CN101850846A - 激光智能主动规避飞行物装置及其规避飞行物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光智能主动规避飞行物装置及其规避飞行物的方法，涉及激光安全与防护领域。该装置由红外激光器(1)、凹透镜(2)、望远镜(3)、滤光片(4)、CCD(5)、计算机(6)和工作激光器(7)组成。其方法是：采用无危害红外激光主动探测，通过CCD成像、计算机对前后图像的比较处理，判别是否有飞行物进入该空域，并根据该判别控制工作激光器的启动与停止，从而实现工作激光器发射的激光束主动规避飞临其发射上空的飞行物。本发明的优点是：该装置采用激光主动探测，通过CCD成像，可对空间飞行物精确定位；主动探测的激光波段处于红外波段，功耗小，功率密度低，对飞行物无危害；可实现工作激光对飞行物智能主动规避。

Description

激光智能主动规避飞行物装置及其规避飞行物的方法
技术领域：
本发明涉及激光安全与防护领域，尤其涉及激光束主动规避飞行物的航空安全装置。
背景技术：
向高空发射的强光和激光束对空中飞行物存在潜在威胁(Nakagawara，V.B.，K.J.Wood，et al.(2006).″A Review of RecentLaser Illumination Events in the Aviation Environment.″)。激光束可使飞行物携带的探测器饱和失效，甚至被破坏；强激光束还能对飞行物本身造成危害；射中飞行员的激光束可致使飞行员暂时失明，引发一系列难以预测的飞行事故；特别是夜间飞行时，由于眼睛适应了黑暗环境，对光线特别敏感，激光甚至激光入射到飞行物上产生的散射光都足以让飞行员出现耀眼、产生余像，丧失高度与深度分辨能力，不能正常驾驶(Nakagawara，V.B.，K.J.Wood，et al.(2006).Aircraftaccidents and incidents associated with visual disturbances from brightlights during nighttime flight operations，FEDERAL AVIATIONADMINISTRATION)。因此，在向高空发射激光时，有必要探明激光器上空是否有飞行物，有飞行物时需要激光器立即停止向高空发射激光，主动规避飞行物，避免激光对飞行物造成伤害。
目前，可用于探测空中是否有飞行物的装置有微波雷达系统。该系统工作在微波波段，对正常的无线电通讯会产生一定影响；微波雷达一般不能对目标成像，对目标定位精度比较低，且功耗较大。
发明内容：
本发明的目的是：提供一种激光智能主动规避飞行物装置，该装置由工作激光器、红外激光发射部件、光学接收和成像部件和图像对比与判别部件组成。本发明的另一目的是：提供用上述装置主动规避飞行物的方法，该方法通过对工作激光束周围空间成像，由计算机对前后图像进行比较，判别是否有飞行物进入该空域，并根据该判别控制工作激光器开关，从而实现工作激光对飞行物的智能主动规避。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一、结构组成
激光智能主动规避飞行物装置由红外激光器、凹透镜、望远镜、滤光片、CCD、计算机和工作激光器组成；红外激光器和凹透镜构成红外激光发射部件，望远镜、滤光片和CCD构成光学接收和成像部件，计算机为图像对比与判别处理部件；红外激光器的发射中轴与工作激光器的发射方向平行，凹透镜置于红外激光器的发射方向，其光轴与红外激光器发射的激光束重合；望远镜光轴与工作激光束方向平行，CCD的感光面置于望远镜的焦平面上，滤光片置于CCD与望远镜之间，并与望远镜光轴垂直；CCD的输出端与计算机连接，工作激光器与计算机连接。
所述的红外激光器发射的激光束光斑直径与凹透镜焦距的比值在0.3～0.6之间，使得红外探测激光束经由凹透镜发散后，以15°～30°的发散角θ发射出去。
二、规避飞行物的方法
红外激光器发出无危害的探测激光束，通过凹透镜成为发散角θ约为15°～30°的光束，光束射向天空后与空气中的物质如空气以及飞行物相互作用后散射，散射回来的光由望远镜接收，并通过滤光片滤光后在CCD上成像，CCD将图像的信号实时传输给计算机，计算机对前后N(2≤N≤10)幅图像进行比较与处理，当其中任意两幅图像之间差的绝对值均小于设定的阈值，则认定没有飞行物飞临工作激光器的上空，工作激光器继续向空中发射激光；当其中有两幅图像之间差的绝对值大于等于设定的阈值，则认定有飞行物飞临工作激光器的上空，计算机向工作激光器发出停止指令，工作激光器停止向空中发射激光，同时计算机将图像实时显示出来；计算机继续对前后N(2≤N≤10)幅图像进行比较，当其中任意两幅图像之间差的绝对值均小于设定的阈值，则认定飞行物飞离工作激光器的上空，计算机向工作激光器发出指令，工作激光器恢复向空中发射激光。实现智能主动规避飞行物的目的。
本发明的优点是：
该装置采用无危害红外激光主动探测手段，通过CCD成像、可对空间飞行物精确定位；主动探测的激光波段处于红外波段，由于功耗小，功率密度低，对空中飞行物无危害；可实现工作激光对飞行物的智能主动规避。
附图说明：
图1为激光智能主动规避飞行物装置结构示意图。
其中：1红外激光器、2凹透镜、3望远镜、4滤光片、5CCD、6计算机、7工作激光器。
图2为激光智能主动规避飞行物装置的有效规避范围示意图。
具体实施方式：
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
实施例1
激光智能主动规避飞行物装置由红外激光器1、凹透镜2、望远镜3、滤光片4、CCD 5、计算机6和工作激光器7组成；红外激光器1的发射方向与工作激光器7的发射方向平行，凹透镜2置于红外激光器1的发射方向，其光轴与红外激光器1发射的激光束重合；望远镜3光轴与工作激光器7的发射方向平行，CCD5的感光面置于望远镜3的焦平面上，滤光片4置于CCD 5与望远镜3之间，并与望远镜3光轴垂直；CCD 5的输出端与计算机6连接，计算机6连接到工作激光器7。
所述的红外激光器1发射的激光束光斑直径与凹透镜2焦距的比值在0.3～0.6之间。
激光智能主动规避飞行物装置规避飞行物的方法按照下列步骤进行：
a、红外激光器1发出无危害的探测激光束，通过凹透镜2成为发散角θ约为15°～30°的光束，光束射向天空后与空气中的物质如空气以及飞行物相互作用后产生散射光；
b、散射回来的光信号由望远镜3接收，并通过滤光片4滤光后在CCD 5上成像，CCD 5的图像信号实时传输给计算机6；
c、计算机6对前后N(2≤N≤10)幅CCD 5的图像进行比较，当其中任意两幅图像之间差的绝对值均小于设定的阈值，则认定没有飞行物飞临工作激光器7的上空，工作激光器7继续向空中发射激光；当其中有两幅图像之间差的绝对值大于等于设定的阈值，则认定有飞行物飞临工作激光器7的上空，计算机6向工作激光器7发出停止指令，工作激光器7停止向空中发射激光，同时计算机将图像实时显示出来；
d、计算机6继续对前后N(2≤N≤10)幅CCD 5的图像进行比较，当其中任意两幅图像之间差的绝对值均小于设定的阈值，则认定飞行物飞离工作激光器7的上空，计算机6向工作激光器7发出指令，工作激光器7恢复向空中发射激光。实现智能主动规避飞行物的目的。
实施例2
本发明的激光智能主动规避飞行物装置能对满足下列条件的飞行物实现有效规避：设红外激光发散角为θ，CCD每秒拍摄张M图片，计算机通过前后N张图片进行比较，计算机处理耗时为tp，计算机控制激光器关机耗时tc，飞行物相对于工作激光束的飞行速度为v，飞行物相对于工作激光器的高度H满足，
Figure GSA00000121807000051
本发明的装置能有效地进行规避。
例如：计算机通过前后2张图片进行比较，红外激光发散角θ＝30°，CCD每秒拍摄M＝10张图片，计算机处理耗时为tp＝0.1s，计算机控制工作激光器关机耗时tc＝0.4s，则要求飞行物相对于工作激光器的高度H与飞行物相对于工作激光束的飞行速度v满足条件：H＞v2.24s，该条件如图2所示。
计算机比较的图片数目N和阈值的设定，均需按照上述参数，根据工作激光器所处的位置对所规避飞行物的要求，进行设定。

Claims (3)

1.激光智能主动规避飞行物装置，其特征在于，该装置由红外激光器(1)、凹透镜(2)、望远镜(3)、滤光片(4)、CCD(5)、计算机(6)和工作激光器(7)组成；红外激光器(1)的发射方向与工作激光器(7)的发射方向平行，凹透镜(2)置于红外激光器(1)的发射方向，其光轴与红外激光器(1)发射的激光束重合；望远镜(3)光轴与凹透镜(2)光轴平行，CCD(5)的感光面置于望远镜(3)的焦平面上，滤光片(4)置于CCD(5)与望远镜(3)之间，并与望远镜(3)光轴垂直；CCD(5)的输出端与计算机(6)连接，工作激光器(7)与计算机(6)连接。
2.根据权利要求1所述的激光智能主动规避飞行物装置，其特征在于，所述的红外激光器(1)发射的激光束光斑直径与凹透镜(2)焦距的比值在0.3～0.6之间。
3.用权利要求1所述的激光智能主动规避飞行物装置规避飞行物的方法，其特征在于，该方法按照下列步骤进行：
a、红外激光器(1)发出无危害的探测激光束，通过凹透镜(2)成为发散角θ约为15°～30°的光束，光束射向天空后与空气中的物质如空气以及飞行物相互作用后产生散射光；
b、散射回来的光信号由望远镜(3)并通过滤光片(4)滤光后在CCD(5)上成像，CCD 5的图像信号实时传输给计算机(6)；
c、计算机(6)对前后N幅CCD(5)的图像进行比较，2≤N≤10，当其中任意两幅图像之间差的绝对值均小于设定的阈值，则认定没有飞行物飞临工作激光器(7)的上空，工作激光器(7)继续向空中发射激光；当其中有两幅图像之间差的绝对值大于等于设定的阈值，则认定有飞行物飞临工作激光器(7)的上空，计算机(6)向工作激光器(7)发出指令，工作激光器(7)停止向空中发射激光，同时计算机(6)将图像实时显示出来；
d、计算机(6)继续对前后N幅图像进行比较，2≤N≤10，当其中任意两幅图像之间差的绝对值均小于设定的阈值，则认定飞行物飞离工作激光器(7)的上空，计算机(6)向工作激光器(7)发出指令，工作激光器(7)恢复向空中发射激光。
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