本发明涉及激光雷达，尤其是涉及一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统及使用方法。
背景技术：
1、现代激光雷达系统在目标探测和成像中发挥着重要作用。通过发射激光脉冲并接收回波来获取目标位置和特征。然而，单光子探测技术作为一种高灵敏度的探测方法，能够处理微弱光信号，特别适合远距离目标探测。但传统系统面临成本高、体积大以及在复杂环境下的性能挑战。
2、高动态信息目标，如高速运动车辆或飞行器，其速度和姿态的快速变化，使得传统系统难以准确捕捉其特征。因此，实时跟踪和成像系统需要具备高速数据处理和算法优化，以确保对高动态目标的准确跟踪和成像能力。同时，大气湍流和空气质量变化对激光信号的传播和接收造成干扰，直接影响目标信号的清晰度和准确性。
3、近年来，针对大气影响的补偿技术逐渐成熟，包括自适应光学和信号处理算法，这些技术的进步显著提高了在复杂大气条件下激光雷达系统的性能。然而现有激光雷达系统能耗高，设备沉重累赘，不便在复杂环境中快速捕捉目标信息。因此，需要设计一种能够在无人机上实时运行的单光子特征识别与实时成像系统。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统及使用方法，具备轻巧便携、低功耗、高性能的特点，能够在复杂环境中快速捕捉和处理目标信息，实现高质量的实时跟踪与成像。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统及使用方法，包括飞控模块，光学模块、控制模块和探测模块，所述光学模块与所述探测模块连接，所述光学模块和所述探测模块均安装于无人机主体上，所述控制模块与所述飞控模块、所述光学模块、所述探测模块连接；
3、所述飞控模块用于对所述无人机主体和所述探测模块进行控制；
4、所述光学模块用于对待测目标覆盖激光并收集单光子信号；
5、所述控制模块用于控制所述飞控模块、所述光学模块和所述探测模块；
6、所述探测模块用于探测所述光学模块手机的单光子信号。
7、优选的，所述光学模块包括可变焦准直镜和可变焦镜头，所述可变焦镜头与所述探测模块连接。
8、优选的，所述飞控模块包括飞行摄像头和无人机飞行中控系统，所述飞行摄像头通过电信号与无人机飞行中控系统连接。
9、优选的，所述探测模块包括单光子阵列探测器，所述可变焦镜头通过光信号与所述单光子阵列探测器连接。
10、优选的，所述控制模块包括两个4g无线传输器，两个所述4g传输器通过电磁波信号进行交互，其中一个所述4g无线传输器通过电信号与所述pc处理器交互，另一个所述4g无线传输器分别通过电磁波信号和电信号与所述无人机飞行中控系统和所述树莓派交互，所述树莓派通过电信号与单光子阵列探测器接收镜头的自动变焦器、激光发射镜头的自动变焦器和激光器驱动板连接，所述树莓派与启停器通过电信号交互，所述启停器通过电信号与所述单光子阵列探测器、所述激光器驱动板、所述单光子阵列探测器接收镜头的自动变焦器和激光发射镜头的自动变焦器连接，所述单光子阵列探测器接收镜头的自动变焦器通过电信号与所述可变焦镜头连接，所述激光发射镜头的自动变焦器与所述可变焦准直镜连接。
11、本发明提供了一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统的使用方法，包括以下步骤：
12、s1、通过pc处理器发出指令，无人机飞行至指定区域，并初步调整单光子成像的现场；
13、s2、pc处理器远程控制启停器，开启机载的实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统，并回传无人机飞行摄像头的视场信息；
14、s3、根据回传无人机飞行摄像头的视场信息，经由pc处理器远程控制激光发射镜头的自动变焦器与单光子阵列探测器接收镜头的自动变焦器，调整激光发射光斑大小与单光子阵列探测器的视场大小，使得收发光路同时对准待测目标；
15、s4、根据单光子阵列探测器4g无线传输器回传数据，并上传至pc处理器中的上位机中解析，完成跟踪特征识别与实时显示图像。
16、优选的，所述s2中具体包括以下步骤：
17、s2.1、pc处理器通过4g无线传输器，将指令发送到无人机上的树莓派中，由树莓派处理pc处理器发出的指令；
18、s2.2、启停器接收到树莓派的指令，打开机载的实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统设备的电源。
19、优选的，所述s3中具体包括以下步骤：
20、s3.1、pc处理器发出指令通过4g无线传输器，将指令发送到无人机上的树莓派中，树莓派分析指令内容并发出控制指令；
21、s3.2、激光发射镜头的自动变焦器收到树莓派的指令之后，驱动激光发射镜头的自动变焦器，调整光斑大小，使得激光器发出的光斑覆盖待测目标上；
22、s3.3、单光子阵列探测器的接收镜头自动变焦器收到树莓派的指令后，驱动单光子阵列探测器的接收镜头自动变焦器电机，完成接收视场的调整，使得收发光路同时对准待测目标。
23、优选的，所述s4中具体包括以下步骤：
24、s4.1、在特征识别系统中，激光器发射激光到物体上，单光子阵列探测器探测面接收到由激光发射并返回的光学信息，传入树莓派中，并通过4g无线传输器传输回pc处理器，由pc处理器中的上位机解析其中的光学信息，并将这些信息进行分析，锁定目标特征频率信息等，在后续回传的信息中，解析该特征信息在视场的坐标，由pc处理器完成飞行姿态的调整，使之始终保持在单光子阵列探测器的视场中心；
25、s4.2、在成像系统中，激光器发射激光到物体上，单光子阵列探测器探测面接收到由激光发射并返回的光学信息，传入树莓派中，并通过4g无线传输器传输回pc处理器，由pc处理器中的上位机根据单光子阵列探测器中fpga的tdc的时钟顺序，解析其中的光学信息，并在软件中显示实时的图像。
26、优选的，所述s4.1中解析该特征信息在视场的坐标具体操作如下：
27、设置视场画面为二位坐标，其中心点(x，y)为(0，0)，因为单光子阵列探测器通道为32×32，所以整个视场坐标为：-15≤x≤16，-15≤y≤16；
28、若x>0，首先，选择方向，跟踪目标偏右，飞行姿态向右转，其次，选择速度级，0<x≤5，选择慢速偏转，5<x≤16，选择快速偏转；
29、若x<0，首先，选择方向，跟踪目标偏左，飞行姿态向左转，其次，选择速度级，-5≤x<0，选择慢速偏转，-15≤y<5，选择快速偏转；
30、若y>0，首先，选择方向，跟踪目标偏上，飞行姿态向上转，其次，选择速度级，0<y≤5，选择慢速偏转，5<y≤16，选择快速偏转；
31、若y<0，首先，选择方向，跟踪目标偏下，飞行姿态向下转，其次，选择速度级，-5≤y<0，选择慢速偏转，-15≤y<5，选择快速偏转。
32、因此，本发明采用上述一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统及使用方法，具备以下有益效果：
33、(1)本发明通过机载实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统，可以适应不同环境的探测需求，成本更低，维护更少。
34、(2)本发明为了提高机载飞行时间，通过模块化集成与紧凑型空间结构设计，减小系统体积与重量。
35、(3)本发明利用激光器与单光子阵列探测器完成红外光下主动的特征识别，比一般被动特征识别，特征分析更加精确与可靠。
36、(4)本发明在单光子阵列探测系统中，应用强化学习技术，实现对高动态目标的实时跟踪与单光子成像。
37、(5)本发明同时具备特征识别和成像两种功能。
38、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统，其特征在于：包括飞控模块，光学模块、控制模块和探测模块，所述光学模块与所述探测模块连接，所述光学模块和所述探测模块均安装于无人机主体上，所述控制模块与所述飞控模块、所述光学模块、所述探测模块连接；
2.根据权利要求1所述的一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统，其特征在于：所述光学模块包括可变焦准直镜和可变焦镜头，所述可变焦镜头与所述探测模块连接。
3.根据权利要求1所述的一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统，其特征在于：所述飞控模块包括飞行摄像头和无人机飞行中控系统，所述飞行摄像头通过电信号与无人机飞行中控系统连接。
4.根据权利要求1所述的一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统，其特征在于：所述探测模块包括单光子阵列探测器，所述可变焦镜头通过光信号与所述单光子阵列探测器连接。
5.根据权利要求1所述的一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统，其特征在于：所述控制模块包括两个4g无线传输器，两个所述4g传输器通过电磁波信号进行交互，其中一个所述4g无线传输器通过电信号与所述pc处理器交互，另一个所述4g无线传输器分别通过电磁波信号和电信号与所述无人机飞行中控系统和所述树莓派交互，所述树莓派通过电信号与单光子阵列探测器接收镜头的自动变焦器、激光发射镜头的自动变焦器和激光器驱动板连接，所述树莓派与启停器通过电信号交互，所述启停器通过电信号与所述单光子阵列探测器、所述激光器驱动板、所述单光子阵列探测器接收镜头的自动变焦器和激光发射镜头的自动变焦器连接，所述单光子阵列探测器接收镜头的自动变焦器通过电信号与所述可变焦镜头连接，所述激光发射镜头的自动变焦器与所述可变焦准直镜连接。
6.一种如权利要求1-5所述的实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统的使用方法，其特征在于：所述s2中具体包括以下步骤：
8.根据权利要求6所述的一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统的使用方法，其特征在于：所述s3中具体包括以下步骤：
9.根据权利要求6所述的一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统的使用方法，其特征在于：所述s4中具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种实时跟踪单光子特征识别与实时成像系统的使用方法，其特征在于：所述s4.1中解析该特征信息在视场的坐标具体操作如下：
