CN102353361B - 基于动反射镜的激光弹着点位置控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于动反射镜的激光弹着点位置控制方法，包括：通过两次移动动反射镜，确定反映激光发光点位置的第一位置参数和第二位置参数；基于所述第一位置参数、第二位置参数和激光弹着点的期望深度，计算得到动反射镜需要移动的位移量；将动反射镜从基准共轭位置相对于图像采集装置直线移动所述位移量；对激光进行中心瞄准，使得激光的弹着点落在所述期望深度的弹着点位置。根据本发明，可以优化控制激光弹着点在靶腔内的分布，提高激光能量的使用效率。

Description

基于动反射镜的激光弹着点位置控制方法

技术领域

本发明涉及到基于动反射镜的激光瞄准装置和靶准直传感器，具体的，涉及基于动反射镜的单束或多束激光的弹着点位置控制方法。

背景技术

引导多束激光进行精确瞄准的技术可应用于高端制造检测工业领域，也可用于引导多束激光对微小目标内部瞄准等特殊应用领域。在上述应用中，需要使用专用的激光瞄准装置将数百路激光束同时引导到几个毫米左右的指定目标区域内，由于一些特殊要求或使用了特殊结构的目标，导致无法直接测量激光在目标内的确切位置。

传统的靶准直传感器(TAS，Target Alignment Sensor)采用了光学共轭原理，可同时将光束和目标靶成像在CCD上，实现引导数百束高能激光瞄准目标靶的指定位置。

图1显示了现有技术的一种靶准直传感器的结构示意图。

如图1所示，现有技术的靶准直传感器主要包括上部激光瞄准装置、中部激光瞄准装置和下部激光瞄准装置。上部激光瞄准装置包括上CCD相机2、上光学镜头组1和上反射镜19；下部激光瞄准装置包括下CCD相机10、下光学镜头组11和下反射镜13；中部激光瞄准装置包括中CCD相机9和中光学镜头组16。上反射镜19和下反射镜13分别固定在上反射镜固定装置3和下反射镜固定装置14上，上CCD相机2通过上CCD相机支撑架20固定在上反射镜固定装置3上，下CCD相机10通过下CCD相机支撑架12固定在下反射镜固定装置14上，由此保证上、下部激光瞄准装置中的CCD相机(下文中简称为CCD)与反射镜之间的相对距离不变。

所述上部激光瞄准装置和下部激光瞄准装置还分别包括上照明系统18和下照明系统15，用于为目标在CCD上成像提供照明。

此外，所述靶准直传感器还包括一套驱动系统，用于驱动所述上部激光瞄准装置和下部激光瞄准装置作差动运动。该驱动系统包括位置传感器5，用于为驱动系统提供位置反馈，保证位置控制的精度要求。传感器固定台架4，用于固定位置传感器5。控制电机8，用于输出旋转动力。传动装置7，与控制电机8耦合，用于将控制电机8输出的旋转运动传递给丝杠驱动装置6，通过丝杠驱动装置6转化为直线运动。该丝杠驱动装置6与上反射镜固定装置3、下反射镜固定装置14和传感器固定台架4固定连接，由此驱动上部激光瞄准装置、下部激光瞄准装置和位置传感器5的运动。

控制电机8通过传动装置7驱动丝杠驱动装置6旋转，进而带动上部、下部激光瞄准装置差动运动，使得目标靶17的上、下端面距离上反射镜19、下反射镜13的反射面的距离，分别等于该上反射镜19、下反射镜13距离对应的上CCD相机2、下CCD相机10的距离，从而建立了光学共轭关系。同时，还必须保证目标靶17的上、下端面能够清晰的成像到对应的上CCD相机2、下CCD相机10的像面上。

但是，在现有技术的靶准直传感器中，反射镜与CCD相机之间的距离是恒定不变的，在瞄准过程中不能调节该距离。因此，现有技术的靶准直传感器是基于固定式光学共轭关系，需要通过瞄准建立准确的共轭关系，并在操作过程中保证共轭距离的恒定不变，以确保共轭关系成立。这显然不利于灵活、快速的进行瞄准过程。

图2显示了现有的靶准直传感器的靶腔内激光弹着点分布示意图。

靶准直传感器可用于数百束高能激光的瞄准操作。以192束激光为例，该192束激光按照上下半球分为两组，每组96束。每个半球的激光又按照纬度分为4个纬度层(23.5°，30°，44.5°，55°)分布激光。如图2所示，处于不同纬度的入射激光入射到圆柱形的靶腔内，其中上下半球的96束激光采用中心汇聚方式，利用基于光学共轭原理的传感器，引导激光在靶腔上方汇聚后入射到靶腔内。入射激光按照内锥和外锥方式入射，其中以23.5°和30°入射角入射的激光称为外锥入射激光，以44.5°和50°入射角入射的激光称为内锥入射激光。内锥和外锥入射激光在靶腔内的弹着点分布在靶腔内的两个环带上。

但是，现有的靶准直传感器采用的激光瞄准技术只能控制和获取激光汇交点的平面位置信息，而无法获得激光入射的精确角度信息。因此，只能大概估计激光弹着点在靶腔内分布环带的大致位置，无法更为精确地测算每束激光弹着点的位置，因此无法对弹着点位置进行精确控制。此外，由于无法控制激光在靶腔内部的布局，也就无法实现激光能量在靶腔内的分布优化。

本发明申请人的另一个未公开专利申请“动反射镜激光瞄准装置、动反射镜靶面传感器及其激光瞄准方法”(申请号：201110108735.2)介绍了一种基于动反射镜的激光瞄准装置，使用这种激光瞄准装置动反射镜靶面传感器，以及基于这种动反射镜激光瞄准装置进行激光瞄准的方法。在该专利申请中，把反射镜设置为可以相对于CCD相机作直线运动，使得可以灵活调节反射镜与CCD相机之间的距离。进一步，基于动反射镜激光瞄准装置，提出了通过灵活调节反射镜与CCD相机之间的距离以实现多束激光的精确瞄准的操作方法。

但是，现有技术中尚没有基于动反射镜激光瞄准装置来精确控制并优化激光弹着点在靶腔内分布位置的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于动反射镜的单束或多束激光的弹着点位置控制方法。根据本发明的方法，在基于动反射镜装置及其精确瞄准的基础上，通过反射镜的不同位置对不同纬度层激光的汇交点建立对应的分层共轭关系，不仅可以精确保证激光的汇交精度，还可以重构出每束激光在空间的位置关系，精确测算激光弹着点在靶腔内的位置，有助于合理分布激光弹着点在靶腔内的位置，指导优化激光能量的利用，从而提高效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于动反射镜的激光弹着点位置控制方法，所述方法包括：步骤S1-1，通过两次移动动反射镜，确定反映激光发光点位置的第一位置参数和第二位置参数；步骤S1-2，基于所述第一位置参数、第二位置参数和激光弹着点的期望深度，计算得到动反射镜需要移动的位移量；步骤S1-3，将动反射镜从基准共轭位置相对于图像采集装置直线移动所述位移量；步骤S1-4，对激光进行中心瞄准，使得激光的弹着点落在所述期望深度的弹着点位置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于动反射镜的多束激光弹着点位置控制方法，所述方法包括：步骤S2-1：对每个纬度层的激光，分别执行权利要求1所述方法中的步骤S1-1和步骤S1-2，以确定与该纬度层的激光弹着点的期望深度对应的动反射镜的位移量；步骤S2-2：对某一纬度层的激光，将动反射镜从基准共轭位置相对于图像采集装置直线移动该纬度层对应的位移量；步骤S2-3：对所述纬度层的激光进行中心瞄准，从而使得激光的弹着点落在所述期望深度的弹着点位置；步骤S2-4：对每个纬度层的激光重复执行步骤S2-2至步骤S2-3，直到将所有纬度层的激光弹着点都控制到期望深度的弹着点位置。

本发明通过控制多光束的汇交高度可以控制激光弹着点在靶腔内的深度，从而建立了基于动反射原理的激光汇交点高度确定方法。根据本发明的方法，可以检测并重构出入射激光的空间信息，精确地测算弹着点在靶腔内的位置，避免了对弹着点在靶腔内分布的不确定性。为激光瞄准控制系统提供反馈信号，指导激光系统运动控制。此外，结合工艺需要，还可以控制弹着点在靶腔内分布，优化激光弹着点在靶腔内的分布，提高激光能量的使用效率。

附图说明

图1显示了现有技术的一种靶准直传感器的结构示意图；

图2显示了现有的靶准直传感器的靶腔内激光弹着点分布示意图；

图3显示了动反射镜激光瞄准装置的结构示意图；

图4显示了单束激光弹着点的位置控制示意图；

图5显示了多束激光弹着点的位置控制示意图；

图6显示了基于动反射镜的激光汇交点距离控制示意图；

图7A和图7B显示了单束激光的弹着点位置的控制原理示意图；

图8显示了多束激光的弹着点位置的控制原理示意图；

图9显示了不同纬度层的激光弹着点位置控制示意图；

图10显示了不同纬度层的激光汇交于同一点的弹着点位置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的激光弹着点位置控制方法主要基于动反射镜激光瞄准装置来实施。

图3显示了动反射镜激光瞄准装置的结构示意图。

如图3所示，所述动反射镜激光瞄准装置包括图像采集装置，用于采集入射到其上的光线以形成图像；动反射镜，用于将激光器发射的激光反射到该图像采集装置上；透镜，其设置在目标靶和所述图像采集装置之间，用于将该目标靶的图像透射到所述图像采集装置上；其中，所述动反射镜可沿着垂直于所述图像采集装置的方向相对于该图像采集装置作直线运动。另外，一种示例性的动反射镜靶准直传感器是通过把两套上述动反射镜激光瞄准装置相对于目标靶为中心对称设置形成。

参照图2和图3中，多束入射激光在靶腔入口附近某位置处中心汇聚，在交汇处汇聚后分散进入靶腔内部。

本发明中，不直接检测入射激光在靶腔内的弹着点位置，而是通过检测其他与激光相关的变量来测算激光在靶腔内的弹着点位置。

图4显示了单束激光弹着点的位置控制示意图。

如图4所示，单束激光A通过靶腔的入射孔入射到靶腔内，激光与靶腔中心线交点距离靶腔端面的高度不同，其在靶腔内的弹着点位置距靶腔端面的距离也不同。因此，通过控制激光与靶腔中心线交点距离靶腔端面的距离，就可以控制激光在靶腔内的弹着点位置。

图5显示了多束激光弹着点的位置控制示意图。

如图5所示，多束激光束A、B、C、D通过靶腔的入射孔入射到靶腔内，这些激光束分布在不同的纬度层。对于这种甚多束激光入射情况，可以通过控制分布在不同纬度层的激光与靶腔中心线的交点距离靶腔端面的不同高度，实现控制多束激光在靶腔内的弹着点位置。

图6显示了基于动反射镜的激光汇交点距离控制示意图。

如图6所示，定义反射镜基准共轭位置M₀为靶腔上端面到CCD成像面的1/2处。控制从A点发出的激光束与靶腔中心线相交于O₀点。通过位于基准共轭位置M₀的反射镜反射后在CCD上的成像点为O’点，O₀点与O’点关于反射镜的反射面对称，反射激光到CCD的距离与激光到靶腔上端面的距离相等，O’点和O₀点到基准共轭位置M₀的距离均为d₀，即满足

的关系。

保持CCD位置恒定，将反射镜移动任意距离h₁至M₁位置，控制激光A进行中心瞄准，使激光A通过位于M₁位置的反射镜反射后在CCD上的仍然成像到O’点。此时激光A与靶腔中心线的交点为O₁点，该O₁点与O’点关于处于M₁位置的反射镜的反射面对称，O’点和O₁点关于M₁位置共轭对称，即满足的关系，其中d₁是O’点和O₁点到位置M₁的距离。图6中，l₁表示O₁点距离靶腔端面的距离，根据图示几何关系，可以得到h₁＝d₀-d₁，2d₀＝l₁+2d₁，进而可以得到l₁＝2(d₀-d₁)，进而可以确定O₁点距靶腔端面的距离l₁＝2h₁。

然后，将反射镜移动任意距离h₂至M₂位置，控制激光A进行中心瞄准，使激光A通过位于M₂位置的反射镜反射后在CCD上的仍然成像到O’点。此时激光A与靶腔中心线的交点为O₂点，该O₂点与O’点关于M2位置的反射面共轭，即满足

的关系，其中d₂是O’点和O₂点距离共轭位置M₂的距离。同理，可得到O₂点距靶腔端面的距离l₂＝2h₂。

实际应用中，反射镜处于共轭位置时，只需要控制激光的反射落点在CCD上的成像位置就可以认为激光直射在其对应的共轭点位置上，从而避免了激光直接照射对目标靶的损伤，也避免了激光照射目标靶产生不确定散射变形对瞄准效果的影响。

因此，通过控制从A点发射的激光与靶腔中心线交点的不同汇交高度，可以获得不同的弹着点位置。根据上述动反射镜的光学共轭原理，激光与中心线交点的汇交高度可以通过动反射镜相对于CCD的移动距离，并进行中心汇交获得。

另外，为了保证激光可以入射到靶腔内部，在反射镜回到基准共轭位置时，应确保激光在CCD上的成像点落在激光入射孔的成像圆环之内。

图7A和图7B显示了单束激光的弹着点位置的控制原理示意图。其中，图7A显示了激光位置参数获取示意图，图7B显示了激光弹着点位置测算示意图。

为了便于显示和说明，在图7A和图7B的上端显示了CCD上成像的平面图。图7A和图7B中，定义反射镜基准共轭位置M₀为靶腔上端面到CCD成像面的1/2处，定义期望的激光弹着点位置为k，即激光在靶腔内壁的弹着点距离靶腔端面的距离或深度。这里，为了控制激光弹着点位置，引入两个反映激光发光点位置的位置参数u和v。其中，第一位置参数u是激光发光点到靶腔端面的垂直距离，第二位置参数v是激光发光点A到靶腔中心线的垂直距离，也即该激光发光点A投影到靶腔端面所在平面的点A₀距靶腔中心O₀点的距离。另外，O₁点是从A点发出的激光与靶腔中心轴线的交点，激光在靶腔内壁的落点为Q₁点；O₂点是从A点发出的激光与靶腔中心轴线的交点，此时激光在靶腔内壁的落点为Q₂点；p₁点是从A点出发的激光经过O₁点与靶腔端面的交点，该光线与靶腔内壁的交点为Q₁，p₁点到靶腔端面中心O₀点的距离为r₁，该距离可在CCD成像平面上检测得到；O₁点与其在CCD上的像点O’关于O₁共轭位置(M₁)反射镜反射面共轭；p₂点是从A点出发的激光经过O₂点与靶腔端面的交点，该光线与靶腔内壁的交点为Q₂，p₂点到靶腔端面中心O₀点的距离为r₂，该距离可在CCD成像平面上检测得到；O₂点与其在CCD上的像点O’关于O₂共轭位置(M₂)反射镜反射面共轭；h₁、h₂分别对应反射镜在O₁共轭位置和O₂共轭位置距离基准共轭位置的距离；l₁、l₂分别为O₁点、O₂点与靶腔端面的距离；其中，A点、O₁点、O₂点共面。

下面介绍本发明的单束激光的弹着点位置的控制方法。

本发明的激光弹着点位置控制方法的主要目的是根据期望的激光弹着点位置k，计算出动反射镜需要移动的距离h，然后将动反射镜相对于图像采集装置(CCD)直线移动h位移量并进行中心瞄准，则激光的弹着点必然落在深度为k的弹着点位置。所述控制方法主要包括以下步骤：

步骤S1-1：通过两次移动动反射镜，确定反映激光发光点位置的第一位置参数和第二位置参数(u，v)；

步骤S1-2：基于u，v和期望的激光弹着点深度k，计算得到动反射镜需要移动的位移量h；

步骤S1-3：将动反射镜相对于图像采集装置直线移动h位移量；

步骤S1-4：对激光进行中心瞄准，使得激光的弹着点落在深度为k的弹着点位置。

应说明的是，在进行激光弹着点位置调校之前，显然应首先将目标靶调节至合适位置，使得目标靶轴线与动反射镜激光瞄准装置同轴，目标靶端面位于透镜的工作距离位置，并且在CCD上可清晰成像。这些初始化调校步骤属于本领域中熟知的公用调校步骤，在此不用赘述。

另外，本发明中涉及到在CCD平面上检测并计算某长度值的方法是通过检测CCD上的像素点数，再计算得到相关长度的值。关于在CCD成像平面上检测像素点数并计算长度的方法，属于已有技术的范畴，不在本发明的讨论之列。

下面基于图7A和图7B详细介绍单束激光弹着点位置的控制方法的具体流程。

步骤S101，记录靶腔中心位置O₀在CCD上的成像点O’作为中心点，检测并计算出靶腔内半径

步骤S102，检测并计算出激光入射孔内径r_leh；

如图所示，根据共轭对称关系，可以在CCD成像平面上检测并计算出激光入射孔在CCD上成像圆的内径得到激光入射孔内径r_leh。

上述步骤用于测量靶腔的尺寸参数，是激光弹着点控制方法执行之前进行的预处理步骤，不构成对本发明的激光弹着点位置控制方法的限制。

以下步骤对应于前述的步骤S1-1，用于确定反映激光发光点位置的第一位置参数和第二位置参数(u，v)。

步骤S103，将动反射镜从基准共轭位置相对于CCD直线移动任意的第一位移量到第一共轭位置；

如图7A所示，将反射镜从基准共轭位置移动(图中显示为上移)任意的第一位移量h₁到第一共轭位置(O₁共轭位置)。此时，可通过测量得到h₁的值。

应注意的是，本实施例中虽然是将反射镜上移，但不限制于此，只要是相对于CCD直线移动任意距离即可。

步骤S104，调节激光使其在CCD上的成像点移动至靶腔中心位置在CCD上的成像点O’点；

本步骤是对激光进行中心瞄准。如图7A所示，此时，激光A与靶腔中心线的交汇点O₁处于与所述O’点共轭的位置。根据共轭几何关系，激光A与中心线的交汇点O₁距离靶腔端面的距离l₁与h₁满足如下关系：

l₁＝2h₁

因此，h₁值可用来确定激光与靶腔中心线的交汇点O₁距离靶腔端面的距离l₁。

步骤S105，控制反射镜返回基准共轭位置，检测并计算出反映激光成像点位置的第一距离；

如图7A所示，反射镜返回到基准共轭位置后，此时激光在CCD上的成像点为P₁’点，激光A实际上通过P₁’点的共轭位置P₁点，在CCD成像平面上检测并计算出激光成像点到靶腔中心位置的成像点O’点的第一距离

该长度满足

的关系。

步骤S106，将反射镜从基准共轭位置相对于CCD直线移动任意的第二位移量到第二共轭位置；

如图7A所示，将反射镜从基准共轭位置相对于CCD直线移动任意的第二位移量h₂到第二共轭位置(O₂共轭位置)。此时，可通过测量得到h₂的值。

步骤S107，调节激光使其在CCD上的成像点移动至所述O’点；

如图7A所示，此时，激光A与靶腔中心线的交汇点O₂处于与所述O’点共轭的位置。根据共轭几何关系，激光A与中心线的交汇点O₂距离靶腔端面的距离l₂与h₂满足如下关系：

l₂＝2h₂

因此，h₂值可用来确定激光与靶腔中心线的交汇点O₂距离靶腔端面的距离l₂。

步骤S108，控制反射镜返回基准共轭位置，检测并计算出反映激光成像点位置的第二距离；

如图7A所示，反射镜返回到基准共轭位置后，此时激光在CCD上的成像点为P₂’点，激光A实际上通过P₂’点的共轭位置P₂点，在CCD成像平面上检测并计算出激光成像点到靶腔中心位置的成像点O’点的第二距离

该长度满足

的关系。

步骤S109，计算得到反映激光发光点位置的第一位置参数和第二位置参数(u，v)的值。

两个参数值的计算原理如下。根据图7A所示几何关系，可以得到：

ΔAp₁A₀∽ΔO₁p₁O₀

ΔAp₂A₀∽ΔO₂p₂O₀

根据三角形的相似性，可以得到：

$\frac{u}{l_1}=\frac{v+r_1}{r_1}$

$\frac{u}{l_2}=\frac{v+r_2}{r_2}$

进一步可得到：

$u=\frac{v+r_1}{r_1}\×l_1$

$u=\frac{v+r_2}{r_2}\×l_2$

求解上述方程可得到：

$u=\frac{r_2-r_1}{l_1{r}_2-l_2{r}_1}\×l_1\×l_2$

$v=\frac{l_2-l_1}{l_1{r}_2-l_2{r}_1}\×r_1\×r_2$

把l₁＝2h₁，l₂＝2h₂的关系代入上式，得到

$u=\frac{r_2-r_1}{h_1{r}_2-h_2{r}_1}\×2h_1{h}_2$

$v=\frac{h_2-h_1}{h_1{r}_2-h_2{r}_1}\×r_1{r}_2$

通过上述计算，可以基于前述两次移动动反射镜步骤得到的参数值h₁、h₂、r₁、r₂的值，计算得到反映激光发光点位置的第一位置参数u(激光发光点到靶腔端面的垂直距离)和第二位置参数v(激光发光点到靶腔中心线的垂直距离)的值。

步骤S110，基于第一位置参数、第二位置参数和期望的激光弹着点深度的值，计算得到动反射镜需要移动的距离。

该步骤对应于前述的步骤S1-2，用于基于u，v和期望的激光弹着点深度k，计算得到动反射镜需要移动的距离h。

如图7B所示，设定Q点位激光A的期望弹着点，因此弹着点位置Q点距靶腔端面的距离k为期望高度，是已知量。连接点A点Q，则从发光点A出发的激光与靶腔的中心线相交于O点，与靶腔端面交于p点。

根据本发明的控制原理，只要获得反射镜相对于基准共轭面的移动距离h，将反射镜移至此位置后，在CCD上对激光进行中心瞄准，则可使得激光实际上落在期望的Q点上，h的计算原理如下。

p点距靶腔端面中心O₀点的距离为r，

因此r可在CCD上测量得到。另外，已知靶腔内腔半径为R。

根据三角形的相似性，ΔSQP∽ΔO₀Op∽ΔA₀Ap可以得到：

$\frac{k}{R-r}=\frac{l}{r}$

$\frac{l}{r}=\frac{u}{v+r}$

进一步可以得到：

$r=\frac{\mathrm{uR}-\mathrm{kv}}{k+u}$

$l=\frac{\mathrm{ur}}{v+r}=\frac{u^{2}R-\mathrm{ukv}}{\mathrm{uR}+\mathrm{uv}}$

把l＝2h代入上式，得到

$h=\frac{1}{2}\×\frac{\mathrm{uR}-\mathrm{kv}}{R+v}$

根据上式，可以基于前述步骤得到的参数R、u、v以及期望的弹着点深度k的值，计算得到动反射镜需要移动的距离h。

步骤S113，判断激光是否进入激光入射孔，如果未进入激光入射孔，则返回步骤S110。

具体来说，判断是否满足关系式如果满足，则表示激光没有进入激光入射孔，此时返回步骤S110，重新调整弹着点的期望高度k，并确定此时反射镜需要移动的位移量h；反之，则可以继续下面的步骤。

执行该步骤的目的是在保证弹着点位置的前提下，确保激光在CCD上的成像点落在激光入射孔的成像圆环之内，从而保证入射激光进入激光入射孔并入射到靶腔内部。

应注意，本步骤是可选的，并且不限制在此阶段执行。实际上，也可以先测量并计算出激光与靶腔端面的交点p点到靶腔端面中心点O₀的距离r，然后开始判断激光是否进入激光入射孔的步骤。在确定激光能够进入激光入射孔之后再继续下面的步骤。

步骤S111，将动反射镜从基准共轭位置相对于图像采集装置直线移动h位移量。

该步骤对应于前述的步骤S1-3。

步骤S112，调节激光使其在CCD上的成像点移动至所述O’点。

该步骤对应于前述的步骤S1-4。本步骤中，通过将反射镜从基准共轭位置移动位移量h，将激光A进行中心瞄准后(调节激光使其在CCD上的成像点移动至所述O’点)，从A点出发的激光与靶腔的中轴线交于O点，O点高度距靶腔高度必定为l。撤离反射镜后，激光弹着点直接落在深度为k的期望弹着点位置Q点。

如上所述，通过采用本发明的激光弹着点位置控制方法，基于动反射镜的光学共轭原理，可以通过控制动反射镜相对于图像采集装置的位移量来控制激光弹着点在靶腔内的位置，而不用检测激光在靶腔内的位置。因此，可以较容易的将激光弹着点控制到期望的位置，简化激光弹着点的控制方法，提高其控制精度。

以上描述了单束激光入射时的弹着点位置控制原理，对于不同纬度层分布的入射激光束，可以按照类似的原理，通过控制其汇交点距离靶腔端面的高度来测算出每束激光弹着点位置。

本发明中所指的纬度层分布，是指处于同一纬度层的激光发射点分布在球面或椭球面的同一纬度。因此，处于同一纬度层的激光发射点的具有相同的第一位置参数和第二位置参数(u、v)的值。

本发明的多束激光的弹着点位置控制方法包括以下步骤：

步骤S2-1：对每个纬度层的激光，分别执行前述步骤S1-1和步骤S1-2，以确定与该纬度层的激光弹着点的期望深度k_x对应的动反射镜的位移量h_x；

步骤S2-2：对某一纬度层的激光，将动反射镜相对于图像采集装置直线移动该纬度层对应的位移量h_x；

步骤S2-3：对所述纬度层的激光进行中心瞄准，从而使得激光的弹着点落在所述期望深度k_x的弹着点位置；

步骤S2-4：对每个纬度层的激光重复执行步骤S2-2至步骤S2-3，直到将所有纬度层的激光弹着点都控制到期望深度的弹着点位置。

这里，下标x可以是图中所示的i和j，表示从不同纬度入射的激光束的编号。

应说明的是，在进行激光弹着点位置调校之前，显然应首先将目标靶调节至合适位置，使得目标靶轴线与动反射镜激光瞄准装置同轴，目标靶端面位于透镜的工作距离位置，并且在CCD上可清晰成像。这些初始化调校步骤属于本领域中熟知的公用调校步骤，在此不用赘述。

图8显示了多束激光的弹着点位置的控制原理示意图。

下面基于图8介绍本发明的多束激光的弹着点位置的控制方法的具体步骤。

步骤S201，检测并计算出靶腔内半径R。

步骤S202，检测并计算出激光入射孔内径r_leh；

步骤S203，对每个纬度层的激光，分别执行单束激光弹着点位置控制方法中的步骤S1-1，确定反映激光发光点位置的第一位置参数和第二位置参数(u_x，v_x)；

步骤S204，对每个纬度层的激光分别执行前述步骤S1-2，通过u_x，v_x和该纬度层的激光弹着点的期望深度k_x，计算出每个纬度层对应的反射镜需要移动的位移量h_x；

步骤S205，对某一纬度层的激光，将反射镜从基准共轭位置移动该纬度层对应的位移量h_x；

步骤S206，对激光进行中心瞄准，从而使得该纬度层的激光的弹着点落在深度为k_x的弹着点位置。

本步骤是将激光在CCD上的成像点调节至O’，则实际激光通过O’点的共轭位置O_x点。

步骤S207，对每个纬度层的激光重复执行步骤S205和步骤S206，从而将不同纬度层的多束激光引导至期望高度的弹着点位置。

图9示例性的显示了不同纬度层的激光弹着点位置控制示意图。

图9中，处于同一纬度层的激光在靶腔内的弹着点也处于相同的高度，并沿着靶腔内壁分布。相应的，处于不同纬度层的激光在靶腔内的弹着点也分布在不同高度的位置处。

图10显示了不同纬度层的激光汇交于同一点的弹着点位置示意图。

图9中，多束激光的汇交点各不相同，图10所示是多束激光汇交点相同的情况，是多束激光瞄准的特例。在这种情况下，所有激光汇交与同一高度，反射镜位置的变化对所有入射激光弹着点位置同时产生影响，所有激光通过反射镜耦合到一起。

如上所述，本发明提出了通过控制多光束的汇交高度可以控制激光弹着点在靶腔内的深度的方法；进一步，提出了使用动反射原理重构出不同汇交高度的汇交点共轭位置，并可检测汇交点距靶腔端面的高度；并且，通过控制激光汇交点距靶腔端面的高度来间接测算弹着点在靶腔内的深度信息。根据本发明的方法，可以重构出入射激光的空间信息，测算弹着点位置并指导对弹着点在靶腔内的位置控制。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种基于动反射镜的激光弹着点位置控制方法，所述方法包括：

步骤S1-1，通过两次移动动反射镜，确定反映激光发光点位置的第一位置参数和第二位置参数；

步骤S1-2，基于所述第一位置参数、第二位置参数和激光弹着点的期望深度，计算得到动反射镜需要移动的位移量；

步骤S1-3，将动反射镜从基准共轭位置相对于图像采集装置直线移动所述位移量；

步骤S1-4，对激光进行中心瞄准，使得激光的弹着点落在所述期望深度的弹着点位置。

2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤S1-1包括：

步骤S103，将动反射镜从基准共轭位置相对于图像采集装置直线移动任意的第一位移量到第一共轭位置；

步骤S104，对激光进行中心瞄准；

步骤S105，控制反射镜返回基准共轭位置，检测并计算出反映激光成像点位置的第一距离；

步骤S106，将反射镜从基准共轭位置相对于图像采集装置直线移动任意的第二位移量到第二共轭位置；

步骤S107，对激光进行中心瞄准；

步骤S108，控制反射镜返回基准共轭位置，检测并计算出反映激光成像点位置的第二距离；

步骤S109，基于所述第一位移量、第一距离、第二位移量和第二距离，计算得到反映激光发光点位置的第一位置参数和第二位置参数的值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，所述第一位置参数表示激光发光点到靶腔端面的垂直距离，所述第二位置参数表示激光发光点到靶腔中心线的垂直距离。

4.根据权利要求1所述的方法，所述步骤S1-2中计算动反射镜需要移动的位移量的方法包括：

$h=\frac{1}{2}\×\frac{\mathrm{uR}-\mathrm{kv}}{R+v}$

其中，u为第一位置参数，v为第二位置参数，k为激光弹着点的期望深度，R为靶腔内径。

5.根据权利要求2所述的方法，所述步骤S109中计算第一位置参数和第二位置参数的值的方法包括：

$u=\frac{r_2-r_1}{h_1{r}_2-h_2{r}_1}\×2h_1{h}_2$

$v=\frac{h_2-h_1}{h_1{r}_2-h_2{r}_1}\×r_1{r}_2$

其中，u为第一位置参数，v为第二位置参数，h₁为第一位移量，h₂为第二位移量，r₁为第一距离，r₂为第二距离。

6.根据权利要求1所述的方法，所述步骤S1-3之前还包括判断激光是否进入激光入射孔的步骤，该步骤包括：

测量并计算出激光与靶腔端面的交点到靶腔端面中心点的距离；

判断所述距离是否大于激光入射孔的半径；

如果是，则重新调整激光入射角度；

如果不是，则继续所述步骤S1-3。

7.根据权利要求1或2所述的方法，所述对激光进行中心瞄准的步骤包括：

调节激光使其在图像采集装置上的成像点移动至靶腔中心位置在图像采集装置上的成像点。

8.一种基于动反射镜的多束激光弹着点位置控制方法，所述方法包括：

步骤S2-1：对每个纬度层的激光，分别执行权利要求1所述方法中的步骤S1-1和步骤S1-2，以确定与该纬度层的激光弹着点的期望深度对应的动反射镜的位移量；

步骤S2-2：对某一纬度层的激光，将动反射镜从基准共轭位置相对于图像采集装置直线移动该纬度层对应的位移量；

步骤S2-3：对所述纬度层的激光进行中心瞄准，从而使得激光的弹着点落在所述期望深度的弹着点位置；

步骤S2-4：对每个纬度层的激光重复执行步骤S2-2至步骤S2-3，直到将所有纬度层的激光弹着点都控制到期望深度的弹着点位置。

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