CN108319091B - 目标在回路激光相控阵系统及控制方法 - Google Patents

目标在回路激光相控阵系统及控制方法 Download PDF

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CN108319091B CN201810314109.0A CN201810314109A CN108319091B CN 108319091 B CN108319091 B CN 108319091B CN 201810314109 A CN201810314109 A CN 201810314109A CN 108319091 B CN108319091 B CN 108319091B
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Abstract

本发明公开了一种目标在回路激光相控阵系统及其控制方法，包括：种子激光与分束器光路连接；分束器分束后的多路激光分别与多个光程调节器光路连接；各光程调节器分别与相位调制器光路连接；各相位调制器分别与放大器光路连接；各放大器分别与各激光准直镜光路连接；各激光准直镜均与分光镜光路连接；分光镜分别与波前相位调制器和光束偏转模块部分光路连接；波前相位调制器与相位控制模块光路连接；相位控制模块分别与各相位调制器控制连接；跟踪捕获模块与光束偏转控制模块数据连接；光束偏转控制模块与光束偏转模块控制连接。该系统实现了对动态目标的跟踪瞄准和阵列激光的相干发射。本发明另一方面还提供了该系统的控制方法。

Description

目标在回路激光相控阵系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种目标在回路激光相控阵系统及其控制方法，属于光学工程领域。
背景技术
目前有不少针对光学相控阵系统的研究，根据各子阵列激光在目标处的叠加方式，可以将光学相控阵系统分为非相干激光阵列光学相控阵系统和相干激光阵列光学相控阵系统。基于主振荡器功率放大器(英文名称为Master Oscillator Power Amplifier，简称MOPA)的相干激光阵列能够实现合成孔径发射，增加系统发射口径，减小激光的传输发散角。基于目标在回路，还能通过倾斜和相位控制，实现对大气湍流的补偿。
目前公开的目标在回路激光相控阵系统一般采用远场目标的散射光等作为反馈信号。当改变相控阵系统的相位和倾斜等控制参量之后，新的阵列激光需经过一定距离的传输达到目标，等目标散射的激光信号返回激光发射位置后，才能获得反馈信号，最后根据反馈信号的变化修正控制参量。
由于反馈信号传输路径较长，自适应控制的单次迭代时间大于激光在反射处和目标处的往返时间，控制速率难以满足大数目激光阵列的使用要求。此外，目前公开的激光相控阵系统多仅能针对静态目标使用，无法应用于动态目标。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种目标在回路激光相控阵系统，该系统解决了现有目标在回路激光相控阵系统：激光相控阵控制速率难以满足大数目激光阵列的要求和无法应用于动态目标的问题。
目标在回路激光相控阵系统，包括：种子激光、分束器、多个光程调节器、多个相位调制器、多个放大器、多个激光准直镜、分光镜、多个光束偏转模块、波前相位调制器、相位控制模块、跟踪捕获模块和光束偏转控制模块；
所述种子激光与所述分束器光路连接；
所述分束器分束后的多路激光分别与多个所述光程调节器光路连接；
各所述光程调节器分别与各所述相位调制器光路连接；
各所述相位调制器分别与各所述放大器光路连接；
各所述放大器分别与各所述激光准直镜光路连接；
各所述激光准直镜均与所述分光镜光路连接；
所述分光镜分别与所述波前相位调制器和所述光束偏转模块部分光路连接；
所述波前相位调制器与所述相位控制模块光路连接；
所述相位控制模块分别与各所述相位调制器控制连接；
所述跟踪捕获模块与所述光束偏转控制模块数据连接，并获取所述动态目标的方位信息；
所述光束偏转控制模块与所述光束偏转模块控制连接。
进一步地，目标在回路激光相控阵系统还包括：信标光源和后向信标光位置探测模块，所述后向信标光位置探测模块设置于放大器与所述激光准直镜的连接光路中；所述信标光源与所述跟踪捕获模块数据控制连接，所述信标光源出射的信标光聚焦于所述动态目标；
所述后向信标光位置探测模块获取所述信标光的光斑质心的位置后，解算精修偏转角，并与所述光束偏转控制模块数据连接；
所述光束偏转控制模块根据所述精修偏转角控制所述光束偏转模块。
进一步地，所述目标在回路激光相控阵系统还包括：设置于所述放大器与所述后向信标光位置探测模块相连接光路上的后向信标光强度探测模块和倾斜控制模块，所述后向信标光强度探测模块接收测量所述后向信标光的光强信号，并与所述倾斜控制模块数据连接，所述倾斜控制模块根据所述光强信号调节所述后向信标光的输出光强信号。
进一步地，倾斜控制模块包括：收发一体端帽、端帽位置控制器和倾斜控制解算模块，所述收发一体端帽与所述后向信标光位置探测模块光路连接，同时与所述后向信标光强度探测模块光路连接；所述端帽位置控制器与所述收发一体端帽控制连接；
所述倾斜控制解算模块与所述后向信标光强度探测模块数据连接，并与所述端帽位置控制器控制信号连接。
进一步地，后向信标光位置探测模块包括：反射镜、光学成像装置和光学信号读取处理模块，所述激光准直镜与所述反射镜的入光端光路连接；所述反射镜反射的后向信标光与所述光学成像装置光路连接；
所述光学成像装置获取所述后向信标光的光学信息；
所述光学成像装置与所述光学信号读取处理模块数据连接，所述光学信号读取处理模块解算所述光学信息得到所述后向信标光的质心位置；
所述光学信号读取处理模块与所述光束偏转控制模块数据连接；
所述光束偏转控制模块控制所述光束偏转模块后，所述激光和所述信标光在所述动态目标处重合。
进一步地，目标在回路激光相控阵系统还包括光程控制算法模块，所述光程控制算法模块与所述后向信标光位置探测模块数据连接，所述光程控制算法模块分别与多个所述光程调节器控制连接。
进一步地，光程控制算法模块与所述光学信号读取处理模块数据连接。
进一步地，目标在回路激光相控阵系统还包括波前相位解调算法模块，所述波前相位解调算法模块分别与所述倾斜控制模块和所述后向信标光位置探测模块数据连接，并与所述波前相位调制器控制连接。
进一步地，波前相位解调算法模块分别与倾斜控制模块和所述光学信号读取处理模块数据连接。
进一步地，收发一体端帽与所述反射镜光路连接。
进一步地，信标光与所述激光的波长不同。
进一步地，多个所述激光准直镜按二维阵列群排布。
进一步地，所述后向信标光完全透过所述分光镜，前向传输的激光高反或者高透。
进一步地，所述分光镜透过入射激光量99％以上的激光入射到所述光束偏转模块，所述分光镜反射入射激光量1％以内的激光入射到波前相位调制器。
本发明的又一方面还提供了一种用于如上述目标在回路激光相控阵系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S100：跟踪获取所述动态目标的实时位置信息，根据所述位置信息将信标光聚焦于所述动态目标，根据所述位置信息，解算粗偏转角，出射激光偏转所述粗偏转角，所述出射激光聚焦于所述动态目标；
步骤S200：光学成像装置获取后向信标光的质心坐标，解算所述质心坐标得到精修偏转角，所述出射激光偏转所述精修偏转角，所述出射激光和所述信标光重合聚焦于所述动态目标。
进一步地，在所述步骤S200后还包括以下步骤：
步骤S300：获取所述后向信标光的光强信息，根据所述光强信息调节所述后向信标光的返回光强达到最大值。
进一步地，在所述步骤S300后还包括以下步骤：
步骤S400：解算各路所述激光从分束器到所述动态目标处的光程差，根据所述光程差调节各路所述激光的光程至各路所述激光到所述动态目标处的光程相等；
步骤S500：波前相位解调算法模块根据倾斜控制模块和光学信号读取处理模块提供的信号解算出大气湍流引入的波前畸变，并将该畸变施加到波前相位调制器上；相位控制模块对各路激光的相位进行控制，使阵列激光实现同相输出。
本发明的有益效果包括但不限于：
(1)本发明所提供的目标在回路激光相控阵系统，与现有技术相比，该系统具有光束偏转功能，可以对动态目标进行在回路光束控制，从而解决了现有激光相控阵系统无法对动态目标进行跟踪的问题。
(2)本发明所提供的目标在回路激光相控阵系统，与现有技术相比，该系统采用两级偏转控制和一级高精度倾斜控制，具有动态范围大、精度高、速度快的优点。
(3)本发明所提供的目标在回路激光相控阵系统，与现有技术相比，该系统根据阵列光束的偏转状态，对各路激光的光程进行实时快速调整，使光束偏转过程中各束激光的光程保持相等，降低了系统对单路激光的相干长度的要求。
(4)本发明所提供的目标在回路激光相控阵系统，利用波前相位调制器在近场模拟大气湍流对激光波前的影响，并根据模拟结果进行相位控制，提高了目标在回路激光相控阵系统中相位控制带宽。解决了现有技术中目标在回路激光相控阵系统中相位控制带宽低的问题。
附图说明
图1是本发明优选实施例中目标在回路激光相控阵系统光路连接示意图；
图2是本发明优选实施例中倾斜控制模块和后向信标光位置探测模块的光路连接示意图。
图例说明：
1、跟踪捕获模块；2、信标光源；3、种子激光；4、分束器；5、光程调节器；6、相位调制器；7、放大器；8、后向信标光强度探测模块；9、倾斜控制模块；91、收发一体端帽；92、端帽位置控制器；93、倾斜控制解算模块；10、后向信标光位置探测模块；101、反射镜；102、光学成像装置；103、光学信号读取处理模块；11、激光准直镜；12、分光镜；13、光束偏转模块；14、光束偏转控制模块；15、光程控制算法模块；16、波前相位解调算法模块；17、波前相位调制器；18、相位控制模块。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
参见图1，本发明提供了一种目标在回路激光相控阵系统，包括：种子激光3、分束器4、多个光程调节器5、多个相位调制器6、多个放大器7、多个激光准直镜11、分光镜12、多个光束偏转模块13、波前相位调制器17、相位控制模块18、跟踪捕获模块1和光束偏转控制模块14。种子激光3与分束器4光路连接；分束器4分束后的多路激光分别与多个光程调节器5光路连接；各光程调节器5分别与相位调制器6光路连接；各相位调制器6分别与放大器7光路连接；各放大器7分别与各激光准直镜11光路连接；各激光准直镜11均与分光镜12光路连接；分光镜12与波前相位调制器17部分光路连接；分光镜12与光束偏转模块13部分光路连接；波前相位调制器17与相位控制模块18电信号连接；相位控制模块18分别与各相位调制器6控制连接；跟踪捕获模块1与光束偏转控制模块14数据连接，并获取动态目标的方位信息；光束偏转控制模块14与光束偏转模块13控制连接。
本发明提供的目标在回路激光相控阵系统，通过跟踪捕获模块1获取动态目标的实时位置后，将位置数据传输至光束偏转控制模块14，由其解算后，由光束偏转模块13控制激光光束进行偏转，从而使激光束能实时对准动态目标。解决了现有激光相控阵系统无法有效跟踪动态目标的问题。同时粗调还能实现后向信标光进入光学成像装置102的视场便于后续精调的实现。光束偏转模块13根据光束偏转控制模块14解算的控制信号，对激光的偏转方向进行控制。多个激光准直镜11也可按采取正六边形或者其他排列形状。
优选的，目标在回路激光相控阵系统还包括：信标光源2和后向信标光位置探测模块10，后向信标光位置探测模块10设置于放大器7与激光准直镜11的连接光路中；信标光源2与跟踪捕获模块1数据控制连接，信标光源2出射的信标光聚焦于动态目标。跟踪捕获模块1获取动态目标的方位信息后，生成控制指令，控制信标光源2根据调整动态目标的坐标发射信标光，以将信标光聚焦发射到动态目标上。后向信标光位置探测模块10获取信标光的光斑质心的位置，并解算精修偏转角，并与光束偏转控制模块14数据连接；光束偏转控制模块14根据精修偏转角控制光束偏转模块13。
精修偏转角为激光与信标光重合所需的修正偏转角。光束偏转模块13能根据所接收到的控制指令使所述激光光束发生角度偏转。按此角度调节光束偏转模块13，即可使从光束偏转模块13出射的激光角度发生变化。从而实现激光与信标光在动态目标完全重合。该精修偏转角为对动态目标的二次修正，能提高跟踪精度和准确度。信标光聚焦于动态目标上，会发生反射，部分信标光反射进入光束偏转模块13后，通过分光镜12、激光准直镜11后进入后向信标光位置探测模块10。后向信标光位置探测模块10可以为现有的常用装置仅需能保证激光的透过、信标光聚焦质心的准确获取即可。同时也可以按现有技术在光路中增加信标光后向导出传输装置。光束偏转控制模块14解算每个光学信号读取处理模块103提供的信号，给对应的光束偏转模块13施加精偏转控制信号，从而使各路激光在目标处与信标光的位置重合。
优选的，后向信标光位置探测模块10包括：反射镜101、光学成像装置102和光学信号读取处理模块103，激光准直镜11与反射镜101的入光端光路连接；反射镜101反射的后向信标光与光学成像装置102光路连接；光学成像装置102获取后向信标光的光学信息；光学成像装置102与后向信标光位置探测模块10数据连接，光学信号读取处理模块103解算光学信息得到后向信标光的质心位置；光学信号读取处理模块103与光束偏转控制模块14数据连接。光束偏转控制模块14控制光束偏转模块13偏转后，激光和信标光在动态目标处重合。更优选的，光程控制算法模块15与光学信号读取处理模块103数据连接。光学成像装置102也可为相机。
光学信号读取处理模块103提取光学成像装置102所获取的光学信息中的信标光斑的质心位置，根据质心位置推算出激光与信标光完全重合所需要的精修偏转角，并将所得精修偏转角传送到光束偏转控制模块14，据此生产控制指令进行控制。
在一具体实施例中，光学信号读取处理模块103提取光学成像装置102上信标光斑的质心的位置，根据质心位置推算出激光与信标光完全重合所需要的精修偏转角，将精修偏转角信息发送到光束偏转控制模块14。
优选的，还包括光程控制算法模块15，光程控制算法模块15与后向信标光位置探测模块10数据连接，光程控制算法模块15分别与多个光程调节器5控制连接。更优选的，光程控制算法模块15与光学信号读取处理模块103数据连接。
光程控制算法模块15解算光学信号读取处理模块103提供的信号，解算出各路激光从分束器4到目标处的光程差，并施加控制信号给光程调节器5，使各路激光的光程相等。
优选的，还包括设置于放大器7与后向信标光位置探测模块10相连接光路上的后向信标光强度探测模块8和倾斜控制模块9，后向信标光强度探测模块8接收测量后向信标光的光强信号，并与倾斜控制模块9数据连接，倾斜控制模块9根据光强信号调节后向信标光的输出光强信号。
此处的向信标光强度探测模块可以为三端环形器或者积分球导出后向信标光，再利用光电探测器对导出的后向信标光的光强进行探测即可。在一具体实施例中，倾斜控制解算模块93以后向信标光强度探测模块8输出的光强信号为反馈信号，运行优化算法，得出对端帽位置控制器92施加的控制力，从而使后向信标光强度探测模块8输出的信标光的光强信号达到最大值。
优选的，还包括波前相位解调算法模块16，波前相位解调算法模块16分别与倾斜控制模块9和后向信标光位置探测模块10数据连接，并与波前相位调制器17控制连接。更优选的，波前相位解调算法模块16与光学信号读取处理模块103数据连接。
波前相位解调算法模块16可根据倾斜控制模块9和光学信号读取处理模块103提供的信号，解算处出大气湍流引入的波前畸变，并将该畸变施加到波前相位调制器17上。波前相位调制器17根据波前相位解调算法模块16提供的控制信号，生成一个与所检测到的大气湍流相同的畸变，对分光镜12出射的小部分激光进行波前调制后，从分光镜12出射后，克服大气湍流对激光造成的畸变，在不同大气环境下，提高激光对目标的跟踪效果。
优选的，倾斜控制模块9包括收发一体端帽91、端帽位置控制器92、倾斜控制解算模块93，收发一体端帽91与后向信标光位置探测模块10光路连接，同时与后向信标光强度探测模块8光路连接；端帽位置控制器92与收发一体端帽91调控连接；倾斜控制解算模块93与后向信标光强度探测模块8数据连接，并与端帽位置控制器92控制信号连接。
收发一体端帽91用于获取和/或传输后向信标光位置探测模块10反射的后向信标光，后向信标光传输到后向信标光强度探测模块8，探测光强度后从倾斜控制模块9出射。收发一体端帽91夹持在端帽位置控制器92上，并随端帽位置控制器92的状态改变而移动。从而通过端帽位置控制器92实现对收发一体端帽91的控制。
在一具体实施例中，收发一体端帽91为如CN 201310161222.7中所示的端帽；端帽位置控制器92为如CN 201410115959.X中所示。倾斜控制解算模块93根据后向信标光强度探测模块8获取的光强度信息解算后得出给端帽位置控制器92施加控制信号，使后向信标光强度探测模块8输出的光强信号达到最大值。
优选的，收发一体端帽91与反射镜101光路连接。参见图2，在一具体实施例中，反射镜101对于前向传输的激光完全透过，将后向传输的信标光分为两束，一束入射到收发一体端帽91，另一束入射到光学成像装置102。
优选的，信标光与激光的波长不同。
优选的，多个激光准直镜11按二维阵列群排布。使N路激光构成一个紧密排布的激光阵列。二维阵列是指包含N列和M行的阵列。
优选的，后向信标光完全透过分光镜12，前向传输的激光高反或者高透；
优选的，分光镜12透过入射激光量99％以上的激光入射到光束偏振模块13，分光镜12反射入射激光量1％以内的激光入射到波前相位调制器17。
为了更好的说明本发明提供的技术方案，以下结合具体实例进行说明。
在一具体实施例中，参见图1，包括跟踪捕获模块1、信标光源2、种子激光3、分束器4、N个光程调节器5、N个相位调制器6、N个放大器7、N个后向信标光强度探测模块8、N个倾斜控制模块9、N个后向信标光位置探测模块10、N组激光准直镜11、分光镜12、N个光束偏转模块13、光束偏转控制模块14、光程控制算法模块15、波前相位解调算法模块16、波前相位调制器17和相位控制模块18。种子激光3经过分束器4分为N路激光，每路激光依次经过1个光程调节器5、1个相位调制器6、1个放大器7、1个后向信标光强度探测模块8、1个倾斜控制模块9、1个后向信标光位置探测模块10、1组激光准直镜11、分光镜12和1个光束偏转模块13。
信标光源2与种子激光3的波长不同。
激光准直镜11组成一个二维阵列，使N路激光构成一个紧密排布的激光阵列。
分光镜12对于后向传输的信标光完全透过，对于前向传输的激光高反或者高透，分光镜12分出的绝大部分激光入射到光束偏振模块13，分出的小部分激光入射到波前相位调制器17。
光束偏转模块13根据光束偏转控制模块14解算的控制信号，对激光的偏转方向进行控制。
单路激光偏转和倾斜控制原理如图2所示。
每个后向信标光强度探测模块8利用三端环形器例如CN201310161222.7或者积分球如CN201310062948.5导出后向传输的信标光，再利用光电探测器对导出的信标光的光强进行探测。
每个倾斜控制模块9包含：一个收发一体端帽91如CN201310161222.7、一个端帽位置控制器92如CN 201410115959.X和一个倾斜控制结算模块93。
倾斜控制结算模块93将后向信标光强度探测模块8输出的光强信号为反馈信号，运行优化算法，给端帽位置控制器92施加控制信号，使后向信标光强度探测模块8输出的光强信号达到最大值；同时将该控制信号发送到波前相位解调算法模块16。
每个后向信标光位置探测模块10包含：一个反射镜101、一个光学成像装置102和一个光学信号读取处理模块103。
反射镜101对于前向传输的激光完全透过，将后向传输的信标光分为两束，一束入射到收发一体端帽91，另一束入射到光学成像装置102。
光学信号读取处理模块103提取光学成像装置102上信标光斑的质心的位置，根据质心位置推算出激光与信标光完全重合所需要的修正偏转角，将偏转角信息发送到光束偏转控制模块14、光程控制算法模块15和波前相位解调算法模块16。光束偏转控制模块14解算跟踪捕获模块1提供的信号，给光束偏转模块13施加粗偏转控制信号，使激光束对准目标，使后向信标光进入光学成像装置102视场；解算每个光学信号读取处理模块103提供的信号，给对应的光束偏转模块13施加精偏转控制信号，使各路激光在目标处与信标光的位置重合。
光程控制算法模块15解算光学信号读取处理模块103提供的信号，解算出各路激光从分束器4到目标处的光程差，并施加控制信号给光程调节器5，使各路激光的光程相等。
波前相位解调算法模块16根据倾斜控制模块93和光学信号读取处理模块103提供的信号，解算处出大气湍流引入的波前畸变，并将该畸变施加到波前相位调制器17上。
波前相位调制器17根据波前相位解调算法模块16提供的控制信号，生成一个与大气湍流相同的畸变，对分光镜12出射的小部分激光进行波前调制。
相位控制模块18探测波前相位调制器17出射的激光波面，并以此为反馈信号，解算反馈信号，得到相位控制信号施加到相位调制器6上。
本发明的又一方面提供了一种目标在回路激光相控阵系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S100：跟踪获取动态目标的实时位置信息，根据位置信息将信标光聚焦于动态目标，根据位置信息，解算粗偏转角，出射激光偏转粗偏转角，出射激光聚焦于动态目标；
步骤S200：相机获取后向信标光的质心坐标，解算质心坐标得到精修偏转角，出射激光偏转精修偏转角，出射激光和信标光重合聚焦于动态目标。
步骤S300：获取后向信标光的光强信息，根据光强信息调节后向信标光的返回光强达到最大值。
该控制方法，可以对动态目标进行在回路光束控制；该系统采用两级偏转控制和一级高精度倾斜控制，具有动态范围大、精度高、速度快的优点。
优选的，在所述步骤S300后还包括以下步骤：
步骤S400：解算各路所述激光从分束器到所述动态目标处的光程差，根据所述光程差调节各路所述激光的光程至各路所述激光到所述动态目标处的光程相等；
该步骤，对各路激光的光程进行实时快速的调整，使光束偏转过程中各束激光的光程保持相等，降低了系统对单路激光的相干长度的要求。
步骤S500：波前相位解调算法模块16根据倾斜控制模块9和光学信号读取处理模块103提供的信号解算出大气湍流引入的波前畸变，并将该畸变施加到波前相位调制器17上；相位控制模块18对各路激光的相位进行控制，使阵列激光实现同相输出。
S100～S300步骤只是各路激光在目标上强度叠加。继续分别完成S400光程控制和S500相位控制，可实现各路激光在动态目标上振幅叠加，各路激光的相对强度叠加后，作用效果大幅提高。
以下结合前述系统对该控制方法进行详细说明，包括以下步骤：
(1)跟踪捕获模块1将目标锁定在视场内；
(2)信标光源2根据跟踪捕获模块1提供的目标方位信息，对目标进行瞄准，将信标光聚焦发射到目标上。
(3)光束偏转控制模块14根据跟踪捕获模块1提供的目标方位信息，给光束偏转模块13施加粗偏转控制信号，使激光束对准目标，同时使后向信标光进入光学成像装置102视场。
(4)光束偏转控制模块14解算光学信号读取处理模块103提供的信号，给光束偏转模块13施加精偏转控制信号，使各路激光在目标处与信标光的位置重合。
(5)倾斜控制结算模块93以后向信标光强度探测模块8输出的光强信号为反馈信号，运行优化算法，给端帽位置控制器施加控制信号，使后向信标光强度探测模块8输出的光强信号达到最大值。
(6)光程控制算法模块15解算光学信号读取处理模块103提供的信号，解算出各路激光从分束器4到目标处的光程差，并施加控制信号给光程调节器5，使各路激光的光程相等。
(7)波前相位解调算法模块16根据倾斜控制模块9和光学信号读取处理模块103提供的信号解算出大气湍流引入的波前畸变，并将该畸变施加到波前相位调制器17上。
(8)相位控制模块18解算相位控制信号施加到相位调制器6上。
(9)重复执行上述过程，直到系统停止工作。
以上，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (17)

1.一种目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，包括：种子激光(3)、分束器(4)、多个光程调节器(5)、多个相位调制器(6)、多个放大器(7)、多个激光准直镜(11)、分光镜(12)、多个光束偏转模块(13)、波前相位调制器(17)、相位控制模块(18)、跟踪捕获模块(1)和光束偏转控制模块(14)；
所述种子激光(3)与所述分束器(4)光路连接；
所述分束器(4)分束后的多路激光分别与多个所述光程调节器(5)光路连接；
各所述光程调节器(5)分别与各所述相位调制器(6)光路连接；
各所述相位调制器(6)分别与各所述放大器(7)光路连接；
各所述放大器(7)分别与各所述激光准直镜(11)光路连接；
各所述激光准直镜(11)均与所述分光镜(12)光路连接；
所述分光镜(12)分别与所述波前相位调制器(17)和所述光束偏转模块(13)部分光路连接；
所述波前相位调制器(17)与所述相位控制模块(18)光路连接；
所述相位控制模块(18)分别与各所述相位调制器(6)控制连接；
所述跟踪捕获模块(1)与所述光束偏转控制模块(14)数据连接，并获取动态目标的方位信息；
所述光束偏转控制模块(14)与所述光束偏转模块(13)控制连接。
2.根据权利要求1所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述目标在回路激光相控阵系统还包括：信标光源(2)和后向信标光位置探测模块(10)，所述后向信标光位置探测模块(10)设置于放大器(7)与所述激光准直镜(11)的连接光路中；所述信标光源(2)与所述跟踪捕获模块(1)数据控制连接，所述信标光源(2)出射的信标光聚焦于所述动态目标；
所述后向信标光位置探测模块(10)获取所述信标光的光斑质心的位置后，解算精修偏转角，并与所述光束偏转控制模块(14)数据连接；
所述光束偏转控制模块(14)根据所述精修偏转角控制所述光束偏转模块(13)。
3.根据权利要求2所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述目标在回路激光相控阵系统还包括：设置于所述放大器(7)与所述后向信标光位置探测模块(10)相连接光路上的后向信标光强度探测模块(8)和倾斜控制模块(9)，所述后向信标光强度探测模块(8)接收测量所述后向信标光的光强信号，并与所述倾斜控制模块(9)数据连接，所述倾斜控制模块(9)根据所述光强信号调节所述后向信标光的输出光强信号。
4.根据权利要求3所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述倾斜控制模块(9)包括：收发一体端帽(91)、端帽位置控制器(92)和倾斜控制解算模块(93)，所述收发一体端帽(91)与所述后向信标光位置探测模块(10)光路连接，同时与所述后向信标光强度探测模块(8)光路连接；所述端帽位置控制器(92)与所述收发一体端帽(91)控制连接；
所述倾斜控制解算模块(93)与所述后向信标光强度探测模块(8)数据连接，并与所述端帽位置控制器(92)控制信号连接。
5.根据权利要求3所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述后向信标光位置探测模块(10)包括：反射镜(101)、光学成像装置(102)和光学信号读取处理模块(103)，所述激光准直镜(11)与所述反射镜(101)的入光端光路连接；所述反射镜(101)反射的后向信标光与所述光学成像装置(102)光路连接；
所述光学成像装置(102)获取所述后向信标光的光学信息；
所述光学成像装置(102)与所述光学信号读取处理模块(103)数据连接，所述光学信号读取处理模块(103)解算所述光学信息得到所述后向信标光的质心位置；
所述光学信号读取处理模块(103)与所述光束偏转控制模块(14)数据连接；
所述光束偏转控制模块(14)控制所述光束偏转模块(13)后，所述激光和所述信标光在所述动态目标处重合。
6.根据权利要求5所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述目标在回路激光相控阵系统还包括光程控制算法模块(15)，所述光程控制算法模块(15)与所述后向信标光位置探测模块(10)数据连接，所述光程控制算法模块(15)分别与多个所述光程调节器(5)控制连接。
7.根据权利要求6所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述光程控制算法模块(15)与所述光学信号读取处理模块(103)数据连接。
8.根据权利要求5所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述目标在回路激光相控阵系统还包括波前相位解调算法模块(16)，所述波前相位解调算法模块(16)分别与所述倾斜控制模块(9)和所述后向信标光位置探测模块(10)数据连接，并与所述波前相位调制器(17)控制连接。
9.根据权利要求8所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述波前相位解调算法模块(16)分别与倾斜控制模块(9)和所述光学信号读取处理模块(103)数据连接。
10.根据权利要求5所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述倾斜控制模块(9)包括：收发一体端帽(91)、端帽位置控制器(92)和倾斜控制解算模块(93)，所述收发一体端帽(91)与所述后向信标光位置探测模块(10)光路连接，同时与所述后向信标光强度探测模块(8)光路连接；所述端帽位置控制器(92)与所述收发一体端帽(91)控制连接；所述倾斜控制解算模块(93)与所述后向信标光强度探测模块(8)数据连接，并与所述端帽位置控制器(92)控制信号连接，所述收发一体端帽(91)与所述反射镜(101)光路连接。
11.根据权利要求2所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述信标光与所述激光的波长不同。
12.根据权利要求1所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，多个所述激光准直镜(11)按二维阵列群排布。
13.根据权利要求5所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述后向信标光完全透过所述分光镜(12)，前向传输的激光高反或者高透。
14.根据权利要求1所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述分光镜(12)透过入射激光量99％以上的激光入射到所述光束偏转模块(13)，所述分光镜(12)反射入射激光量1％以内的激光入射到波前相位调制器(17)。
15.一种用于如权利要求1～14中任一项所述目标在回路激光相控阵系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100：跟踪获取所述动态目标的实时位置信息，根据所述位置信息将信标光聚焦于所述动态目标，根据所述位置信息，解算粗偏转角，出射激光偏转所述粗偏转角，所述出射激光聚焦于所述动态目标；
步骤S200：光学成像装置获取后向信标光的质心坐标，解算所述质心坐标得到精修偏转角，所述出射激光偏转所述精修偏转角，所述出射激光和所述信标光重合聚焦于所述动态目标。
16.根据权利要求15所述的目标在回路激光相控阵系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤S200后还包括以下步骤：
步骤S300：获取所述后向信标光的光强信息，根据所述光强信息调节所述后向信标光的返回光强达到最大值。
17.根据权利要求16所述的目标在回路激光相控阵系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤S300后还包括以下步骤：
步骤S400：解算各路所述激光从分束器到所述动态目标处的光程差，根据所述光程差调节各路所述激光的光程至各路所述激光到所述动态目标处的光程相等；
步骤S500：波前相位解调算法模块(16)根据倾斜控制模块(9)和光学信号读取处理模块(103)提供的信号解算出大气湍流引入的波前畸变，并将该畸变施加到波前相位调制器(17)上；相位控制模块(18)对各路激光的相位进行控制，使阵列激光实现同相输出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109830882B (zh) * 2019-01-30 2023-10-31 中国人民解放军国防科技大学 激光阵列的活塞相位控制方法及装置
CN110729628B (zh) * 2019-10-22 2021-05-25 中国人民解放军国防科技大学 一种活塞相位控制系统及方法
CN111693257B (zh) * 2020-06-24 2022-05-27 中国兵器装备研究院 阵列准直激光参量检测装置
CN112332205B (zh) * 2020-11-06 2022-08-19 中国人民解放军国防科技大学 基于光学干涉成像的收发一体光纤激光阵列相干合成系统
CN115832851B (zh) * 2023-02-15 2023-05-16 中国人民解放军国防科技大学 目标在回路相干合成系统及其相位控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010088517A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 The U.S.A., As Represented By The Secretary, Department Of Health And Human Services Methods and systems for purifying transferring and/or manipulating nucleic acids
CN202059416U (zh) * 2011-03-16 2011-11-30 中国科学院上海技术物理研究所 一种深空光通信跟踪瞄准系统
CN103592756B (zh) * 2013-11-26 2016-01-20 中国人民解放军国防科学技术大学 一种共孔径光束二维定位跟踪方法及装置
CN103837982B (zh) * 2014-03-26 2016-01-27 中国人民解放军国防科学技术大学 基于光斑质心计算的目标在回路阵列光束共靶瞄准控制方法

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