一种全方位激光告警系统构建方法与流程

本发明涉及激光告警系统领域，特别是一种全方位激光告警系统构建方法。

背景技术：

自从1960年激光出现以来，激光技术快速发展，在军事上获得了广泛的应用。激光测距、激光制导、激光侦察、激光引信、激光瞄准、激光跟踪、激光目标指示等武器装备，大幅度提高了武器系统的作战性能。激光测距机使火炮的首发命中率大大提高,激光制导武器激光制导炸弹、炮弹或导弹可以实现对特定目标的精确打击，在海湾战争、科索沃战争和其他几次局部冲突中，每次都发挥了重要的军事效能。目前正在迅速发展的战术战略高能激光武器，以其特有的强大威力成为新概念武器中的佼佼者。随着激光在现代和未来战争中的普遍应用，激光侦测、激光制导和激光武器对军事设施、军事装备、重要的经济目标构成了巨大的现实威胁，促使着激光对抗发展成为光电对抗的重点。

激光侦察告警是激光对抗的基础，是光电综合告警的一个重要组成部分，是一种特殊用途的侦察行为。它针对战场复杂的激光威胁源，能够快速探测敌方激光威胁的存在，发出威胁告警信息，并尽可能确定出敌方激光威胁源的方位、波长、强度、脉冲特性脉宽、重复频率、编码等信息，以便我方能及时采取躲避、防护、反击等措施，达到有效保障我方人员和武器装备免遭杀伤、干扰或破坏的目的。现在，激光侦察告警装备己成为现代化军队必不可少的电子战装备。

面对复杂的激光威胁源，要进行全天候、全方位的有效激光告警，有着相当大的技术难度，主要存在以下几个问题：

1、激光方位的准确判断问题。当敌方激光照射目标时，被保护目标上的激光告警器可能接收到如下四种激光束①直接光束②溅射光束③大气散射光束④出口散射光束。除了直接光束外,其余光束的入射方向与威胁源位置没有直接关系。

2、大视场与高精度的矛盾。大视场与高精度使得告警器的光学窗口数目增多,结构复杂。

3、存在盲区。使得探测概率低，降低了告警系统的工作性能。

4、大型化、成本高、电路复杂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种全方位激光告警系统构建方法，满足各种需要全方位激光告警的需求。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种全方位激光告警系统构建方法，包括以下步骤：

步骤1、构建光学系统，使得激光经光学系统成像在探测器上光斑的直径等于光敏面的半径；

步骤2、构建单个探测通道，使得能够探测到步骤1中光学系统视场角范围内激光的具体方位信息，其中方位信息包括方位角和俯仰角；

步骤3、将步骤2中的单个通道复制n个，n个通道环形均匀分布360°，构建整体系统从而实现无盲区全方位探测；

步骤4、在步骤3整体系统的基础上，构建人机交互平台，用于实时显示高精度定位信息。

进一步地，步骤1所述光学系统视场角为30°，光斑到达探测器边缘时畸变最小，光学系统的具体参数指标计算如下：

(1)入瞳尺寸d

选定透镜的边框为视场光阑即为入瞳，假设激光发射功率为pt，探测器上的接收功率为pr，探测器的信噪比为snr，激光测距公式为：

式中，t0为单程大气透过率；tt是发射系统透过率；tr是接收系统的透过率；ρ是目标的反射率；at是目标的有效反射面积；ar是接收口径面积；r是目标距离；是激光发散角；是目标偏离激光发射光束中心的角度。

通过上述公式，确定入瞳的最小值为12mm，本光学系统确定的入瞳为d＝16mm；

(2)视场角2ω

独立视场角为30°，即2ω＝±15°。

(3)像距l'

将探测器置于离焦面l’处，

由公式r＝l'tanω可求出l'＝7.464mm；

(4)透镜的焦距f'

由公式可得f'＝8.612mm；

(5)f数

(6)在光学系统前加相应波段的窄带滤光片。

进一步地，步骤2中单个探测通道依次设置光学系统、四象限探测器、一级放大电路板。

进一步地，步骤3中n＝24，确定过程如下：

步骤3-1、每个探测通道的视场角为30°即±15°，则需要两两通道视场之间重叠为15°；

步骤3-2、假设需要n个探测通道，则需满足

(n×30-360)/n＝15°

则求得n＝24。

进一步地，步骤4所述的人机交互平台包括：lcd显示屏、电源开关、蜂鸣器和按键，能够进行界面切换，实时显示系统探测到来袭激光的具体方位以及工作的通道。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明激光经光学系统成像在探测器上的光斑近似为圆，使得高精度定位算法精度更高；(2)本发明中单个探测通道具有集成度高、小型化、抗干扰能力强等优点，并且能够探测到一个具体的角度；(3)本发明能够实现无盲区全方位告警；(4)本发明中人机交互实现声光报警，实时显示告警信息，更直观更迅速且界面多样化。

附图说明

图1是本发明全方位激光告警系统构建方法流程图。

图2是本发明全方位激光告警系统构建方法中光学系统设计的光路图以及参数指标。

图3是本发明全方位激光告警系统构建方法中的盲区克服原理图。

图4为本发明全方位激光告警系统构建方法的实施例图，其中图(a)为zemax光路设计图，图(b)为zemax设计点列图，图(c)为单个探测通道构建图，图(d)为全方位激光告警系统构建图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

结合图1，本发明全方位激光告警系统构建方法，包括以下步骤：

步骤1、结合图2，设计光学系统，使得激光经光学系统成像在探测器上光斑的直径等于光敏面的半径，其次光学系统视场角为30°，光斑到达探测器边缘时畸变最小，光学系统的具体参数指标计算如下：

(1)入瞳尺寸d

选定透镜的边框为视场光阑即为入瞳，假设激光发射功率为pt，探测器上的接收功率为pr，探测器的信噪比为snr，激光测距公式为：

式中，t0为单程大气透过率；tt是发射系统透过率；tr是接收系统的透过率；ρ是目标的反射率；at是目标的有效反射面积；ar是接收口径面积；r是目标距离；是激光发散角；是目标偏离激光发射光束中心的角度。

通过上述公式，确定入瞳的最小值为12mm，本光学系统确定的入瞳为d＝16mm；

(2)视场角2ω

独立视场角为30°，即2ω＝±15°；

(3)像距l'

将探测器置于离焦面l’处，

由公式r＝l'tanω可求出l'＝7.464mm；

(4)透镜的焦距f'

由公式可得f'＝8.612mm；

(5)f数

(6)在光学系统前加相应波段的窄带滤光片；

步骤2、结合图4(c)，设计单个探测通道，使得能够探测到步骤1中光学系统视场角范围内激光的具体方位信息，其中方位信息包括方位角和俯仰角，通道依次设置光学系统、四象限探测器7、一级放大电路板8；一级放大电路板8上设置镜座6，镜座6的中心底部设置四象限探测器7，四象限探测器7的上方设置镜筒4，镜筒4中底部设置滤光片3，滤光片3的上方设置隔圈5，隔圈5的上方设置聚光镜2，聚光镜2的上方设置压圈1。

步骤3、结合图3，在实现克服盲区的基础上，将步骤2中设计的单个通道复制n＝24个，24个通道环形均匀分布360°，构建整体系统能够实现无盲区全方位探测，分析过程如下：

(1)每个探测通道的视场角为30°即±15°，为了实现全方位无盲区探测，则需要两两通道视场之间重叠为15°；

(2)假设需要n个探测通道，则需满足

(n×30-360)/n＝15°

则求得n＝24。

步骤4、在步骤3整体系统的基础上，设计人机交互平台包括：lcd显示屏、电源开关、蜂鸣器和按键，能够进行界面切换，实时显示系统探测到来袭激光的具体方位以及工作的通道；

本发明的激光经光学系统成像在探测器上的光斑近似为圆，使得高精度定位算法精度更高。

下面结合实施例进行具体描述，结合图4：

实施例

(1)通过zemax设计满足条件的光学系统，光路图如图(a)，点列图如图(b)；

(2)将步骤1设计好的光学系统与四象限探测器、一级放大电路板装配构建单个探测通道，设计图如图(c)；

(3)在步骤1单个光学系统的视场角为30°的基础上，经克服盲区分析可知，需24个步骤2中的探测通道组成系统如图(d)，24个通道均匀安置在直线1～12上，整个系统直径为460mm；

(4)在步骤3整体系统的基础上，设计人机交互平台包括：lcd显示屏、电源开关、蜂鸣器和按键。

本发明方法设计的激光告警系统能够全方位无盲区探测，小型化且成本低，主要应用在军事领域，可装配于地面固定目标、战车、舰船、飞机等重要军事目标，能够有效地对抗激光制导。