基于激光检测技术的入侵监测系统

　　当前反恐问题已成为世界各国所面临的共同难题，尤其对大型运动场馆人数众多、人员密度大、不可在短时间内疏散的地方，是重点防护的对象。随着科学技术的发展，激光检测技术已广泛应用于军事、农业、宇宙、环境、科学、医疗卫生等诸多领域[1]。 它具有远距离、 非接触、快速、高灵敏度的检测和传输的特点，还具有检测信噪比高、抗干扰能力强、信息容量大等优点。

　　1 系统原理

　　如图 1 所示。激光发射管安装在入口门框的一侧，接收管安装在另一侧。由 FPGA 发出监控信号，经由激光器驱动电路进行功率放大，驱动激光发射器发出激光，激光接收部分接收激光信号。接收到的光信号由PIN型光电二极管进行光电转换后变为电信号，经过窄带滤波放大后，再通过比较器进行数模转换后送交 FPGA 处理。PIN 接收管是一种光感电流源，随入射光的大小线性变化。如果没有入侵，则接收端能收到光信号，一旦受到入侵，则光信号被遮挡，收不到激光信号，发出报警信号。同时将入侵信号发送到中心监控计算机，构成一个实时监控报警系统。

　　发射采用准连续激光，这样使红外发光管工作于准连续状态，大大延长了其使用寿命，比直流抗干扰能力强。接收端输出光电流微弱，噪声叠加导致频谱分量多，无法直接判别，需要进行滤波放大。在信号处理方面，由于发送激光调制信号与接收解调脉冲一一对应，只是接收后的解调信号比发射控制信号有固定时间的延时，可以将接收的警告信号与发射信号的延时进行逻辑与，这样即使有干扰信号，只要出现在激光的非使能时间段，都可以被滤除，这样大大降低了误报警的概率。为提高系统可靠性，需进行多路同时检测，只有当两路激光信号同时无法被检测到时，才产生报警信号。以防止体积较小的物体偶然闯入检测区域而引起误报警。

　　2 主要功能模块实现

　　2.1 红外发射

　　在设计中，因为超过一类激光的光源对人眼有伤害，为了安全起见采用一类激光。发射激光参数：波长980±10nm10KHz，脉宽10 m，直流输出光功率 150mW。根据一类激光可达发射极限单脉冲能量计算公式，单脉冲允许的最大能量[2]

　　将出射光加衰减片。就可以得到一类激光作为发射激光光源。

　　2.2 激光驱动电路

　　激光驱动电路采用德国 iC-Haus公司的激光二极驱动器芯片iC-HK。此芯片是专用的激光器驱动芯片，封装形式为 SO8-TP，可以实现激光连续驱动和高达 155MHz的准联续驱动，电流纹波小，关断瞬间过冲小，是很好的激光专用驱动芯片[3]。单路脉冲电流达 700mA，驱动电路图如图 2 所示。V(CI)为电压控制激光管电流，EN1，EN2 是使能端，高电平允许，低电平截止，两路可以并联使用，提高负载电流，也可以单独使用。由于本次激光管的驱动电流一路就可以满足，所以EN1接地，EN2 接脉冲控制信号，控制信号由 FPGA 发出。