CN102324028A - 一种基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别*** - Google Patents

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严来军
王静
段海洋
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Abstract

本发明公开了一种基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，它包括信号处理电路1、发射接收模块2、光束调整单元3、透镜4、反射面5、压电器件6和信号加载电路7。其中，反射面5位于透镜4的焦平面处，两者构成猫眼结构。该猫眼结构完成对入射到反射面5的入射光的逆向反射，并由发射接收模块2接收逆向反射光。所述的光学逆向识别***由信号加载电路7加载识别码信息并驱动压电器件6去带动反射面5，使反射面5出现凹凸变形并离开透镜4的焦平面，导致猫眼逆向器的逆向效率发生变化，引起发射接收模块2接收信号的强度发生变化，从而实现加载信号7中的加载信号传递至信号处理电路1，之后由信号处理电路1从中提取出识别码信息，最终实现目标识别。

Description

一种基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***
技术领域
本发明涉及光信息技术领域，具体涉及一种基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***。
背景技术
光学逆向识别***的核心是光学逆向调制器，逆向调制器不仅能够原路反射入射的激光光束，更关键的是，它同时还能够对反射激光光束进行调制。应用光学逆向调制技术的识别***采用调制逆向回波进行通信，免去了其中一个终端的跟瞄***，减轻了其中一个终端的体积和重量，增加了识别***的灵活性。光学逆向调制器可以采用的方案有多种，其性能主要与调制器件有关，比如液晶器件，多量子阱器件，微机电***(MEMS)器件，衰减全反射调制器件等。光学逆向调制器按结构分主要有两类：棱镜反射型和“猫眼”结构回波调制型。对于棱镜反射型，改变反射率的方式有多种，其中一种类型包括：MEMS调制、衰减全反射调制等，这种类型的光学逆向调制器主要需要解决一下关键技术：调制面的制作技术和高性能调制材料的研制。另一种调制是利用调制器件有规律的开关来进行回波调制，调制器件包括：铁电液晶光阀、电光相位调制器、多量子阱器件等，这种类型的光学逆向调制器主要受限于调制器件的特性，目前大面积高速光调制器件的制作仍是一个难点。“猫眼”效应逆向调制器利用“猫眼”的后向反射特性来达到调制目的，其调制方式包括：离焦调制和吸收型调制。
国外对于逆向调制技术非常重视并进行过大量的研究。国内对于逆向调制技术的研究起步较晚，相关的文献专利还比较少。这方面的专利目前仅有电子科技大学的《一种基于光载流子的光学逆向调制器》，采用的是棱镜反射型结构、吸收型调制方式。报道了实用化的逆向调制器的文献有电子科技大学的《大视场“猫眼”结构光学逆向调制器研究》和《基于超磁致伸缩材料的光学逆向调制器初步研究》，前者报道的是利用螺旋位移器来实现离焦调制，后者是基于超磁致伸缩材料的，采用的是棱镜反射型结构。本发明是一种基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，采用增强的离焦调制方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***。该逆向识别***结构简单合理，响应速度快，抗电磁干扰能力强、视场角大、方向性强。
针对上面提出的问题，本发明提供了一种基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于：
***包括信号处理电路1、发射接收模块2、光束调整单元3、透镜4、反射面5、压电器件6和信号加载电路7。
按照本发明所提供的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述发射接收模块2能够发射光并接收逆向反射光。
按照本发明所提供的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述光束调整单元3能够对发射接收模块2发出的光扩束准直。
按照本发明所提供的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述反射面5位于透镜4的后焦平面上，两者构成猫眼结构。该猫眼结构具有将任意角度入射的光线逆向返回的特性。
按照本发明所提供的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述压电器件6与反射面5紧密耦合，压电器件6是一种压电复合器件，能在实现前后位移的同时具有凹凸形变，带动反射面5具有相同的运动特征。通过反射面5的前后位移实现离焦调制方式对逆向反射光光强进行调制，并通过反射面5的凹凸形变极大加强调制效果和视场范围。
按照本发明所提供的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述信号加载电路7能够产生驱动压电器件6的驱动信号，并能在其上加载识别码。
按照本发明所提供的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述信号处理电路1能够处理发射接收模块2的输出信号，并提取目标的识别码信息，以此进行目标识别。
附图说明
图1是本发明所提供的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***结构示意图，；
图2是本发明所应用的一个信号处理电路示意图；
图3是本发明所应用的3个发射接收模块结构示意图；
图4是本发明所应用的一个光束调整单元示意图；
图5是本发明所应用的一个信号加载电路示意图；
图6是普通离焦调制型的猫眼结构离焦时的等效光路图；
图7是猫眼结构中透镜焦距不同时，反射光能量随离焦量变化的曲线图；
图8是本发明所应用的增强的离焦调制型的猫眼结构离焦时的光路图
其中，图1中，1、信号处理电路，2、发射接收模块，3、光束调整单元，4、透镜，5、反射面，6、压电器件，7、信号加载电路；图2中，11、滤波电路，12、检波电路，13、整形电路，14、信号显示器；图3中，21、单发射单接收结构，22、单发射双接收结构，23、单发射四接收结构，211、221、231为光源，212、222、223、232、233、234、235为光电探测器；图4中，31、32为透镜；图5中，71、放大电路，72、调制输入控制电路，73、超声驱动电路。
具体实施方式
下面结合附图以及实例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，***包括信号处理电路1、发射接收模块2、光束调整单元3、透镜4、反射面5、压电器件6和信号加载电路7。
信号处理电路1的一个具体例子如图2所示，包括滤波电路11、检波电路12、整形电路13和信号显示器14。
图3所示为3种发射接收模块2的结构的例子，以下都是以单发射单接收结构21为例加以说明，包括光源211和光电探测器212。光源211为任意波长的激光或发光二极管。光电探测器212能检测光源211所发出的光。为增强接收效果，实现更远距离探测，可以采用单发射双接收结构22或单发射四接收结构23。
光束调整单元3的一个具体例子如图4所示，包括透镜31和透镜32，透镜31的后焦点与透镜32的前焦点重合。
反射面5为对光源211发出的光有较好反射率的材料，如铝、铜、银或金。反射面5位于透镜4的后焦平面上，两者构成猫眼结构，其具有将任意角度入射的光线逆向返回的特性。压电器件7采用的是压电复合材料。
信号加载电路7的一个具体例子如图5所示，包括放大电路71、调制输入控制电路72和超声驱动电路73。
本发明运用的基本原理：光源211发出的光通过光束调整单元3的扩束准直作用后，传播一定距离照射到透镜4和反射面5组成的猫眼结构。此时，反射面5位于透镜4的后焦平面处，猫眼结构将产生很强的逆向反射。信号加载电路7中的超声驱动电路73能够产生超声驱动信号，并通过调制输入控制电路72在其上加载数字调制信息，经放大电路71放大之后作用于压电器件6。数字信号为“0”时，压电器件6不工作，与压电器件6紧密耦合的反射面5还是位于透镜4后焦平面处，产生很强的逆向反射，数字信号为“1”时，压电器件6工作，反射面5偏离透镜4后焦平面，离焦时的等效光路图如图6所示。图7描述的是猫眼结构中透镜焦距分别为10mm、25mm、55mm、85mm时，反射光能量随离焦量的变化，当反射面5偏离透镜4后焦平面一定距离时，入射光无法有效反射，光电探测器212将接收到微弱的逆向反射光信号。因此，通过一定的“0”、“1”序列调制的超声驱动信号经放大后作用在压电器件6上，反射面5将按照调制序列在焦平面和离焦情况下交替振动，如此，反射光的强度就被调制了。本发明采用的压电器件6是压电复合材料，工作时，它除了会和一般的压电材料那样平移振动，还会有前后鼓动，离焦时的实际光路如图8所示。鼓动造成反射面变为曲面，这种结构能进一步减弱离焦时的反射光光强，是为增强的离焦调制方式。光电探测器212接收到强度经过调制的逆向反射光后将信号输出到滤波电路11进行滤波，去除杂波信号后，送至检波电路12进行检波，将检波后的信号通过整形电路13进行整形，得到目标识别码信息，由信号显示器14显示。
运用这种原理，在目标身上通过信号加载电路7预置一个数字信号S(t)，作为目标的识别码序列，光到达目标时，猫眼结构将依据S(t)调制逆向反射光光强，光电探测器212接收逆向反射光信号，信号处理电路1处理光电探测器212的输出信号，并从中提取出S(t)识别码序列，进行目标识别。该光学逆向识别***方向性强、反应速度快、结构简单、视场角大、抗电磁干扰能力强，极大地降低动载体之间目标识别的成本和难度。

Claims (7)

1.一种基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于：
***包括信号处理电路1、发射接收模块2、光束调整单元3、透镜4、反射面5、压电器件6和信号加载电路7；
2.根据权利要求1所述的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述发射接收模块2能够发射光并接收逆向反射光。
3.根据权利要求1所述的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述光束调整单元3能够对发射接收模块2发出的光扩束准直。
4.根据权利要求1所述的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述反射面5位于透镜4的后焦平面上，两者构成猫眼结构。该猫眼结构具有将任意角度入射的光线逆向返回的特性。
5.根据权利要求1所述的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述压电器件6与反射面5紧密耦合，压电器件6是一种压电复合器件，能在实现前后位移的同时具有凹凸形变，带动反射面5具有相同的运动特征。通过反射面5的前后位移实现离焦调制方式对逆向反射光光强进行调制，并通过反射面5的凹凸形变极大加强调制效果和视场范围。
6.根据权利要求1所述的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述信号加载电路7能够产生驱动压电器件6的驱动信号，并能在其上加载识别码。
7.根据权利要求1所述的基于压电器件的猫眼结构的光学逆向识别***，其特征在于，所述信号处理电路1能够处理发射接收模块2的输出信号，并提取目标的识别码信息，以此进行目标识别。
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