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速，發(fā)送給電控系統(tǒng)，所述第二運(yùn)動(dòng)角速度為所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度；所述電控系統(tǒng)，還用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成圓形信標(biāo)光；所述光斑形成單元，還用于在電控系統(tǒng)的控制下，對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成圓形信標(biāo)光，并在電控系統(tǒng)的控制下按照所述第二運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述第一維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述二維空間中的第二維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，且移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第
二重疊面積；所述光電探測(cè)子系統(tǒng)，還用于在光斑形成單元移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光的過(guò)程中接收反射光，計(jì)算獲得所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向的坐標(biāo)及其在第二維方向的坐標(biāo)，發(fā)送給電控系統(tǒng)。光電探測(cè)子系統(tǒng)可運(yùn)用現(xiàn)有的設(shè)備，圖中未標(biāo)注出來(lái)。所述第一維方向?yàn)樗椒较?，所述第二維方向?yàn)榇怪狈较?；或者所述第一維方向?yàn)榇怪狈较?，所述第二維方向?yàn)樗椒较?。高斯光束的特點(diǎn)包括與光傳輸方向垂直的切面為圓面；激光擴(kuò)束鏡將接收的高斯光束變寬，也就是增大所述圓面的直徑；激光擴(kuò)束鏡一般由兩個(gè)聚焦透鏡實(shí)現(xiàn)，如圖5所示，對(duì)高斯光束寬度的改變量由兩個(gè)聚焦透鏡之間的距離確定，實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要對(duì)兩個(gè)聚焦透鏡之間的距離進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)高斯光束的特性，經(jīng)激光擴(kuò)束鏡后變?yōu)閷捀咚构馐霃阶兇?，發(fā)散角變小，這樣能量更會(huì)聚，有利于探測(cè)較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)。在電控系統(tǒng)的控制下，光斑形成單元可形成條狀信標(biāo)光，也可形成圓形信標(biāo)光，并可按照電控系統(tǒng)的指示移動(dòng)信標(biāo)光。光斑形成單元的具體實(shí)現(xiàn)有多種方式，下面以圖6、7、 8所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行舉例說(shuō)明。在需要形成條狀信標(biāo)光時(shí)，所述光斑形成單元包括控制電機(jī)、快速轉(zhuǎn)向鏡、聚焦透鏡和柱面鏡組，如圖6所示。在需要形成圓形信標(biāo)光時(shí)，從圖6所示的光斑形成單元中移出聚焦透鏡和柱面鏡組，其結(jié)構(gòu)如圖7所示；具體地，如果光電探測(cè)子系統(tǒng)在光斑形成單元移動(dòng)條狀信標(biāo)光的過(guò)程中接收到反射光，便計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速，發(fā)送給電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)接收第二運(yùn)動(dòng)角速之后，便提醒工作人員移出柱面鏡組。所述控制電機(jī)，用于在電控系統(tǒng)的控制下，對(duì)快速轉(zhuǎn)向鏡進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；所述快速轉(zhuǎn)向鏡，用于將來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束反射，使反射光平行入射到聚焦透鏡；所述聚焦透鏡，用于將來(lái)自快速轉(zhuǎn)向鏡的激光束進(jìn)行聚焦后發(fā)散，將發(fā)散激光束傳送給柱面鏡組；所述柱面鏡組，用于接收來(lái)自聚焦透鏡的激光束，改變激光束水平方向和垂直方向上的傳輸方向。快速轉(zhuǎn)向鏡可以采用壓電陶瓷結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；也可以采用音圈電機(jī)實(shí)現(xiàn)，其響應(yīng)頻率可以達(dá)到1KHZ，且可以二維調(diào)節(jié)，這樣可控制高斯光束被反射后的方向，從而實(shí)現(xiàn)二維掃描。由快速轉(zhuǎn)向鏡發(fā)出的平行光經(jīng)聚焦透鏡后會(huì)聚在該透鏡的焦點(diǎn)上，隨后激光束變?yōu)榘l(fā)散光束。在電控系統(tǒng)確定出條狀信標(biāo)光的尺寸以及移動(dòng)方向后，結(jié)合當(dāng)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)便可計(jì)算出快速轉(zhuǎn)向鏡所要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；所述當(dāng)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)包括激光擴(kuò)束鏡入射到快速轉(zhuǎn)向鏡的激光束寬度，快速轉(zhuǎn)向鏡、聚焦透鏡和柱面鏡組三者之間的距離等信息；該計(jì)算方案為已有的技術(shù)，這里不多贅述。同樣地，在電控系統(tǒng)確定出圓形信標(biāo)光的尺寸以及移動(dòng)方向后，結(jié)合當(dāng)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)便可計(jì)算出快速轉(zhuǎn)向鏡所要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；所述當(dāng)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)包括激光擴(kuò)束鏡入射到快速轉(zhuǎn)向鏡的激光束寬度等信息；該計(jì)算方案為已有的技術(shù)，這里不多贅述。可選地，所述柱面鏡組包括水平柱面鏡和垂直柱面鏡，圖中還顯示了兩者的立體圖；所述水平柱面鏡，用于改變激光束垂直方向的傳輸方向。
所述垂直柱面鏡，用于改變激光束水平方向的傳輸方向。柱面透鏡置于聚焦透鏡之后，兩個(gè)柱面鏡柱面中心軸相互垂直，一個(gè)水平放置，一個(gè)垂直放置。水平放置的水平柱面鏡只在垂直方向改變光束傳輸方向，而垂直放置的垂直柱面鏡只在水平方向改變光束的傳輸方向。聚焦透鏡的焦點(diǎn)正處于水平柱面鏡和垂直柱面鏡的前焦點(diǎn)上，這樣發(fā)散光束經(jīng)垂直柱面鏡后，把水平方向的發(fā)散光束會(huì)聚成平行光，而在垂直方向仍為發(fā)散光束；再經(jīng)過(guò)水平柱面鏡后，垂直方向的光束也變?yōu)槠叫泄馐Ｓ捎诖怪敝骁R和水平柱面鏡焦距不同，雖然水平方向的光束和垂直方向的光束都為平行光，但兩個(gè)方向的光束半徑不同。根據(jù)高斯光束性質(zhì)，束腰半徑ω和發(fā)散角θ的乘積為一常數(shù)，這樣出射激光束在水平方向和垂直方向的發(fā)散角不同，從而可以在指定距離處形成橢圓形信標(biāo)光，選擇橢圓形信標(biāo)光的長(zhǎng)短軸比，以達(dá)到圖3所示的條狀信標(biāo)光的要求，若橢圓形信標(biāo)光覆蓋圖3所示條狀信標(biāo)光的范圍，就視為達(dá)到了圖3所示的條狀信標(biāo)光的要求。通過(guò)選擇合適的柱面鏡焦距，兩個(gè)柱面鏡可以單獨(dú)控制條形光束水平和垂直方向的長(zhǎng)度，達(dá)到任意需要的形狀要求；具體的選擇方式為已有的技術(shù)，這里不贅述?？蛇x地，所述光斑形成單元包括全反射鏡、第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器，如圖8所示，圖中的空間光調(diào)制器1也就是第一空間光調(diào)制器，圖中的空間光調(diào)制器2 也就是第二空間光調(diào)制器；所述全反射鏡，用于將來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束反射，使反射光平行入射到第一空間光調(diào)制器；所述第一空間光調(diào)制器，用于接收來(lái)自全反射鏡的激光束，并在電控系統(tǒng)的控制下通過(guò)相位調(diào)制改變激光束的強(qiáng)度分布，而后傳送給第二空間光調(diào)制器；所述第二空間光調(diào)制器，用于接收來(lái)自第一空間光調(diào)制器激光束，在電控系統(tǒng)的控制下通過(guò)相位調(diào)制對(duì)激光束的進(jìn)行相位補(bǔ)償，使激光束等相位面為平面，并改變激光束的傳輸方向，而后發(fā)射出去。傳送給第一空間光調(diào)制器的激光束的等相位面為平面，經(jīng)過(guò)第一空間光調(diào)制器相位調(diào)制后的激光束的等相位面可能被破壞，不再是平面；因而，第二空間光調(diào)制器需要對(duì)接收到的激光束進(jìn)行相位補(bǔ)償，使激光束等相位面為平面。在電控系統(tǒng)確定出信標(biāo)光的尺寸以及移動(dòng)方向后，便可控制第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器改變激光束的強(qiáng)度分布和傳輸方向，進(jìn)而得到需要的信標(biāo)光，該需要的信標(biāo)光包括條狀信標(biāo)光或圓形信標(biāo)光；對(duì)第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器進(jìn)行控制，以改變激光束的強(qiáng)度分布和傳輸方向，進(jìn)而得到需要的信標(biāo)光，為已有的技術(shù)，這里不多贅述?？蛇x地，所述電控系統(tǒng)包括第一條狀信標(biāo)光控制單元，用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成條狀信標(biāo)光，包括Al、根據(jù)延遲時(shí)間T delay、預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差々儀^^得到的和；A2、根據(jù)W= S/H計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積；
A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，控制光斑形成單元對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光。形成條狀信標(biāo)光的具體闡述可參見(jiàn)方法部分的記載?？蛇x地，所述電控系統(tǒng)包括第二條狀信標(biāo)光控制單元，用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成條狀信標(biāo)光，包括Al’、根據(jù)預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e、預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m、延遲時(shí)間T delay及預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度
的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e及預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m得到的和；A2’、根據(jù)W = S/H計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的條狀光斑的面積；A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，控制光斑形成單元對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光。形成條狀信標(biāo)光的具體闡述可參見(jiàn)方法部分的記載?？蛇x地，所述電控系統(tǒng)包括圓形信標(biāo)光控制單元，用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成圓形信標(biāo)光，包括Bi、根據(jù)所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸設(shè)定所述圓形信標(biāo)光的直徑；所述圓形信標(biāo)光的直徑大于等于所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；B2、根據(jù)所述圓形信標(biāo)光的直徑，控制光斑形成單元對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，形成圓形信標(biāo)光。形成圓形信標(biāo)光的具體闡述可參見(jiàn)方法部分的記載。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括激光器、激光擴(kuò)束鏡、光斑形成單元、電控系統(tǒng)和光電探測(cè)子系統(tǒng)；所述激光器，用于在電控系統(tǒng)的控制下生成激光高斯光束，傳送給激光擴(kuò)束鏡； 所述激光擴(kuò)束鏡，用于將來(lái)自激光器的高斯光束變寬，傳送給光斑形成單元； 所述電控系統(tǒng)，用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成條狀信標(biāo)光；所述光斑形成單元，用于在電控系統(tǒng)的控制下，對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成條狀信標(biāo)光，并在電控系統(tǒng)的控制下按照預(yù)設(shè)的第一運(yùn)動(dòng)角速度，沿二維空間中的第一維方向移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光，且移動(dòng)后的條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前條狀信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域具有一第一重疊面積；所述光電探測(cè)子系統(tǒng)，用于在光斑形成單元移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光的過(guò)程中接收反射光，計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速，發(fā)送給電控系統(tǒng)，所述第二運(yùn)動(dòng)角速度為所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向上的瞬時(shí)角速度；所述電控系統(tǒng)，還用于在接收來(lái)自光電探測(cè)子系統(tǒng)的第二運(yùn)動(dòng)角速后，控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成圓形信標(biāo)光；所述光斑形成單元，還用于在電控系統(tǒng)的控制下，對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成圓形信標(biāo)光，并在電控系統(tǒng)的控制下按照所述第二運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述第一維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，同時(shí)，按照預(yù)設(shè)的第三運(yùn)動(dòng)角速度，沿所述二維空間中的第二維方向移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光，且移動(dòng)后的圓形信標(biāo)光覆蓋的區(qū)域與移動(dòng)前圓形信標(biāo)光的區(qū)域具有一第二重疊面積；所述光電探測(cè)子系統(tǒng)，還用于在光斑形成單元移動(dòng)所述圓形信標(biāo)光的過(guò)程中接收反射光，計(jì)算獲得所述動(dòng)態(tài)目標(biāo)在第一維方向的坐標(biāo)及其在第二維方向的坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在需要形成條狀信標(biāo)光時(shí)，所述光斑形成單元包括控制電機(jī)、快速轉(zhuǎn)向鏡、聚焦透鏡和柱面鏡組；在需要形成圓形信標(biāo)光時(shí)，從所述光斑形成單元中移出所述聚焦透鏡和所述柱面鏡組；所述控制電機(jī)，用于在電控系統(tǒng)的控制下，對(duì)快速轉(zhuǎn)向鏡進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述快速轉(zhuǎn)向鏡，用于將來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束反射，使反射光平行入射到聚焦透鏡；所述聚焦透鏡，用于將來(lái)自快速轉(zhuǎn)向鏡的激光束進(jìn)行聚焦后發(fā)散，將發(fā)散激光束傳送給柱面鏡組；所述柱面鏡組，用于接收來(lái)自聚焦透鏡的激光束，改變激光束水平方向和垂直方向上的傳輸方向，而后發(fā)射出去。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述柱面鏡組包括水平柱面鏡和垂直柱面鏡；所述水平柱面鏡，用于改變激光束垂直方向的傳輸方向。 所述垂直柱面鏡，用于改變激光束水平方向的傳輸方向。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光斑形成單元包括全反射鏡、第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器；所述全反射鏡，用于將來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束反射，使反射光平行入射到第一空間光調(diào)制器；所述第一空間光調(diào)制器，用于接收來(lái)自全反射鏡的激光束，并在電控系統(tǒng)的控制通過(guò)相位調(diào)制改變激光束的強(qiáng)度分布，而后傳送給第二空間光調(diào)制器；所述第二空間光調(diào)制器，用于接收來(lái)自第一空間光調(diào)制器激光束，在電控系統(tǒng)的控制下通過(guò)相位調(diào)制對(duì)激光束的進(jìn)行相位補(bǔ)償，使激光束等相位面為平面，并改變激光束的傳輸方向，而后發(fā)射出去。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一維方向?yàn)樗椒较?，所述第二維方向?yàn)榇怪狈较?；或者所述第一維方向?yàn)榇怪狈较?，所述第二維方向?yàn)樗椒较颉?br> 6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電控系統(tǒng)包括第一條狀信標(biāo)光控制單元，用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成條狀信標(biāo)光，包括Al、根據(jù)延遲時(shí)間T delay、預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度及預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度ω t的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差々儀 得到的和；A2、根據(jù)W = S/H計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的圓形光斑的面積；A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，控制光斑形成單元對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電控系統(tǒng)包括第二條狀信標(biāo)光控制單元，用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成條狀信標(biāo)光，包括Al’、根據(jù)預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e、預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m、延遲時(shí)間T delay及預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度計(jì)算條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸；所述條狀信標(biāo)光在第二維方向上的尺寸為延遲時(shí)間T delay與預(yù)設(shè)的動(dòng)態(tài)目標(biāo)的最大運(yùn)動(dòng)角速度的乘積的二倍，加上預(yù)設(shè)的初始測(cè)角誤差A(yù)rea_e及預(yù)設(shè)的掃描余量Area_m得到的和；A2’、根據(jù)W = S/H計(jì)算條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；上述公式中，W為條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸，S為所述激光雷達(dá)出射的激光束到達(dá)所述預(yù)設(shè)的掃描距離時(shí)，在垂直于所述激光束出射方向的平面上形成的條狀光斑的面積；A3、根據(jù)條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸及其在第二維方向上的尺寸，控制光斑形成單元對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束進(jìn)行整形和壓縮，形成所述條狀信標(biāo)光。
8.如權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電控系統(tǒng)包括圓形信標(biāo)光控制單元，用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成圓形信標(biāo)光，包括Bi、根據(jù)所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸設(shè)定所述圓形信標(biāo)光的直徑；所述圓形信標(biāo)光的直徑大于等于所述條狀信標(biāo)光在第一維方向上的尺寸；B2、根據(jù)所述圓形信標(biāo)光的直徑，控制光斑形成單元對(duì)來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，形成圓形信標(biāo)光。
全文摘要
本發(fā)明提供了動(dòng)態(tài)目標(biāo)二維捕獲的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光器、激光擴(kuò)束鏡、光斑形成單元、電控系統(tǒng)和光電探測(cè)子系統(tǒng)；所述激光器，用于在電控系統(tǒng)的控制下生成激光高斯光束，經(jīng)激光擴(kuò)束鏡傳送給光斑形成單元；所述電控系統(tǒng)，用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的激光束形成條狀信標(biāo)光；所述光電探測(cè)子系統(tǒng)，用于在光斑形成單元移動(dòng)所述條狀信標(biāo)光的過(guò)程中接收反射光，計(jì)算獲得第二運(yùn)動(dòng)角速，發(fā)送給電控系統(tǒng)；所述電控系統(tǒng)，還用于控制光斑形成單元，對(duì)光斑形成單元接收的來(lái)自激光擴(kuò)束鏡的激光束形成圓形信標(biāo)光。本發(fā)明方案能夠減小漏掃區(qū)域的面積，提高捕獲成功率。
文檔編號(hào)G01S17/66GK102323593SQ20111024459
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者劉明, 牛春暉 申請(qǐng)人:北京國(guó)科環(huán)宇空間技術(shù)有限公司