CN113970733A - 微动目标探测***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微动目标探测***及方法，该微动目标探测***包括：量子态激光器、微动模拟***和激光探测器；其中，所述微动模拟***包括控制部和用于承载目标的转动部；所述控制部，用于根据所需模拟的微动状态驱动所述转动部转动，所述转动部在转动时带动所述目标按照所需模拟的微动状态转动；所述量子态激光器，用于输出量子态激光，所述量子态激光可照射到所述目标上；所述量子态激光器与所述目标的距离恒定，且该距离不超过输出量子态激光可被探测的最大距离；所述激光探测器，用于探测由所述目标与所述量子态激光作用后的回波，所述激光探测器与所述目标的距离恒定。本方案，能够提高对微动目标的探测精度。

Description

微动目标探测***及方法
技术领域
本发明实施例涉及目标探测技术领域，特别涉及一种微动目标探测***及方法。
背景技术
对目标进行激光探测，可以实现目标精细结构的刻画和精细运动特征的提取。目标在运动过程中还伴有除质心平动以外的振动、转动和加速运动等微动。目前，在利用微动目标探测***对微动目标进行探测时，由激光器输出激光，照射到微动目标上，并由探测***探测由微动目标对激光返回的回波，进而利用探测结果计算微动目标特性。
为保证能够探测到较大强度的回波，现有的微动目标探测***中采用大功率的激光器作为激光发射源。但是大功率激光器输出的激光，在振幅和相位上存在较大的散粒噪声，当目标存在微动状态时，利用存在较大散粒噪声的激光实现回波探测，探测精度较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种微动目标探测***及方法，能够提高对微动目标的探测精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种微动目标探测***，包括：量子态激光器、微动模拟***和激光探测器；其中，
所述微动模拟***包括控制部和用于承载目标的转动部；
所述控制部，用于根据所需模拟的微动状态驱动所述转动部转动，所述转动部在转动时带动所述目标按照所需模拟的微动状态转动；
所述量子态激光器，用于输出量子态激光，所述量子态激光可照射到所述目标上；所述量子态激光器与所述目标的距离恒定，且该距离不超过输出量子态激光可被探测的最大距离；
所述激光探测器，用于探测由所述目标与所述量子态激光作用后的回波，所述激光探测器与所述目标的距离恒定。
优选地，所述转动部包括：基座和直线型转轴；
所述基座可沿竖直转轴水平旋转，所述基座的顶端设置有向上弯曲的弧形轨道；
所述直线型转轴可实现自转，所述直线型转轴的长度等于所述弧形轨道所属圆形的半径，所述直线型转轴的承载端承载所述目标，所述直线型转轴的滑行端可沿所述弧形轨道滑行。
优选地，所述微动目标探测***还包括探测轨道；所述激光探测器可沿所述探测轨道滑行。
优选地，所述探测轨道为球面轨道，所述球面轨道的球心位置为所述直线型转轴的承载端的位置。
优选地，所述探测轨道为圆形轨道，所述圆形轨道的圆心位置为所述直线型转轴的承载端的位置。
优选地，所述量子态激光器与所述圆形轨道位于同一个平面上。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于上述任一所述微动目标探测***的微动目标探测方法，包括：
利用所述微动模拟***中的控制部，根据所需模拟的微动状态驱动所述微动模拟***中的转动部转动，所述转动部在转动时带动承载的目标按照所需模拟的微动状态转动；
利用所述量子态激光器输出量子态激光照射到所述目标上；
利用所述激光探测器探测由所述目标与所述量子态激光作用后的回波。
本发明实施例提供了一种微动目标探测***及方法，利用量子态激光器作为激光发射源，由于量子态激光器的功率较小，因此量子态激光器在幅值和时间上的抖动较小，因此应用在微动目标的探测上，可以减少激光带来的干扰。另外，为了保证目标在转动过程中能够对转动的目标进行回波探测，可以通过设置量子态激光器与目标的距离恒定的方式，且该距离不超过输出量子态激光可被探测的最大距离来保证探测强度保持一致。可见，本方案可以提高微动目标的探测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种微动目标探测***结构图；
图2是本发明一实施例提供的一种转动部结构图；
图3是本发明一实施例提供的一种微动目标探测方法流程图；
附图标记：
10-量子态激光器；
20-微动模拟***；
201-控制部；
202-转动部；
2021-基座；
2022-直线型转轴；
A-承载端；
B-滑行端；
30-激光探测器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如前所述，现有的微动目标探测***中采用大功率的激光器作为激光发射源，该大功率激光器输出的激光本身存在振幅、相位的抖动，对存在微动状态的目标进行探测时，探测精度较低。若需要提高探测精度，就需要降低激光本身存在的振幅、相位的抖动，降低激光器的功率。当激光器功率较小时，虽然减小了激光的振幅、相位抖动，但是激光的照射距离也会减小。在现有微动目标探测***中，为实现不同角度的探测时，需要调整激光器和/或探测***与目标的位置关系、距离关系等，当位置、距离发生变化后，往往会测量得到不同强度的回波，甚至当距离较远时，无法测量到回波。那么就需要保证在整个探测过程中，激光器与目标之间的距离不变，探测***与目标之间的距离不变。
下面描述以上构思的具体实现方式。
请参考图1，本发明实施例提供了一种微动目标探测***，该微动探测***可以包括：量子态激光器10、微动模拟***20和激光探测器30；其中，
所述微动模拟***20包括控制部201和用于承载目标的转动部202；
所述控制部201，用于根据所需模拟的微动状态驱动所述转动部202转动，所述转动部202在转动时带动所述目标按照所需模拟的微动状态转动；
所述量子态激光器10，用于输出量子态激光，所述量子态激光可照射到所述目标上；所述量子态激光器10与所述目标的距离恒定，且该距离不超过输出量子态激光可被探测的最大距离；
所述激光探测器30，用于探测由所述目标与所述量子态激光作用后的回波，所述激光探测器30与所述目标的距离恒定。
本发明实施例中，利用量子态激光器作为激光发射源，由于量子态激光器的功率较小，因此量子态激光器在幅值和时间上的抖动较小，因此应用在微动目标的探测上，可以减少激光带来的干扰。另外，为了保证目标在转动过程中能够对转动的目标进行回波探测，可以通过设置量子态激光器与目标的距离恒定的方式，且该距离不超过输出量子态激光可被探测的最大距离来保证探测强度保持一致。可见，本方案可以提高微动目标的探测精度。
下面对图1所示的各个部件分别进行描述。
首先，量子态激光器。
量子态激光器包括激光发生器、倍频腔、非线性晶体、相位反馈控制装置和分束器等。激光发生器输出激光，经倍频腔产生倍频激光，倍频激光作为后续光学参量放大过程中的泵浦光，在光学参量放大过程中，泵浦光可与非线性晶体相互作用产生量子态激光。分束器将量子态激光分成两束，一束用于照射目标与目标相互作用，另一束输出给激光探测器作为参考信号。
激光在经过倍频和光学参量放大，输出的量子态激光的信噪比可以突破常规激光器在振幅和相位上的散粒噪声极限，使得在振幅、相位上的抖动减小，从而可以提高微动目标探测***对微动目标特征测量的精度，提高微动目标探测***的微动测量性能。
由于量子态激光器功率较小，为了保证目标在转动过程中能够对转动的目标进行回波探测，可以通过设置量子态激光器与目标的距离恒定的方式，且该距离不超过输出量子态激光可被探测的最大距离来保证探测强度保持一致。
为了保持量子态激光器与目标的距离恒定，若目标在探测过程中位置会发生变化，那么需要时刻调整量子态激光器的位置，且位置调整过程中，需要保证量子态激光器输出的量子态激光能够时刻保持对目标的照射，且照射角度不变。
在本发明一个实施例中，为了进一步减小由于位置变化不均匀对探测结果的影响，可以设置目标在转动过程中始终位于同一个位置处，且在该位置处能够保证目标的姿态的变化。
那么接下来，对微动模拟***进行描述。
微动模拟***用于通过转动部承载目标，控制部驱动转动部转动，进而由转动部带动目标转动，使得转动时模拟所需的微动状态。
请参考图2，为本发明一个实施例提供的转动部结构示意图，该转动部可以包括：基座2021和直线型转轴2022；
基座2021可沿竖直转轴水平旋转，基座2021的顶端设置有向上弯曲的弧形轨道；
直线型转轴2022可实现自转，直线型转轴2022的长度等于弧形轨道所属圆形的半径，直线型转轴2022的承载端A承载所述目标，直线型转轴2022的滑行端B可沿弧形轨道滑行。
由于直线型转轴的长度等于弧形轨道所属圆形的半径，因此，直线型转轴的承载端位于弧形轨道所属圆形的圆心位置处。当直线型转轴沿弧形轨道滑行以及基座水平旋转时，直线型转轴的承载端始终位于弧形轨道所属圆心的圆心位置处，且直线型转轴自转时，承载端的位置也保持不变，因此，该转动部在转动过程中，可以改变目标的姿态，但不会改变目标的位置。
在本发明一个实施例中，控制部可以根据所需模拟的微动状态，驱动转动部的转动，使得目标模拟出所需模拟的微动状态。其中，微动状态可以包括：转动、进动、章动和振动中的至少一种。
当微动模拟***在实现目标的不同微动状态模拟的同时，可以实现小功率的量子态激光对目标全方位角、全俯仰角的照射，以及激光探测器对回波全方位角、全俯仰角的探测。通过将目标放置在微动模拟***上，固定设置量子态激光器，使得量子态激光器与目标的距离不超过输出量子态激光可被探测的最大距离。量子态激光照射在目标上与目标相互作用，相互作用后的量子态激光回波参数会发生变化，并被激光探测器探测得到。
然后，对激光探测器进行说明。
其中，激光探测器可以采用相干探测机制，用于探测目标的回波信号，回波信号通过激光探测器中的光学天线进入光电探测与放大电路，以捕获回波信号和由量子态激光器直接输出的作为参考信号的量子态激光，并对捕获的回波信号和参考信号进行带通滤波、自动增益控制、微波混频、低通滤波和信号放大处理。
在本发明一个实施例中，若微动模拟***在带动目标转动过程中，目标的位置发生变化，那么需要调整激光探测器的位置，使得激光探测器与目标之间的距离保持恒定，进而使得探测到的回波强度相等，降低由于回波强度不同对探测结果的影响。若微动模拟***在带动目标转动过程中，目标的位置保持不变，那么可以设置激光探测器的位置，使得激光探测器与目标之间的距离保持在最佳距离。
为了能够实现对目标全方位角、全俯仰角的探测，在保证激光探测器与目标之间距离不变的基础上，可以通过调整激光探测器的位置，来使得激光探测器的探测位置与目标的相对姿态发生变化。本发明一个实施例中，该微动目标探测***可以包括探测轨道，激光探测器可沿该探测轨道滑行。具体地，本发明实施例中至少可以通过如下两种探测轨道来实现激光探测器与目标之间距离不变：
方式一：探测轨道为球面轨道。
方式二：探测轨道为圆形轨道。
下面对这两个探测轨道分别进行说明。
在方式一中，探测轨道为球面轨道，球面轨道的球心位置为直线型转轴的承载端的位置。
由于目标在转动过程中位置保持不变，且目标位于直线型转轴的承载端上，即目标始终位于球面轨道的球心位置处。因此，激光探测器在球面轨道上滑行到任意位置时，激光探测器与目标之间的距离均恒定，且该距离为球面轨道的球半径。
在方式二中，探测轨道为圆形轨道，圆形轨道的圆心位置为直线型转轴的承载端的位置。
由于目标在转动过程中位置保持不变，且目标位于直线型转轴的承载端上，即目标始终位于圆形轨道的圆心位置处。因此，激光探测器在圆形轨道上滑行到任意位置时，激光探测器与目标之间的距离均恒定，且该距离为圆形轨道的半径。
在方式二中，在本发明一个实施例中，量子态激光器与圆形轨道位于同一个平面上。由于目标在转动过程中始终位于圆形轨道的圆心位置处，且激光探测器在探测过程中可以沿圆形轨道滑行，那么在整个探测过程中，量子态激光器、激光探测器和目标始终位于同一个平面上，且该平面为圆形轨道所形成的平面。如此，在整个探测过程中，量子态激光器输出的量子态激光的照射方向照射角度始终不变，激光探测器在探测过程中也只是方位角相对圆心位置会发生变化，因此，在利用激光探测器探测得到的回波信号进行信号处理时，可以大大降低处理过程的计算量。
最后，该微动目标探测***还可以包括信号处理单元。该信号处理单元可以从激光探测器探测输出的回波信号中提取出目标的微动信息，并将微动信息进行显示。具体地，信号处理单元对回波信号进行模拟信号到数字信号的转换，然后通过傅里叶变换，对回波信号进行时频解算，将最终解算结果发送给显示终端进行显示。
请参考图3，本发明实施例还提供了一种基于上述微动目标探测***的微动目标探测方法，包括：
步骤300，利用所述微动模拟***中的控制部，根据所需模拟的微动状态驱动所述微动模拟***中的转动部转动，所述转动部在转动时带动承载的目标按照所需模拟的微动状态转动。
其中，该微动状态可以包括转动、进动、章动和振动中的至少一种。
步骤302，利用所述量子态激光器输出量子态激光照射到所述目标上。
步骤304，利用所述激光探测器探测由所述目标与所述量子态激光作用后的回波。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种微动目标探测***，其特征在于，包括：量子态激光器、微动模拟***和激光探测器；其中，
所述微动模拟***包括控制部和用于承载目标的转动部；
所述控制部，用于根据所需模拟的微动状态驱动所述转动部转动，所述转动部在转动时带动所述目标按照所需模拟的微动状态转动；
所述量子态激光器，用于输出量子态激光，所述量子态激光可照射到所述目标上；所述量子态激光器与所述目标的距离恒定，且该距离不超过输出量子态激光可被探测的最大距离；
所述激光探测器，用于探测由所述目标与所述量子态激光作用后的回波，所述激光探测器与所述目标的距离恒定。
2.根据权利要求1所述微动目标探测***，其特征在于，所述转动部包括：基座和直线型转轴；
所述基座可沿竖直转轴水平旋转，所述基座的顶端设置有向上弯曲的弧形轨道；
所述直线型转轴可实现自转，所述直线型转轴的长度等于所述弧形轨道所属圆形的半径，所述直线型转轴的承载端承载所述目标，所述直线型转轴的滑行端可沿所述弧形轨道滑行。
3.根据权利要求2所述微动目标探测***，其特征在于，所述微动目标探测***还包括探测轨道；所述激光探测器可沿所述探测轨道滑行。
4.根据权利要求3所述微动目标探测***，其特征在于，所述探测轨道为球面轨道，所述球面轨道的球心位置为所述直线型转轴的承载端的位置。
5.根据权利要求3所述微动目标探测***，其特征在于，所述探测轨道为圆形轨道，所述圆形轨道的圆心位置为所述直线型转轴的承载端的位置。
6.根据权利要求5所述微动目标探测***，其特征在于，所述量子态激光器与所述圆形轨道位于同一个平面上。
7.一种基于权利要求1-6中任一所述微动目标探测***的微动目标探测方法，其特征在于，包括：
利用所述微动模拟***中的控制部，根据所需模拟的微动状态驱动所述微动模拟***中的转动部转动，所述转动部在转动时带动承载的目标按照所需模拟的微动状态转动；
利用所述量子态激光器输出量子态激光照射到所述目标上；
利用所述激光探测器探测由所述目标与所述量子态激光作用后的回波。
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