CN107388900B - 无人机反制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人机反制系统，该系统包括发射与接收共用光路的光学系统，所述光学系统包括共用光路光学组件、激光单元和成像单元，所述激光单元，用于发射打击目标的激光束；所述共用光路光学组件，用于将所述激光束发射出去，或者将来自目标的光线接收进来；所述成像单元，用于将接收进来的目标的光线成像。本发明采用接收光路与发射光路共用方式，当目标被跟踪锁定后，沿相同路径对其发射激光进行打击，可以保障目标被准确击中，本系统用于无人机反制，不仅可以击中目标，而且不会损坏无辜的第三方，也不对正常通信造成干扰。

Description

无人机反制系统
技术领域
本发明涉及无人机反制领域，特别是一种用于防止无人机导致不良后果的无人机狙击系统。
背景技术
无人机即无人驾驶航空器，是指利用无线电遥控设备或自备的程序控制装置操纵的不载人航空器。由于无人机具有站得高、看得远、适应能力强等优势，可以搭配不同的任务载荷，广泛应用于航空摄影、环镜监测、边镜监控、灾害搜救、地质勘察等领域。
但无人机的管控并未跟上技术发展的步伐，违规飞行对国家公共安全、飞行安全甚至是空防安全构成威胁。比如，利用无人机进行偷拍和窃取信息，携带危害公共安全的物质，再比如，最近很多机场出现无人机黑飞事件，导致大量航班被延误，产生了重大损失。
目前无人机反制系统，普遍采用电磁波方式，以干扰无人机的飞行，但是此种方式也同时影响了被管控区域的正常通讯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机反制系统。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
一种无人机反制系统，包括发射与接收共用光路的光学系统，所述光学系统包括共用光路光学组件、激光单元和成像单元，其中，
所述激光单元，用于发射打击目标的激光束；
所述共用光路光学组件，用于将所述激光束发射出去，或者将来自目标的光线接收进来；
所述成像单元，用于将接收进来的目标的光线成像。
根据本发明实施例，所述共用光路光学组件包括望远镜镜组单元、中继镜组单元及分光单元，其中，
所述望远镜镜组单元，用于将所述激光单元发射的激光束发射出去，或者将来自目标的光线接收进来；
所述中继镜组单元，用于改变来自目标的光线或者激光单元发射的激光束的传输方向，以使得经过分光单元传输的激光束进入望远镜镜组单元，以及望远镜镜组单元接收进来的目标的光线进入分光单元；中继镜组单元中包括至少一个跟踪执行元件，用于实时改变光束方向以跟踪目标；
所述分光单元，用于将来自目标的光线和激光单元发射的激光束进行分离，以使得激光单元发射的激光束可以传输至中继镜组单元，以及接收进来的目标的光线可以进入成像单元。
中继镜组单元的设置便于系统的空间布局，跟踪执行元件可以实时改变方位及俯仰位置以适应目标的位置变化，有效保障目标被实时跟踪锁定。
在进一步优化的方案中，望远镜镜组单元包括主镜和次镜，所述次镜在主镜所在平面的投影与主镜不重合。这样设置可以避免次镜阻碍主镜光线的出射，即避免次镜削弱用于打击目标的激光束，保障目标被有效摧毁。
在进一步完善的方案中，无人机反制系统还包括机架及驱动装置；所述机架用于支承组成所述光学系统的部分或全部单元，以及在所述驱动装置的驱动下，带动组成所述光学系统的部分或全部单元绕水平轴旋转和/或竖直轴旋转。
根据本发明实施例，在一个方案中，所述机架包括水平轴系结构和竖直轴系结构，所述望远镜镜组单元设置于镜筒内，镜筒与水平轴系结构连接，并可绕水平轴旋转；所述竖直轴系结构与水平轴系结构连接，并位于所述镜筒的一侧，且可带动水平轴系结构和镜筒绕竖直轴旋转；次镜与分光镜之间的传输光束位于水平轴和竖直轴。
根据本发明实施例，在另一个方案中，所述机架包括水平轴系结构和竖直轴系结构，所述望远镜镜组单元设置于镜筒内，镜筒与水平轴系结构连接，并可绕水平轴旋转；所述竖直轴系结构与水平轴系结构连接，且竖直轴系结构的重心与所述镜筒的重心位于同一竖直线上，竖直轴系结构可带动水平轴系结构和镜筒绕竖直轴旋转；次镜与分光镜之间的传输光束位于水平轴和竖直轴。
根据本发明实施例，在另一个方案中，所述机架包括水平轴系结构和竖直轴系结构，所述光学系统设置于箱体内，箱体与水平轴系结构连接，并可绕水平轴旋转；所述竖直轴系结构与水平轴系结构连接，竖直轴系结构可带动水平轴系结构和箱体绕竖直轴旋转。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明发射与接收共用光路方式，即目标跟踪探测光路与激光打击光路相同，当目标被跟踪锁定后，沿相同路径对其发射激光进行打击，可以保障目标被准确击中，不会损伤无辜的第三方，也不会对正常通讯造成干扰。另外，通过击中目标的方式，可以有效地避免恐怖后果的扩大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中所述发射与接收共用光路的光学系统的结构示意框图。
图2为本发明实施例1中所述无人机反制系统的结构示意图。
图3为本发明实施例1中所述无人机反制系统中目标跟踪探测光路示意图。
图4为本发明实施例1中所述激光发射光路示意图。
图5为本发明实施例2中所述无人机反制系统的结构示意图。
图6为本发明实施例2中所述无人机反制系统中目标跟踪探测光路示意图。
图7为本发明实施例2中所述激光发射光路示意图。
图8为本发明实施例3中所述无人机反制系统的结构示意图。
图9为本发明实施例3中所述无人机反制系统中目标跟踪探测光路示意图。
图10为本发明实施例3中所述激光发射光路示意图。
图11为本发明实施例4中所述无人机反制系统的结构示意图。
图12为本发明实施例4中所述无人机反制系统中目标跟踪探测光路示意图。
图13为本发明实施例4中所述激光发射光路示意图。
图中标记说明
10-激光单元；20-成像单元；30-共用光路光学组件；31-望远镜镜组单元；32-中继镜组单元；33-分光单元；40-镜筒；50-水平轴；60-竖直轴；70-竖直轴系结构；80-底台箱体；90-箱体；311-主镜；312-次镜；313-平面反射镜；320-跟踪执行元件；321～325-反射镜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中提供了一种发射和接收共用光路的光学系统，该光学系统包括共用光路光学组件30、激光单元10和成像单元20，其中，
激光单元10，用于发射打击目标的激光束；
共用光路光学组件30，用于将激光束发射出去，或者将来自目标的光线接收进来；
成像单元20，用于将接收进来的目标的光线成像。
上述光学系统中，目标的光线被共用光路光学组件30接收，传输到成像单元20，经成像单元20成像，实现对目标的跟踪与锁定；在接收到打击指令后，激光单元10发射出用于打击被锁定目标的激光束，该激光束沿与接收目标光线相同的光路发射出去，击中目标，由于激光束是沿着目标被锁定的相同光路发射出去，因此可以保障目标被准确击中，避免了对无辜的第三方造成损伤，此外，通过激光打击方式，避免了现有电磁波打击方式对机场正常通讯造成的干扰。
作为一种可实施方式的举例，所述共用光路光学组件30包括望远镜镜组单元31、中继镜组单元32及分光单元33。其中，
望远镜镜组单元31，用于将激光单元10发射的激光束发射出去，或者将来自目标的光线接收进来。望远镜镜组单元31可以包括主镜311和次镜312，作为一种较优的实施方式，次镜312在主镜311所在平面的投影与主镜311不重合(例如图2-13所示)，这样可以保障次镜312不阻碍主镜311中光线的出射与接收，使得激光束可以全部击中目标，保障目标被打击强度。
中继镜组单元32，可以包括一个或多个反射镜，用于改变来自目标的光线或者激光单元10发射的激光束的传输方向，以适应不同的空间布局，使得经过分光单元33传输的激光束进入望远镜镜组单元31，以及望远镜镜组单元31接收进来的目标的光线进入分光单元33。中继镜组单元32中包括至少一个跟踪执行元件320，用于实时改变光束方向以跟踪目标，该跟踪执行元件320可以是一个具有平面二维扫描功能的反射镜，或者是两个分别具有一维扫描功能的反射镜，两个反射镜配合可以实现二维扫描功能，当目标发生位移时，跟踪执行元件320与之发生相同的位移，实现对目标的实时跟踪锁定。
分光单元33，用于将来自目标的光线和激光单元10发射的激光束进行分离，以使得激光单元10发射的激光束可以传输至中继镜组单元32，以及接收进来的目标的光线可以进入成像单元20。例如，分光单元33包括一个分光镜，采用光谱分光的方式，使激光单元10发射的激光束被分光镜反射，再经过中继镜组单元32和望远镜镜组单元31发射出去，使目标跟踪光束以透射方式透过分光镜后，进入成像单元20。
实施例1
请参阅图1-4，本实施例中提供了一种无人机反制系统，该系统中包括图1所示的光学系统，以及机架、驱动装置(图中未示出)，其中，机架用于支承组成所述光学系统的部分或全部单元，以及在驱动装置的驱动下，带动其所支承的组成所述光学系统的部分或全部单元绕水平轴50旋转和/或竖直轴60旋转。
在本实施例中，所述光学系统中的中继镜组单元32包括三个反射镜(321～323)和一个具有二维扫描功能的跟踪执行元件320，次镜312与分光单元33之间的传输光线经过多次反射后垂直入射至次镜312或分光单元33，主镜311、次镜312、其中一个反射镜(323)设置于镜筒40内，激光单元10、成像单元20、分光单元33及中继镜组单元32中的另外两个反射镜(321,322)集成于底台箱体80内。
所述机架包括水平轴系结构和竖直轴系结构70，在本实施例中，镜筒40与水平轴系结构连接，并可绕水平轴50旋转；竖直轴系结构70与水平轴系结构连接，并位于镜筒40的一侧，且可带动水平轴系结构和镜筒40绕竖直轴60旋转。次镜312与分光镜之间的传输光束位于水平轴50(亦可称为水平轴线，水平旋转轴线)和竖直轴60(亦可称为竖直轴线，竖直旋转轴线)，如图2-4所示，实现时，中继镜组单元中的一个反射镜(322)设置于竖直轴系结构70中且位于竖直轴60上，且该反射镜(322)与中继镜组单元中的另一个反射镜(323)均位于水平轴50上，以保障在机架带动镜筒40旋转的过程中不改变光路的传输方向，实现目标被实时锁定。
在本实施例所述无人机反制系统中，激光单元10发射的激光束的传输路径如图4所示，目标跟踪探测光路如图3所示。
本实施例中，将竖直轴系结构70设置于镜筒40的一侧，可以减少中继镜组单元32中反射镜的使用个数。为了保持机架旋转过程中整体系统的稳定性，可以在竖直轴系结构70的另一侧设置平衡装置。
实施例2
请参阅图5-7，本实施例中提供的无人机反制系统，与实施例1相比，不同之处在于，竖直轴系结构70的重心与镜筒40的重心位于同一竖直线上，整个机架为U型结构，镜筒40位于U型支架的U型凹槽内，基于U型机架结构的设置，在机架带动镜筒40进行水平旋转和/或竖直旋转的过程中，均可以保持良好的平衡性，但是，此时则需要更多(相对于实施例1中所述系统而言)的中继反射镜(321～325)来实现次镜312与分光镜之间的传输光束位于水平轴50和竖直轴60，如图5-7所示。在本实施例所述无人机反制系统中，激光单元10发射的激光束的传输路径如图7所示，目标跟踪探测光路如图6所示。
实施例3
请参阅图8-10，本实施例中提供的无人机反制系统，与实施例2相比，不同之处在于，组成光学系统的所有单元(包括望远镜镜组单元31、中继镜组单元32、分光单元33、激光单元10、成像单元20)集成于一个箱体90内，机架为U型云台机架，该箱体90放置于U型云台机架上，箱体90与水平轴系结构连接，并可绕水平轴50旋转，竖直轴系结构70可带动水平轴系结构和箱体90绕竖直轴60旋转。为了保持机架旋转过程中整体系统的稳定性，可以设置为竖直轴系结构70的重心与箱体90的重心位于同一竖直线上。
由于整个光学系统都集成于箱体90内，光学系统的所有单元同时产生方位位置和/或俯仰位置的变化，即相互之间没有相对位置变化，因此，次镜312与分光单元33之间的传输光束无需一定限制在水平轴50和竖直轴60上，中继镜组单元32中反射镜的个数也可以相对较少，如图8-10所示，仅需一个反射镜(321)和一个跟踪执行元件320即可实现。
在另一个可实施方案中，激光单元10可以包括激光器和光纤，可以将激光器置于箱体90外，激光器发射的激光束通过光纤传递到分光单元33。
实施例4
请参阅图11-13，本实施例中提供的无人机反制系统，与实施例3相比，不同之处在于，望远镜镜组单元31还包括平面反射镜313，用于实现主镜311与次镜312之间传输光线的折转，减小主镜311与次镜312之间的长度，进而减小箱体90的尺寸。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人机反制系统，其特征在于，包括发射与接收共用光路的光学系统，所述光学系统包括共用光路光学组件、激光单元和成像单元，其中，
所述激光单元，用于发射打击目标的激光束；
所述共用光路光学组件，用于将所述激光束发射出去，或者将来自目标的光线接收进来；
所述成像单元，用于将接收进来的目标的光线成像；
所述共用光路光学组件包括望远镜镜组单元、中继镜组单元及分光单元，其中，
所述望远镜镜组单元，用于将所述激光单元发射的激光束发射出去，或者将来自目标的光线接收进来；
所述中继镜组单元，用于改变来自目标的光线或者激光单元发射的激光束的传输方向，以使得经过分光单元传输的激光束进入望远镜镜组单元，以及望远镜镜组单元接收进来的目标的光线进入分光单元；中继镜组单元中包括至少一个跟踪执行元件，用于实时改变光束方向以跟踪目标；
所述分光单元，用于将来自目标的光线和激光单元发射的激光束进行分离，以使得激光单元发射的激光束可以传输至中继镜组单元，以及接收进来的目标的光线可以进入成像单元；
所述望远镜镜组单元包括主镜和次镜，所述次镜在主镜所在平面的投影与主镜不重合。
2.根据权利要求1所述的无人机反制系统，其特征在于，还包括机架及驱动装置；所述机架用于支承组成所述光学系统的部分或全部单元，以及在所述驱动装置的驱动下，带动组成所述光学系统的部分或全部单元绕水平轴旋转和/或竖直轴旋转。
3.根据权利要求2所述的无人机反制系统，其特征在于，所述机架包括水平轴系结构和竖直轴系结构，所述望远镜镜组单元设置于镜筒内，镜筒与水平轴系结构连接，并可绕水平轴旋转；所述竖直轴系结构与水平轴系结构连接，并位于所述镜筒的一侧，且可带动水平轴系结构和镜筒绕竖直轴旋转；次镜与分光镜之间的传输光束位于水平轴和竖直轴。
4.根据权利要求2所述的无人机反制系统，其特征在于，所述机架包括水平轴系结构和竖直轴系结构，所述望远镜镜组单元设置于镜筒内，镜筒与水平轴系结构连接，并可绕水平轴旋转；所述竖直轴系结构与水平轴系结构连接，且竖直轴系结构的重心与所述镜筒的重心位于同一竖直线上，竖直轴系结构可带动水平轴系结构和镜筒绕竖直轴旋转；次镜与分光镜之间的传输光束位于水平轴和竖直轴。
5.根据权利要求2所述的无人机反制系统，其特征在于，所述机架包括水平轴系结构和竖直轴系结构，所述光学系统设置于箱体内，箱体与水平轴系结构连接，并可绕水平轴旋转；所述竖直轴系结构与水平轴系结构连接，竖直轴系结构可带动水平轴系结构和箱体绕竖直轴旋转。
6.根据权利要求5所述的无人机反制系统，其特征在于，竖直轴系结构的重心与所述箱体的重心位于同一竖直线上。
7.根据权利要求5所述的无人机反制系统，其特征在于，所述望远镜镜组单元还包括平面反射镜，用于实现主镜与次镜之间传输光线的折转。
8.根据权利要求5所述的无人机反制系统，其特征在于，激光单元包括激光器和光纤，所述激光器位于所述箱体外，激光器发射的激光束通过光纤传递到分光单元。
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