[發(fā)明專利]一種基于哈特曼調(diào)焦的激光防御系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910845977.6
• 申請(qǐng)日: 2019-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110579875B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬曉燠;饒學(xué)軍;楊奇龍;汪韜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶連芯光電技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;F41H13/00;F41H11/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發(fā)明提供了一種基于哈特曼調(diào)焦的激光防御系統(tǒng)及方法，包括：主鏡、調(diào)焦次鏡、傾斜鏡、分束鏡、哈特曼傳感器、主激光發(fā)射系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和控制器；所述調(diào)焦次鏡為光學(xué)系統(tǒng)的一部分，與所述主鏡組成光學(xué)接收和發(fā)射系統(tǒng)，調(diào)焦次鏡作為調(diào)焦的主要執(zhí)行器件；所述哈特曼傳感器用于探測(cè)波前傾斜和離焦，測(cè)量結(jié)果用于傾斜閉環(huán)和離焦校正閉環(huán)。目前常用的圖像處理聚焦方式易受環(huán)境光影響、無(wú)法定量計(jì)算出聚焦偏差和方向、算法計(jì)算量大且收斂性差可能導(dǎo)致無(wú)法穩(wěn)定聚焦、聚焦時(shí)間長(zhǎng)可能導(dǎo)致目標(biāo)逃逸。采用哈特曼傳感器代替傾斜跟蹤傳感器探測(cè)波前像差，相比原圖像算法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好，可定量探測(cè)波前傾斜和離焦從而實(shí)現(xiàn)快速聚焦。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)儀器中光束控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于哈特曼調(diào)焦的激光防御系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操控的不載人飛機(jī)。20世紀(jì)90年代，西方國(guó)家充分認(rèn)識(shí)到無(wú)人機(jī)在戰(zhàn)爭(zhēng)中的作用，紛紛采用各種新技術(shù)大力發(fā)展無(wú)人機(jī)。如今，無(wú)人機(jī)己經(jīng)具有偵查、投彈、干擾等多種功能。隨著軍用和民用無(wú)人機(jī)的不斷涌現(xiàn)，出于國(guó)民安全和國(guó)土安全需求，反無(wú)人機(jī)意識(shí)得以不斷提升，各國(guó)早己開(kāi)展這方面的研究工作。但采用傳統(tǒng)手段抗擊無(wú)人機(jī)，不僅成功率低，而且還有可能對(duì)地面和人群造成附帶損傷，而激光防御是比較有效的手段之一。

在激光防御系統(tǒng)中，主激光破壞能力與目標(biāo)處光斑能量密度成正相關(guān)，在同等光功率作用條件下，光斑直徑越小，激光破壞能力越強(qiáng)。而主激光發(fā)射系統(tǒng)聚焦的準(zhǔn)確性是影響光斑大小的主要因素。目前激光防御系統(tǒng)采用的聚焦方式是通過(guò)圖像處理的方式進(jìn)行聚焦。圖像處理聚焦以目標(biāo)上光斑大小或灰度為依據(jù)進(jìn)行調(diào)焦。這種聚焦方式易受環(huán)境光影響，在高對(duì)比度等復(fù)雜光環(huán)境下無(wú)法準(zhǔn)確提取光斑特征；無(wú)法定量計(jì)算出聚焦偏差和方向，需要進(jìn)行多次迭代；算法計(jì)算量大且收斂性差，可能導(dǎo)致無(wú)法穩(wěn)定聚焦；聚焦時(shí)間長(zhǎng)，可能導(dǎo)致目標(biāo)逃逸。所以，在激光防御系統(tǒng)中亟需一種新型的快速聚焦方法。

專利“一種近程激光防御系統(tǒng)”(201721280043.5)、“無(wú)人機(jī)載激光武器反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)”(201811097389.0)、“激光防御系統(tǒng)和高空飛艇”(201710296422.1)都采用了激光防御，但均未提到聚焦方法。專利“一種基于高精度雙波長(zhǎng)強(qiáng)激光的要地防御系統(tǒng)”(201820945635.2)中采用激光測(cè)距的方法進(jìn)行聚焦，相比傳統(tǒng)圖像聚焦的方式快速很多，但系統(tǒng)復(fù)雜、激光雷達(dá)成本高。國(guó)內(nèi)的未見(jiàn)將哈特曼傳感器用于激光防御聚焦案例。本發(fā)明采用哈特曼進(jìn)行聚焦，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了傾斜跟蹤，使系統(tǒng)更加緊湊、結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于哈特曼調(diào)焦的激光防御系統(tǒng)。因哈特曼可測(cè)量波前傾斜離焦等像差，通過(guò)引入低階哈特曼傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)位置探測(cè)傳感器，測(cè)量目標(biāo)的傾斜和離焦像差，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和激光束快速地聚焦和打擊。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于哈特曼調(diào)焦的激光防御系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具體包括：主鏡、調(diào)焦次鏡、傾斜鏡、分束鏡、哈特曼傳感器、主激光發(fā)射系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和控制器；接收光依次經(jīng)過(guò)主鏡反射、調(diào)焦次鏡反射、傾斜鏡反射、分束鏡透射至哈特曼傳感器；發(fā)射激光依次經(jīng)過(guò)分束鏡反射、傾斜鏡反射、調(diào)焦次鏡反射、主鏡反射發(fā)射出系統(tǒng)；

所述主鏡，為光學(xué)系統(tǒng)的一部分，對(duì)光束起會(huì)聚作用；

所述調(diào)焦次鏡，為光學(xué)系統(tǒng)的一部分，與所述主鏡組成光學(xué)接收和發(fā)射系統(tǒng)，調(diào)焦次鏡作為調(diào)焦的主要執(zhí)行器件，調(diào)焦量由所述哈特曼測(cè)得；

所述傾斜鏡，在光路中起到光束傾斜校正的作用，由哈特曼給出傾斜誤差通過(guò)計(jì)算得到校正量實(shí)時(shí)對(duì)接收光信號(hào)進(jìn)行傾斜校正，傾斜校正量由所述哈特曼測(cè)得；

所述分束鏡，用于將主激光發(fā)射波段與照明波段區(qū)分開(kāi)，使哈特曼傳感器不受到主激光發(fā)射不受到主激光發(fā)射光的干擾；

所述哈特曼傳感器，用于探測(cè)波前傾斜和離焦，測(cè)量結(jié)果用于傾斜閉環(huán)和離焦校正閉環(huán)，經(jīng)閉環(huán)校正后哈特曼接收波前趨近于平面波；