一种基于锥透镜的激光告警装置 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于激光告警装置技术领域，具体涉及一种基于锥透镜的激光告警装置。背景技术：2.随着激光技术的不断发展，激光武器在海、陆、空等领域得到广泛应用，因此需要准确测量来袭激光的各项参数，以便我方做出正确的防御与对抗措施。现有激光告警技术主要分为两类，第一类是只能测量出来袭激光的角度而测不出激光波长，第二类是能同时探测波长和二位角度。这种类型又分为三种，分别为光谱识别型，相干识别型以及光栅衍射型。光栅识别型激光告警系统可探测角分辨率低，且只能探测几个特定的波长，局限性较高；相干识别型是利用激光的相干性进行识别，具有较高的角度分辨率和波长分辨率，但是加工难度大，稳定性差且需机械扫描，数据处理困难；光栅衍射型利用光栅衍射后在探测器上形成的光斑中心来计算来袭激光的入射角和波长，实现了较高的探测精度，克服了以上两种方法存在的缺陷，但是这种方法光利用率较低，很容易出现漏警现象，而且对于成倍数的激光波长来说(如532nm与1064nm)，很容易将短波长的二级衍射光斑判断成长波长的一级衍射光斑，这就很容易造成误警现象。技术实现要素：3.针对上述现有激光告警系统探测精度低，光利用率低，探测视场小且误警漏警的技术问题，本发明提供了一种基于锥透镜的激光告警装置，利用锥透镜产生的锥形非发散光束并结合凸透镜的聚光效果来计算来袭激光的各项参数，实现高精度激光探测。4.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：5.一种基于锥透镜的激光告警装置，包括视场压缩透镜、锥透镜、凸透镜、面阵探测器，所述视场压缩透镜的光路方向上设置有锥透镜，所述锥透镜的光路方向上设置有凸透镜，所述凸透镜的光路方向上设置有面阵探测器。6.所述面阵探测器通过导线连接有控制及数据处理电路，所述面阵探测器采用焦平面面阵探测器。7.锥透镜采用平凸圆锥透镜、双凸圆锥透镜、平凸圆台圆锥透镜或双凸圆台圆锥透镜。8.一种基于锥透镜的激光告警装置的测量方法，包括下列步骤：9.s1、当来袭激光进入激光告警装置，来袭激光首先经过视场压缩透镜将来袭激光入射角进行压缩；10.s2、再经过锥透镜对来袭激光光束进行分光；11.s3、分光后的光束再由凸透镜汇聚并在面阵探测器上形成光斑；12.s4、在面阵探测器后接入控制及数据处理电路，最后根据光斑位置信息计算来袭激光的方位角、俯仰角及波长。13.所述s2中经过锥透镜对来袭激光光束进行分光的方法为：14.当采用平凸圆锥透镜或双凸圆锥透镜的情况下，来袭激光经过光学系统后在面阵探测器上会形成一个光斑，不同波长的光斑其直径也不同，不同角度入射光斑的中心位置不同，λ1、λ2和λ3分别代表不同的三个激光波长；15.当采用平凸圆台圆锥透镜或双凸圆台圆锥透镜时，不同波长的来袭激光会在面阵探测器上形成直径不同的同心圆，λ1、λ2和λ3分别代表三个不同的激光波长，随着激光入射角的变化，光斑的中心也会随之移动。16.所述s4中根据光斑位置信息计算入射激光的方位角、俯仰角及波长的方法为：包括下列步骤：17.s4.1、凸透镜的焦距为f，来袭激光波长与光斑直径呈一一对应的关系，记在面阵探测器上形成的光斑中心坐标为(x0，y0)，计算压缩后的来袭激光方位角α0俯仰角β0；18.s4.2、根据面阵探测器上光斑直径计算锥透镜的折射率；19.s4.3、根据锥透镜的折射率及柯西色散公式，计算出来袭激光的波长；20.s4.4、通过缩后的来袭激光方位角α0俯仰角β0，计算来袭激光的方位角α、俯仰角β。21.所述s4.1中计算压缩后的来袭激光方位角α0俯仰角β0的公式为：[0022][0023]所述f为凸透镜的焦距，所述(x0，y0)为面阵探测器上形成的光斑中心坐标。[0024]所述s4.2中计算锥透镜的折射率的公式为：[0025][0026]所述n为锥透镜的折射率，所述d为面阵探测器上得到的光斑半径，所述α0为压缩后的入射方位角，所述θ为锥透镜的顶角。[0027]所述s4.3中计算出来袭激光的波长的方法为：[0028]所述柯西色散公式为：[0029][0030]所述a、b、c是与介质材料有关的常数，也称色散系数；[0031]最终推出波长的计算公式为：[0032][0033]所述s4.4中计算来袭激光的方位角α、俯仰角β的方法为：[0034][0035]所述c为视场压缩透镜的压缩系数，所述f为凸透镜的焦距。[0036]本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：[0037]本发明提供了一种基于锥透镜的激光告警装置，原有激光告警装置中使用传统衍射光栅导致的光斑重级现象，其引入锥透镜解决了由此带来的漏警误警现象，大大提高了激光告警系统的探测精度。采用的平凸圆锥透镜或双凸圆锥透镜产生的锥形非发散光束，再经过凸透镜将光束汇聚在探测器上形成光斑，由于锥透镜的色散功能，使得平凸圆锥透镜或双凸圆锥透镜对不同波长的激光折射率不同，再经过凸透镜汇聚，不同波长的激光在面阵探测器上形成的光斑大小不同，可根据光斑直径计算激光波长。在不同入射角的情况下，光斑中心会随着入射角的变化而移动，所以，通过大量的标定来拟合出光斑的中心，可根据光斑中心计算来袭激光的方位角和俯仰角。平凸圆台圆锥透镜或双凸圆台圆锥透镜可在探测器上形成同心圆光斑，可根据光斑中心坐标计算来袭激光的入射角，也可根据圆的直径计算波长。本发明可采用四种不同的锥透镜作为分光元件，不同波长、不同角度的入射激光都可在面阵探测器上形成直径不同、位置不同的光斑，解决了传统光栅衍射型激光告警系统虚警误警率高、光利用率低等缺点，可实现对来袭激光角度及波长探测。附图说明[0038]为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。[0039]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。[0040]图1为本发明的结构框图；[0041]图2为本发明锥透镜的结构示意图；[0042]图3为本发明不同波长激光经过平凸圆锥透镜或双凸圆锥透镜形成的光斑图；[0043]图4为本发明不同波长激光经过平凸圆台圆锥透镜或双凸圆台圆锥透镜形成的光斑图。[0044]其中：1为视场压缩透镜，2为锥透镜，3为凸透镜，4为面阵探测器，5为控制及数据处理电路，2-1为平凸圆锥透镜，2-2为双凸圆锥透镜，2-3为平凸圆台圆锥透镜，2-4为双凸圆台圆锥透镜。具体实施方式[0045]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制；基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。[0046]下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。[0047]在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。[0048]本实例提出了基于锥透镜的激光告警装置，如图1所示，将来袭激光入射角设为α，俯仰角设为β，激光波长设为λ。来袭激光首先经过视场压缩透镜1 将来袭激光入射角进行压缩，再经过锥透镜2对来袭激光光束进行分光，分光后的光束再由凸透镜3汇聚并在面阵探测器4上形成光斑，最后可根据光斑位置信息计算入射激光的方位角、俯仰角及波长。在本实例中，可使用两种不同的锥透镜，如图2所示。当采用平凸圆锥透镜2-1或双凸圆锥透镜2-2的情况下，来袭激光经过光学系统后在面阵探测器4上会形成一个光斑，如图3所示，不同波长的光斑其直径也不同，不同角度入射光斑的中心位置不同，λ1，λ2和λ3分别代表不同的三个激光波长，经过控制及数据处理电路5可拟合出光斑的中心坐标及光斑直径，最后根据坐标及直径长确定来袭激光的波长。[0049]当采用平凸圆台圆锥透镜2-3或双凸圆台圆锥透镜2-4时，不同波长的来袭激光会在面阵探测器4上形成直径不同的同心圆，如图4所示，λ1，λ2和λ3分别代表三个不同的激光波长，随着激光入射角的变化，光斑的中心也会随之移动，经过控制及数据处理电路可计算出光斑中心及直径，因此可根据光斑中心及直径计算入射激光的角度及波长。[0050]因为系统一旦确定，光学系统的焦距f，锥透镜折射率nλ都是确定的，所以激光波长与光斑直径呈一一对应的关系，所以可根据光斑直径得出激光波长。记在面阵探测器上形成的光斑中心坐标为(x0，y0)，则压缩后的来袭激光方位角α0俯仰角β0的最终表达式为：[0051][0052]其次，由于锥透镜也是一种分光元件，它的折射率会根据波长的不同而不同，而折射率与光斑直径有关，系统给定以后，光斑直径就已知，所以折射率与直径的表达式为：[0053][0054]其中d为探测器上得到的光斑半径，α0计算得到的压缩后的入射方位角，θ为锥透镜的顶角。[0055]以下为色散公式：[0056][0057]式中a、b、c是与介质材料有关的常数，也称色散系数。[0058]最终可以推出波长的计算公式为：[0059][0060]其中：n为以上计算得出的公式，设c为前置压缩系统的压缩系数。[0061][0062]其中：c为视场压缩透镜的压缩系数，f为凸透镜的焦距。[0063]上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。









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