一种阵列孔径脉冲信息接收装置

本发明涉及脉冲信息探测装置的，特别是一种阵列孔径脉冲信息接收装置。

背景技术：

1、单个光脉冲能量一般情况下都十分微弱，特别是单光子发射条件下，需要高灵敏度探测器才能准确捕获，然而，探测器灵敏度越高越容易受到外界环境光的影响，致使产生许多错误的脉冲信号，换句话说，我们需要大的接收口径，同时确保小的视场，以最大化接收信息，同时避免外界环境干扰。然而，更大的通光面积会提升对大口径成像镜头的加工需求，更长的焦距也必将大幅度增大接收器的体积或者降低光能利用率，且带来更加复杂的背景噪声，需要复杂的杂散光抑制措施，最终降低了对有效信号的甄别提取能力。

2、针对大功率连续激光器，国内外同行研制了光纤阵列收发器，用以提高整体输出激光光能量，这些光纤阵列收发器一般用于连续激光，并且大多采用单模光纤以确保单个子孔径输出激光的光束质量，同时，光纤阵列以共轴设计，确保输出或者获取目标位置的准确性，该类型光纤阵列在被用作脉冲信息探测装置时存在最大的困难是整个装置的瞄准跟踪精度很高，需要复杂高精度的跟瞄系统。

3、为了确保高灵敏度和大范围的脉冲信息接收，在保持入射信号强度不变的情况下，我们可以通过采用多组成像模块，将光信号聚焦于各成像模块末端的光纤头处，再将几组光纤通过光束合并的方式合并为一组。此方法在保证大通光面积，大探测视场的基础上，避开了单一大口径成像镜头难以加工的实际困难。

技术实现思路

1、针对传统脉冲光接收存在的问题，本发明提供了一种阵列孔径脉冲信息接收装置，利用阵列化孔径设计，通过多孔径光纤合并的方式提升通光面积，达到对脉冲信息的高灵敏度接收甄别。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种阵列孔径脉冲信息接收装置，包括成像模块阵列1，光束合光模块2，光电转换模块3和信号处理模块4；

4、所述成像模块阵列1包括多个成像镜头和阵列框架结构；

5、所述光束合光模块2由多合一多模光纤构成，用于多个成像镜头光能量的收集，其中，分散的多个光纤头与所述成像模块阵列1连接，合并的光纤头与所述光电转换模块3的输入端连接；

6、所述光电转换模块3的输出端和信号处理模块4的输入端连接，用于实现光信号到电信号的转换以及光信息解码；

7、该装置的工作方式是：入射到成像模块阵列1的待测光信号分别聚焦于光束合光模块2分散的多个光纤头，进入多个光纤头后的光能量经光束合光模块2汇聚后合并经由合并的光纤头依次输出至光电转换模块3、信号处理模块4，所述信号处理模块4利用特定的滤波算法过滤杂散光并提取有效的信号信息，通过串口或者网口提交给用户。

8、进一步的，所述成像模块阵列1由两组或多组成像镜头组成，光束合光模块(2)中分散的多个光纤头的个数与成像镜头个数一致。

9、进一步的，所述成像模块阵列1中的多个成像镜头通过设计阵列框架结构使得各个成像镜头光轴严格一致，从而增强到达光电转换模块3的光信号；或者通过设计阵列框架结构使得各个成像镜头之间存在一定的视场差异，增大成像模块阵列1的接收视场；或者通过设计阵列框架结构使得其中一个成像镜头与其他成像镜头不在同一视场，并将该一个成像镜头与另一个光电转换模块连接，信号处理模块4同时接收光电转换模块3和另一个光电转换模块的光信号，通过与非门的检测方法减少背景光对光信号的干扰。

10、进一步的，所述特定的滤波算法包括数字低通滤波算法、小波滤波器、卡尔曼滤波器的任一种。

11、本发明的原理是：多个入射脉冲信号光束进入成像模块阵列中的各成像镜头，经各成像镜头聚焦于镜头后端的光纤头。光信号经光纤传至光束合光模块，即多合一多模光纤后，合并为一束信号增强的光信号，实现多个成像镜头光能量的集合。增强光信号经光电转换模块和信号处理模块利用特定的滤波算法过滤杂散光并提取出有效信号信息，通过串口或者网口提交给用户。

12、具体而言，本发明可从以下两份方面分别提升系统探测性能。

13、a、利用多个成像镜头接收入射光，再将各成像镜头的入射光信号合并输出。由于采用多组成像镜头，各成像镜头视场可以设计的足够小，并且可以灵活组合出不同视场和不同探测功能，达到等效较大视场或者等效小视场大口径或者背景检测等效果，相对使用一个大口径的接收系统而言，不仅降低的系统加工要求，而且具备更为紧凑的结构和更灵活的探测方式，分别将入射光聚焦于焦点再通过光束合并模块合并。

14、b、与使其中一个成像镜头单独使用一个光电转换模块类似，如果采用多个光电转换模块，使得每一个或者多个光纤公用一个光电转换模块，通过依次使能(轮询)光电转换模块的探测方式，可以使脉冲光探测装置的探测频率超过单个光电转换模块的探测频率；

15、本发明与现有技术相比有如下优点：

16、(1)本发明采用阵列化孔径设计，以多组成像镜头的方式增大通光面积，达到等效单镜头的大通光面积和大视场的成像效果，因此大幅降低大口径成像镜头的加工需求；

17、(2)本发明采用的阵列化孔径设计，因成像镜头的数量和位置可根据需求快速便捷调整，所以可应用更灵活的探测方式，设计上采用更为紧凑的结构；

18、(3)本发明可采用多个光电转换器，应用单个或多个光纤公用一个光电转换模块技术，并采用依次使能(轮询)光电转换模块的探测方式，可以大幅提升脉冲光探测装置的探测频率。

技术特征：

1.一种阵列孔径脉冲信息接收装置，其特征在于：包括成像模块阵列(1)，光束合光模块(2)，光电转换模块(3)和信号处理模块(4)，

2.根据权利要求1所述的一种阵列孔径脉冲信息接收装置，其特征在于，所述成像模块阵列(1)由两组或多组成像镜头组成，光束合光模块(2)中分散的多个光纤头的个数与成像镜头个数一致。

3.根据权利要求1所述的一种阵列孔径脉冲信息接收装置，其特征在于，所述成像模块阵列(1)中的多个成像镜头通过设计阵列框架结构使得各个成像镜头光轴严格一致，从而增强到达光电转换模块(3)的光信号；或者通过设计阵列框架结构使得各个成像镜头之间存在一定的视场差异，增大成像模块阵列(1)的接收视场；或者通过设计阵列框架结构使得其中一个成像镜头与其他成像镜头不在同一视场，并将该一个成像镜头与另一个光电转换模块连接，信号处理模块(4)同时接收光电转换模块(3)和另一个光电转换模块的光信号，通过与非门的检测方法减少背景光对光信号的干扰。

4.根据权利要求1所述的一种阵列孔径脉冲信息接收装置，其特征在于，所述特定的滤波算法包括数字低通滤波算法、小波滤波器、卡尔曼滤波器的任一种。

技术总结
本发明公开了一种阵列孔径脉冲信息接收装置，所述装置由成像模块阵列，光束合光模块，光电转换模块和信号处理模块组成。入射光束经成像模块阵列汇聚在焦点位置后，由光束合光模块合并增强光信号，光电转换模块接收该增强光信号并将该增强光信号转换为电信号，再交由信号处理模块解算出脉冲信号所带信息。本发明以多组成像镜头的方式增大通光面积，达到等效单镜头的大通光面积和大视场的成像效果，因此大幅降低单镜头大口径成像镜头的加工需求；采用的阵列化孔径设计，因成像镜头的数量和位置可根据需求快速便捷调整，可应用更灵活的探测方式，大幅提升了脉冲光探测装置的探测频率。

技术研发人员：肖亚维,黄林海,顾乃庭,邓巧越,张振宇
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29