[發(fā)明專利]基于激光的無人機(jī)回收引導(dǎo)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711053402.8
• 申請(qǐng)日: 2017-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN107885223B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡國(guó)元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 趙麗影;代文成

本發(fā)明涉及一種基于激光的無人機(jī)回收引導(dǎo)系統(tǒng)，包括機(jī)載端和地面端。地面端包括由兩軸穩(wěn)定跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)、二維振鏡、測(cè)距激光發(fā)射模塊、測(cè)距激光接收模塊、引導(dǎo)/通信激光發(fā)射單元、CCD相機(jī)和I/O接口組成的PAT(Pointing,Acquisition,Tracking)控制單元，具備圖像處理及控制功能的總控電腦。PAT控制單元實(shí)現(xiàn)無人機(jī)目標(biāo)的瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤。機(jī)載端包括角反鏡/指示燈組成的合作目標(biāo)和光電探測(cè)器。角反鏡/指示燈用于反饋信號(hào)給地面端，光電探測(cè)器工作在單工模式下，用于激光通信接收。本發(fā)明能在不依賴無線電通信的情況下將回收引導(dǎo)位置等信息可靠上傳到無人機(jī)上，具備位置測(cè)量與通訊同步傳輸?shù)哪芰Γ軡M足在衛(wèi)星與無線電通訊拒止條件下無人機(jī)自主精確回收要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于激光的無人機(jī)回收引導(dǎo)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前國(guó)外對(duì)無人機(jī)回收引導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)已有一些公開報(bào)道和成熟研究成果，大致有雷達(dá)測(cè)量，GPS與慣性器件測(cè)量，光電測(cè)量這幾種方式或其組合，比較典型的系統(tǒng)例如：

美國(guó)Sierra Nevada公司基于雷達(dá)技術(shù)開發(fā)了UCARS-V2無人機(jī)戰(zhàn)術(shù)回收系統(tǒng)，以解決艦上雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)近距離定位精度較低，跟蹤性能差且容易遭到干擾的問題，但是提高雷達(dá)測(cè)量精度和抗干擾性的成本也較為昂貴。

美國(guó)Raytheon公司采用了基于GPS技術(shù)的JPALS(Joint Precise Approach andLanding System，聯(lián)合精密進(jìn)近和著陸系統(tǒng))系統(tǒng)，于2013年7月10日成功完成了X-47B隱身無人機(jī)的自主著艦試驗(yàn)，但由于眾所周知的原因，GPS不作為我國(guó)無人機(jī)引導(dǎo)的主要手段。慣性器件具有較強(qiáng)的抗干擾能力，但是其誤差隨時(shí)間增加逐步積累，不適宜作為無人機(jī)末端引導(dǎo)的主要手段。

瑞士Ruag公司開發(fā)了基于激光的OPATS(Object Position and TrackingSystem，目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng))系統(tǒng)，在無人機(jī)通過雷達(dá)或者GPS引導(dǎo)入降落窗口后可以對(duì)無人機(jī)進(jìn)行精密姿態(tài)測(cè)量，為著陸提供可靠保障。該系統(tǒng)成本較低，證明了激光測(cè)量跟蹤技術(shù)在無人機(jī)引導(dǎo)上的可行性，但是該系統(tǒng)僅針對(duì)陸地降落設(shè)計(jì)，缺乏抑制艦船搖擺的必要手段，同時(shí)引導(dǎo)信息上傳鏈路也不是激光通信鏈路。

目前，幾乎所有無人機(jī)引導(dǎo)系統(tǒng)的通信方式仍然依賴無線電，考慮到艦船上現(xiàn)有的雷達(dá)與射頻通信造成的電磁兼容性問題越來越復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的射頻方式與無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，勢(shì)必會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性與實(shí)時(shí)性產(chǎn)生影響。

為了解決復(fù)雜電磁對(duì)抗環(huán)境下衛(wèi)星拒止與無線電通信不可用等問題，利用大氣激光傳輸波束定向精準(zhǔn)、通信傳輸速率高、通信容量大、傳輸不易受干擾、保密性高等優(yōu)點(diǎn)，提出一種面向陸基中小型無人機(jī)著陸/回收引導(dǎo)需求的激光引導(dǎo)系統(tǒng)有著極其重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

衛(wèi)星定位系統(tǒng)容易受到外界干擾，為保障無人機(jī)高精度、高可靠性以及復(fù)雜環(huán)境下的精確回收，本發(fā)明提出了一種基于激光的無人機(jī)回收引導(dǎo)系統(tǒng)，具備位置測(cè)量與通訊同步傳輸?shù)哪芰Γ軡M足在衛(wèi)星與無線電通訊拒止條件下無人機(jī)自主精確回收要求。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于激光的無人機(jī)回收引導(dǎo)系統(tǒng)，包括機(jī)載端和地面端，地面端包括由兩軸穩(wěn)定跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)、二維快速振鏡、引導(dǎo)/通信激光發(fā)射單元、CCD相機(jī)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(cè)距激光發(fā)射模塊，測(cè)距激光接收模塊，以及I/O接口；PAT單元實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的瞄準(zhǔn)、捕獲、跟蹤；二維快速振鏡、引導(dǎo)/通信激光發(fā)射單元、CCD相機(jī)、測(cè)距激光發(fā)射模塊，測(cè)距激光接收模塊，以及I/O接口均設(shè)置在兩軸穩(wěn)定跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)上，CCD相機(jī)、測(cè)距激光接收模塊、二維快速振鏡、引導(dǎo)/通信激光發(fā)射單元分別通過I/O接口與總控電腦連接，測(cè)距激光發(fā)射模塊與二維快速振鏡連接；