CN106597422B - 小型化光电被动测距装置 - Google Patents

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Abstract

一种小型化光电被动测距装置，包括：一光学接收望远镜；一排半透半反镜，第一个半透半反镜位于光学接收望远镜的光路上，并接收望远镜的信号，并将其透射及反射，第二个半透半反镜接收第一个半透半反镜的反射信号，其余各半透半反镜依次接收前一个半透半反镜的透射信号，并将接收的信号再透射及反射，形成多条光路；一第一排成像传感器，其第一个成像传感器接收第一个半透半反镜的透射信号，其余成像传感器对应位于第奇数个半透半反镜的反射光路上；一反射镜组接收第偶数个半透半反镜的反射信号；一第二排成像传感器接收各反射镜组的反射信号；一信息处理单元，其接收第一排及第二排成像传感器的多条光路的视频信号，并对接收的视频信号进行距离反演算法处理。

Description

小型化光电被动测距装置
技术领域
本发明属于光电定位与光电对抗技术领域，尤其涉及一种小型化光电被动测距装置。
背景技术
随着新军事技术变革的不断推进，精确制导、定点打击等高技术武器层出不穷，以成为各军事强国角力的主战场。精确打击的前提在于高精度的目标态势感知，不仅是目标的二维强度信息，更包括目标的距离和方位信息。其中距离信息又是定位的基础，因此在光电定位定向中，最为核心的即为光电测距技术。
光电测距技术主要分为主动测距技术和被动测距技术。主动测距主要基于激光测距模式，通过发射连续或脉冲激光照射目标，并接收回波信号，依据时间或相位信息反演目标的距离信息。主动方式最大的缺点是隐蔽性差，尽管现在为提高隐蔽性采用1.54μm或10.4μm等人眼不可见波段激光，但对方毕竟仍能通过光电探测器予以侦测，所以隐蔽性难以满足光电对抗需求。
被动测距技术则是通过探测物体的自然光辐射并进行分析来确定物体的距离，目前，最为典型的有双目三角测距技术，但由于测距误差大，各站间成像基准面共面难度大、不共面情况下面间距测量误差较大，加之由于成像方位不同，对目标的测角误差也不同，因此总的测距误差较大。另外，多站测距***复杂、体积大、校准难度大，难以进入实用化应用。
发明内容
为解决传统多站测距中***笨重、多站间成像水平基准面难以共面、非共面条件下存在较大基准面间测量误差和多站间目标倾角测量一致性误差等方面带来的距离反演精度低问题，提出一种小型化光电被动测距装置，通过折返式光路变换形成光程差，即可大大减小装置的体积和重量，又可实现多传感器间的共轴成像，提高了测距精度，利于相关技术的工程化应用。
为达到上述目的，本发明提供一种小型化光电被动测距装置，包括：
一光学接收望远镜；
一排半透半反镜，其第一个半透半反镜位于光学接收望远镜的光路上，并接收光学接收望远镜的信号，并将其透射及反射，第二个半透半反镜接收第一个半透半反镜的反射信号，其余各半透半反镜依次接收前一个半透半反镜的透射信号，并将接收的信号再透射及反射，形成多条光路；
一第一排成像传感器，其第一个成像传感器接收第一个半透半反镜的透射信号，其余成像传感器对应位于第奇数个半透半反镜的反射光路上；
一反射镜组，其分别接收第偶数个半透半反镜的反射信号；
一第二排成像传感器，其分别对应接收各反射镜组的反射信号，形成多条光路；
一信息处理单元，其接收第一排及第二排成像传感器的多条光路的视频信号，并对接收的视频信号进行距离反演算法处理。
从上述方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、利用本发明，可以实现较传统多站测距更高的测距精度；
2、利用本发明，可实现对任意改变姿态的目标的实时测距；
3、利用本发明，可实现对多传感器的共光轴测距；
4、利用本发明，可实现被动测距装置的小型化设计，有利于产品的工程化应用；
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施案例，并参照附图进一步详细说明如后，其中：
图1是本发明组成示意图；
图2是本发明测距原理示意图；
具体实施方式
在此公开本发明结构实施例的描述。可以了解的是并不在意图将本发明限制在特定公开的实施例中，而是本发明可以通过使用其他特征，元件方法和实施例来加以实施。不同实施例中的相似元件通常会标示相似的号码。
请参阅图1及图2所示，本发明提供一小型化光电被动测距装置(图1中)，包括：
一光学接收望远镜10；
一排半透半反镜20，其第一个半透半反镜位于光学接收望远镜10的光路上，并接收光学接收望远镜10的信号，并将其透射及反射，第二个半透半反镜接收第一个半透半反镜的反射信号，其余各半透半反镜依次接收前一个半透半反镜的透射信号，并将接收的信号再透射及反射，形成多条光路；
一第一排成像传感器3()，其第一个成像传感器接收第一个半透半反镜的透射信号，其余成像传感器对应位于第奇数个半透半反镜的反射光路上；
一反射镜组40，其分别接收第偶数个半透半反镜20的反射信号；
一第二排成像传感器50，其分别对应接收各反射镜组40的反射信号，形成多条光路；
一信息处理单元60，其接收第一排及第二排成像传感器30、50的多条光路的视频信号，并对接收的视频信号进行距离反演算法处理。
本发明实施时，优选两个通道的光路成像，即采用两个成像探测器，信号光经半透半反镜20输出后，一路直接进入成像器30，另一路经过反射镜组40多次光路折返后进入成像器50，最终汇总进入信息处理单元60。优选的，如图2所示，成像器30和成像器50直线距离为1，经过k次光路折返后，光程差L＝k1。
本发明实施时，其反演算法的公式如下：
通过公式(1)、(2)，可以得到
其中，如图2所示：Sm和Sn是第m和第n个成像传感器、T为空中任意姿态目标，T与Sm的距离为r，Sm和Sn的直线最短距离为1，经过光路多次折返后，光路差为L，其中L＞＞1，设成像器分辨率为a×b，二者的成像视场为θ，在成像瞬间，目标的视轴截面积为A，在Sm成像器上的封闭区间面积为Cm，在Sn成像器上的封闭区间面积为Cn。
本发明实施时，光学接收望远镜10完成目标光学信号的接收与调制；半透半反镜阵列20完成信号光的分光，将信号光分别传输至第一成像传感器阵列30接收成像；反射镜阵列40将分光后的目标信号光来回折返至预定光程差后进入第二传感器阵列50进行接收成像。
本发明实施时，将多个成像传感器30和50设置在同一个光路上成像，克服了多站测距中多站间成像水平基准面难以共面、非共面条件下存在较大基准面间测量误差和多站间目标倾角测量一致性误差等方面带来的距离反演精度低问题。该方案中各传感器的性能和物理参数在理论上保持一致。通过折返式设计，可以大大减小设备的体积和重量。
本发明实施时，成像传感器30和50依据统计学原理，通过增加成像传感器的数量可以提高被动测距精度，且须保证任何两个光路存在光程差。当大于2个成像传感器成像时，可调节半透半反镜20的透射和反射比例，使得每个成像传感器30和50的信号光强度理论上一致。
本发明实施时，信息处理单元60是通过有线或无线的方式接收图像，既能现场反馈图像或数据，又能将该类信息通过无线方式远程传输至用户。
本发明实施时，第一排成像传感器30及第二排成像传感器50的性能和参数保持一致，其成像波段为可见光、红外光或其他成像波段。
本发明实施时，第一排成像传感器30及第二排成像传感器50包括成像器镜头与接收望远镜，其共同调制目标光学信号，使之在成像靶面上清晰成像。
本发明实施时，其反射镜组40为普通光学反射镜、光学硬管镜或光纤镜等导光设备，其可以改变光路方向。
本发明实施时，信息处理单元60向用户直接反馈的信息是目标的图像和距离融合数据，该数据完全被动形式获得。
本发明实施时，信息处理单元60通过上位机或嵌入式处理器对图像进行去噪等预处理操作后，提取出目标图像并计算目标的像素面积后代入距离反演公式后，计算目标距离。
本发明实施时，信息处理单元60既可将各通道图像数据进行统一处理后直接向用户返回当前的实时目标距离数据，又可直接显示图像信息和上报实时距离数据，而不是类似于传统的激光测距机只能显示距离信息。
本发明实施时，传感器成像单元30和50各成像传感器的性能和参数理论上保持一致(包括传感器镜头参数)，其成像波段既可是可见光，也可是红外光或其他光谱，优先选用分辨率较高的可见光光谱。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小型化光电被动测距装置，包括：
一光学接收望远镜；
一排半透半反镜，形成半透半反镜阵列，其第一个半透半反镜位于光学接收望远镜的光路上，并接收光学接收望远镜的信号，并将其透射及反射，第二个半透半反镜接收第一个半透半反镜的反射信号，其余各半透半反镜依次接收前一个半透半反镜的透射信号，并将接收的信号再透射及反射，形成多条光路；
一第一排成像传感器，形成第一排成像传感器阵列，其第一个成像传感器接收第一个半透半反镜的透射信号，其余成像传感器对应位于第奇数个半透半反镜的反射光路上；
多个反射镜组，每个 反射镜组各包括多个反射镜，形成反射镜阵列，其分别接收第偶数个半透半反镜的反射信号；
一第二排成像传感器，形成第二排成像传感器阵列，其分别对应接收各反射镜组的反射信号，形成多条光路；
一信息处理单元，其接收第一排及第二排成像传感器的多条光路的视频信号，并对接收的视频信号进行距离反演算法处理。
2.根据权利要求1所述的小型化光电被动测距装置，其中反演算法的公式如下：
通过公式(1)、(2)，可以得到
其中，Sm和Sn是第m和第n个成像传感器、T为空中任意姿态目标，T与Sm的距离为r，Sm和Sn的直线最短距离为l，经过光路多次折返后，光路差为L，其中L＞＞l，设成像器分辨率为a×b，二者的成像视场为θ，在成像瞬间，目标的视轴截面积为A，在Sm成像器上的封闭区间面积为Cm，在Sn成像器上的封闭区间面积为Cn。
3.根据权利要求1所述的小型化光电被动测距装置，其中该光学接收望远镜完成目标光学信号的接收与调制；半透半反镜阵列完成信号光的分光，将信号光分别传输至第一排成像传感器阵列接收成像；反射镜阵列将分光后的目标信号光来回折返至预定光程差后进入第二排成像传感器阵列进行接收成像。
4.根据权利要求1所述的小型化光电被动测距装置，其中该信息处理单元是通过有线或无线的方式接收图像，既能现场反馈图像或数据，又能将该类信息通过无线方式远程传输至用户。
5.根据权利要求1所述的小型化光电被动测距装置，其中第一排成像传感器及第二排成像传感器的性能和参数保持一致，其成像波段为可见光、红外光或其他成像波段。
6.根据权利要求1所述的小型化光电被动测距装置，其中该第一排成像传感器及第二排成像传感器包括成像器镜头与接收望远镜，其共同调制目标光学信号，使之在成像靶面上清晰成像。
7.根据权利要求1所述的小型化光电被动测距装置，其反射镜组为普通光学反射镜、光学硬管镜或光纤镜导光设备，其可以改变光路方向。
8.根据权利要求1所述的小型化光电被动测距装置，其信息处理单元向用户直接反馈的信息是目标的图像和距离融合数据，该数据完全被动形式获得。
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