[發明專利]基于激光的無人機回收引導系統

有效

• 申請號: 201711053402.8
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107885223B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 胡國元
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 趙麗影;代文成

1.一種基于激光的無人機回收引導系統，其特征在于：包括機載端和地面端，地面端包括由兩軸穩定跟蹤轉臺、二維快速振鏡、引導/通信激光發射單元、CCD相機和安裝有圖像處理與控制程序的總控電腦組成的PAT單元，測距激光發射模塊，測距激光接收模塊，以及I/O接口；PAT單元實現對無人機的瞄準、捕獲、跟蹤；二維快速振鏡、引導/通信激光發射單元、CCD相機、測距激光發射模塊，測距激光接收模塊，以及I/O接口均設置在兩軸穩定跟蹤轉臺上，CCD相機、測距激光接收模塊、二維快速振鏡、引導/通信激光發射單元分別通過I/O接口與總控電腦連接，測距激光發射模塊與二維快速振鏡連接；

機載端包括由角反鏡和指示燈構成的合作目標以及光電探測器；角反鏡/指示燈用于反饋信號給地面端的CCD相機和測距激光接收模塊，光電探測器工作在單工模式下，用于實現無人機的方位、俯仰、距離信息的激光通信接收；合作目標、光電探測器分別與機載飛控單元連接；

在無人機通過引導方式進入降落窗口后，引導/通信激光發射單元發射引導激光，激光束經由二維快速振鏡對降落窗口區域進行掃描，回波激光或者機載指示燈會在CCD相機光敏面上成像，由I/O接口進入總控電腦，經圖像處理程序獲取無人機的相對角位置信息，圖像處理及控制程序利用該相對角位置信息來控制二維快速振鏡的掃描動作，將引導/通信激光激光束穩定跟蹤照射到無人機上，實現對無人機的主動跟蹤；此時，測距激光發射模塊發射的測距激光也會穩定照射到無人機上，機載端的角反鏡反射的測距激光的回波信號會被測距激光接收模塊接收到，解算出無人機的相對距離信息；無人機的方位、俯仰、距離三維位置信息通過I/O接口輸出，以電信號的形式經過調制電路調制通信激光光束，再由引導/通信激光發射單元經二維快速振鏡上行發射向無人機；這樣，無人機就可基于收到的不斷刷新的三維位置信息控制飛行航向與降落，在不依賴無線電通信的情況下完成激光引導降落過程；

本系統通過對激光進行信息調制，使系統在完成測距、測角等信息測量的同時，兼具高速信息通信的能力，實現在無線電拒止條件下對無人機精確回收引導。

2.根據權利要求1所述的基于激光的無人機回收引導系統，其特征在于：所述地面端PAT單元中的兩軸穩定跟蹤轉臺和二維快速振鏡，兩者形成了一種復合軸結構，從二維快速振鏡的出射反射鏡射出激光束掃描到機載端角反鏡后，回波激光或者機載指示燈會在CCD相機光敏面上成像，經圖像處理程序獲取無人機的相對角位置信息，圖像處理及控制程序利用該相對角位置信息來控制二維快速振鏡的掃描動作，將引導/通信激光激光束穩定跟蹤照射到無人機上；其中，兩軸穩定跟蹤轉臺采用U-O結構設計，實現運動目標的粗跟蹤；二維快速振鏡執行激光高速掃描功能，實現運動目標的精跟蹤；二維快速振鏡包括入射反射鏡、出射反射鏡、掃描電機和控制電路，反射鏡固定在掃描電機軸上，通過電機轉動控制反射鏡的偏轉角度；掃描電機內集成有轉角位置傳感器；二維快速振鏡通過驅動器和I/O接口與總控電腦進行數據交換，把轉角位置信息傳遞給圖像處理及控制程序，接收總控電腦輸出的位置電壓信號，驅動掃描電機轉到指定轉角位置。

3.根據權利要求1或2所述的基于激光的無人機回收引導系統，其特征在于：所述激光束經由二維快速振鏡對降落窗口區域進行掃描時采用螺旋光柵復合掃描，從捕獲概率高的區域向捕獲概率低的區域掃描，易于實現。