CN108415148B - 一种光电吊舱多传感器共光路系统 - Google Patents

一种光电吊舱多传感器共光路系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光电吊舱多传感器共光路系统。基于轻量化、集成化、强激光、弱信号和空间轴系等因素，将大功率激光器的激光束与中波红外多光谱成像、激光通信和测距光路合成，其中由于激光通信和测距分时工作，可将其放置于同一位置，该结构减少了光路，从而大大减小了系统的体积重量，降低了装调难度，实现以多光谱成像系统对远距离目标进行告警发现，以激光测距获得距离信息，实现激光通信，并对目标进行干扰、致眩和损伤。

Description

一种光电吊舱多传感器共光路系统
技术领域
本发明涉及光学工程技术领域，具体为一种光电吊舱多传感器共光路系统。
背景技术
为实现机载光电吊舱武器化，设计一种集感知、探测、通信和压制于一体的机载光电吊舱具有重要的研究意义。
机载光电吊舱在激光、红外和可见光等波段都有相关的光学系统，如果对于每个波段都采用独立的光路，则不仅会带来体积重量大的问题，而且在热环境下结构变形也不同，导致平行性装调困难，所以需采用共光路方案。
目前装备的光电吊舱系统在共光路设计上还不能在综合考虑轻量化、集成化、强激光、弱信号和空间轴系等因素的情况下很好的将激光通信、激光测距、中波红外多光谱成像和激光压制通过共光路方式集成在一起。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种光电吊舱多传感器共光路系统，将激光通信、激光测距、中波红外多光谱成像和激光压制通过共光路方式集成在一起，使探测更精确，更实时快速，能够有效减小激光测距、多光谱成像、激光通信和大功率激光器发射共光路系统体积和重量；由于激光通信和激光测距无需同时工作，通过将激光通信和激光测距的发射和接收部分分别放置在相同位置，从而在共光路基础上可进一步减小体积重量。
本发明的技术方案为：
所述一种光电吊舱多传感器共光路系统，其特征在于：包括卡塞格林副镜(1)、卡塞格林主镜(2)、压电陶瓷微振镜(3)、蓝宝石基体分光镜(4)、中波红外多光谱成像系统(5)、近红外分光镜(6)、接收反射镜(7)、测距接收机(8)、通信接收机(9)、通信发射机(10)、测距发射机(11)、大功率激光器发射系统(12)；
所述卡塞格林主镜(2)与卡塞格林副镜(1)间隔放置，组成卡塞格林望远系统，且两者共轴轴向距离可调；
所述压电陶瓷微振镜(3)的镜面与卡塞格林望远系统光轴成45°角，位于卡塞格林主镜(2)的外侧，压电陶瓷微振镜(3)的中心在卡塞格林副镜(1)的轴线上；
所述蓝宝石基体分光镜(4)位于压电陶瓷微振镜(3)上方，与卡塞格林望远系统光轴成45°角，蓝宝石基体分光镜(4)的中心与压电陶瓷微振镜(3)的中心连线与卡塞格林望远系统光轴垂直；
所述中波红外多光谱成像系统(5)位于蓝宝石基体分光镜(4)的透射方向后侧；
所述近红外分光镜(6)放置在蓝宝石基体分光镜(4)的反射方向一侧，与卡塞格林望远系统光轴呈135°角，近红外分光镜(6)与蓝宝石基体分光镜(4)的中心连线平行于卡塞格林望远系统光轴；
所述接收反射镜(7)放置在近红外分光镜(6)的透射方向后侧，其上侧开有通光孔，接收反射镜(7)与卡塞格林望远系统光轴呈135°角，接收反射镜(7)的中心在近红外分光镜(6)与蓝宝石基体分光镜(4)的中心连线上；
所述测距接收机(8)与通信接收机(9)位于接收反射镜(7)的反射方向一侧，测距接收机(8)与通信接收机(9)的接收轴与卡塞格林望远系统光轴垂直；通信发射机(10)与测距发射机(11)位于接收反射镜(7)的背面，光束发射经过接收反射镜(7)的通光孔，通信发射机(10)与测距发射机(11)的发射轴与卡塞格林望远系统光轴平行；
所述大功率激光器发射系统(12)位于近红外分光镜(6)的反射方向一侧，大功率激光器发射系统(12)的出射光轴过近红外分光镜(6)的中心，且与卡塞格林望远系统光轴垂直。
进一步的优选方案，所述一种光电吊舱多传感器共光路系统，其特征在于：所述大功率激光器发射系统(12)由大功率激光器(121)、双胶合透镜(122)、第一反射镜(123)、第二反射镜(124)、第三反射镜(125)、第四反射镜(126)组成；
大功率激光器(121)位于光电吊舱载机的机体内部，其出射光轴与光电吊舱方位轴重合；双胶合透镜(122)位于大功率激光器(121)的出射光轴上，其轴线与大功率激光器(121)出射光轴重合；第一反射镜(123)、第二反射镜(124)、第三反射镜(125)、第四反射镜(126)位于光电吊舱内，第一反射镜(123)位于双胶合透镜(122)的下方，与光电吊舱方位轴和俯仰轴均呈45°角，第一反射镜(123)中心在大功率激光器(121)出射光轴上，且第一反射镜(123)的反射光轴与光电吊舱的俯仰轴重合；第二反射镜(124)位于第一反射镜(123)的反射方向上，第二反射镜(124)与光电吊舱方位轴平行，且与光电吊舱俯仰轴呈45°角；第三反射镜(125)位于第二反射镜(124)的反射方向上，第三反射镜(125)与光电吊舱方位轴平行，且与光电吊舱俯仰轴呈45°角；第四反射镜(126)位于第三反射镜(125)的反射方向上，第四反射镜(126)与光电吊舱方位轴和俯仰轴均呈45°角，第四反射镜(126)与第一反射镜(123)平行，且相互有一定的偏移。
进一步的优选方案，所述一种光电吊舱多传感器共光路系统，其特征在于：大功率激光器发射系统(12)工作波段1.06μm，激光测距机和激光通信工作波段1.55μm；卡塞格林副镜(1)、卡塞格林主镜(2)镀有透3～5μm和1.06～1.55μm近红外光的膜层；压电陶瓷微振镜(3)镀有反3～5μm中红外光且反1.06～1.55μm近红外光的膜层；蓝宝石基体分光镜(4)镀有透3～5μm中红外光且反1.06～1.55μm近红外光的膜层；近红外分光镜(6)镀有透1.55μm且反1.06μm的膜层；接收反射镜(7)镀有反1.55μm的膜层；测距发射机和通信发射机置于同一位置，测距接收机和通信接收机置于同一位置。
有益效果
本发明提出的共光路小型化系统，共用一个天线物镜，系统由固定在载机上的大功率激光器系统、激光测距、多光谱成像、激光通信组成，实现了共光路，与采用分立系统相比，本发明可降低机械结构设计和整个系统的装调难度，无需考虑系统光轴一致性的影响。
附图说明
图1是本发明中的多传感器共光路系统原理图。
图2是本发明中的大功率激光器发射系统原理图。
图3是本发明中的吊舱机载多传感器共光路系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。
正如图1所示，本实施例中的光电吊舱多传感器共光路系统，包括卡塞格林副镜(1)、卡塞格林主镜(2)、压电陶瓷微振镜(3)、蓝宝石基体分光镜(4)、中波红外多光谱成像系统(5)、近红外分光镜(6)、接收反射镜(7)、测距接收机(8)、通信接收机(9)、通信发射机(10)、测距发射机(11)、大功率激光器发射系统(12)。
本实施例中，如图1所示的方位指向，卡塞格林副镜(1)竖直放置，卡塞格林主镜(2)与卡塞格林副镜(1)间隔放置，且两者共轴轴向距离可调；压电陶瓷微振镜(3)的镜面与水平面成45°角，位于卡塞格林主镜(2)的右侧，压电陶瓷微振镜(3)的中心在卡塞格林副镜(1)的轴线上；蓝宝石基体分光镜(4)位于压电陶瓷微振镜(3)上方，与水平面呈45°角，蓝宝石基体分光镜(4)的中心与压电陶瓷微振镜(3)的中心连线与水平面垂直；中波红外多光谱成像系统(5)位于蓝宝石基体分光镜(4)的上方，所述的中波红外多光谱成像系统(5)可以由中波红外多光谱成像仪构成，合理放置中波红外多光谱成像仪使成像效果良好；近红外分光镜(6)放置在蓝宝石基体分光镜(4)的右侧，与水平面呈135°角，近红外分光镜(6)与蓝宝石基体分光镜(4)的中心连线平行于水平面；接收反射镜(7)放置在近红外分光镜(6)的右侧，其上侧开有通光孔，与水平面呈135°角，接收反射镜(7)的中心在近红外分光镜(6)与蓝宝石基体分光镜(4)的中心连线上；测距接收机(8)与通信接收机(9)位于接收反射镜(7)的下方，测距接收机(8)与通信接收机(9)的接收轴与水平面垂直，其放置位置要保证接收效果良好；通信发射机(10)与测距发射机(11)位于接收反射镜(7)的右侧，光束发射经过接收反射镜(7)的小孔，通信发射机(10)与测距发射机(11)的放置位置要保证发射轴与水平面平行；大功率激光器发射系统(12)位于近红外分光镜(6)的下方，其发射系统的出射光轴要过近红外分光镜(6)的中心，且与水平面垂直。
本发明实例中大功率激光器发射系统(12)工作波段1.06μm，激光测距机和激光通信工作波段1.55μm；卡塞格林副镜(1)、卡塞格林主镜(2)镀有透3～5μm和1.06～1.55μm近红外光的膜层；压电陶瓷微振镜(3)镀有反3～5μm中红外光/反1.06～1.55μm近红外光的膜层；蓝宝石基体分光镜(4)镀有透3～5μm中红外光/反1.06～1.55μm近红外光的膜层；近红外分光镜(6)，此分光镜镀有透1.55μm/反1.06μm的膜层；接收反射镜(7)，此分光镜镀有反1.55μm的膜层；测距发射机和通信发射机置于同一位置，测距接收机和通信接收机置于同一位置。
正如图2所示，本发明是一种光电吊舱多传感器共光路系统，大功率激光器发射系统(12)由大功率激光器(121)、双胶合透镜(122)、第一反射镜(123)、第二反射镜(124)、第三反射镜(125)、第四反射镜(126)组成。
大功率激光器(121)位于光电吊舱载机的机体内部，其出射光轴与光电吊舱方位轴重合，可以大大减小光电吊舱体积和重量；双胶合透镜(122)位于大功率激光器(121)的出射光轴上，其轴线与大功率激光器(121)出射光轴重合；第一反射镜(123)、第二反射镜(124)、第三反射镜(125)、第四反射镜(126)位于光电吊舱内，第一反射镜(123)位于双胶合透镜(122)的下方，与光电吊舱方位轴和俯仰轴均呈45°角，第一反射镜(123)中心在大功率激光器(121)出射光轴上，且第一反射镜(123)的反射光轴与光电吊舱的俯仰轴重合，保证了激光发射不受光电吊舱俯仰转动影响；第二反射镜(124)位于第一反射镜(123)的反射方向上，第二反射镜(124)与光电吊舱方位轴平行，且与光电吊舱俯仰轴呈45°角；第三反射镜(125)位于第二反射镜(124)的反射方向上，第三反射镜(125)与光电吊舱方位轴平行，且与光电吊舱俯仰轴呈45°角；第四反射镜(126)位于第三反射镜(125)的反射方向上，第四反射镜(126)与光电吊舱方位轴和俯仰轴均呈45°角，第四反射镜(126)与第一反射镜(123)平行，且相互有一定的偏移。
本发明实例中双胶合透镜(122)镀有透1.06μm的膜层，第一反射镜(123)，第二反射镜(124)第三反射镜(125)和第四反射镜(126)，都镀有反1.06μm的膜层。
正如图3所示，本发明系统结构应用在机载吊舱上，其中大质量的大功率激光器固定在载机上，解决了大功率激光体积大、重量大无法直接负载的难题，强激光束进入球形吊舱后与其它光路融合，实现了小型化，也降低了装调难度。激光通信、激光测距和中波红外红外探测系统安装在吊舱万向架上，采用轴向微调卡塞格林副镜(1)、卡塞格林主镜(2)之间距离实现第一级稳定，采用压电陶瓷微振镜实现二级精稳。工作中远距离目标的辐射光通过吊舱物镜进入，经压电陶瓷微振镜到达中波红外红外探测系统，实现初探测定位。激光通信和激光测距切换工作，通过发射激光，然后目标反射回的信号来实现通信和测距，在获得目标的准确位置信息后，大功率激光器发射激光束对目标进行干扰、致眩及损伤。

Claims (3)

1.一种光电吊舱多传感器共光路系统，其特征在于：包括卡塞格林副镜(1)、卡塞格林主镜(2)、压电陶瓷微振镜(3)、蓝宝石基体分光镜(4)、中波红外多光谱成像系统(5)、近红外分光镜(6)、接收反射镜(7)、测距接收机(8)、通信接收机(9)、通信发射机(10)、测距发射机(11)、大功率激光器发射系统(12)；
所述卡塞格林主镜(2)与卡塞格林副镜(1)间隔放置，组成卡塞格林望远系统，且两者共轴轴向距离可调；
所述压电陶瓷微振镜(3)的镜面与卡塞格林望远系统光轴成45°角，位于卡塞格林主镜(2)的外侧，压电陶瓷微振镜(3)的中心在卡塞格林副镜(1)的轴线上；
所述蓝宝石基体分光镜(4)位于压电陶瓷微振镜(3)上方，与卡塞格林望远系统光轴成45°角，蓝宝石基体分光镜(4)的中心与压电陶瓷微振镜(3)的中心连线与卡塞格林望远系统光轴垂直；
所述中波红外多光谱成像系统(5)位于蓝宝石基体分光镜(4)的透射方向后侧；
所述近红外分光镜(6)放置在蓝宝石基体分光镜(4)的反射方向一侧，与卡塞格林望远系统光轴呈135°角，近红外分光镜(6)与蓝宝石基体分光镜(4)的中心连线平行于卡塞格林望远系统光轴；
所述接收反射镜(7)放置在近红外分光镜(6)的透射方向后侧，其上侧开有通光孔，接收反射镜(7)与卡塞格林望远系统光轴呈135°角，接收反射镜(7)的中心在近红外分光镜(6)与蓝宝石基体分光镜(4)的中心连线上；
所述测距接收机(8)与通信接收机(9)位于接收反射镜(7)的反射方向一侧，测距接收机(8)与通信接收机(9)的接收轴与卡塞格林望远系统光轴垂直；通信发射机(10)与测距发射机(11)位于接收反射镜(7)的背面，光束发射经过接收反射镜(7)的通光孔，通信发射机(10)与测距发射机(11)的发射轴与卡塞格林望远系统光轴平行；
所述大功率激光器发射系统(12)位于近红外分光镜(6)的反射方向一侧，大功率激光器发射系统(12)的出射光轴过近红外分光镜(6)的中心，且与卡塞格林望远系统光轴垂直。
2.根据权利要求1所述一种光电吊舱多传感器共光路系统，其特征在于：所述大功率激光器发射系统(12)由大功率激光器(121)、双胶合透镜(122)、第一反射镜(123)、第二反射镜(124)、第三反射镜(125)、第四反射镜(126)组成；
大功率激光器(121)位于光电吊舱载机的机体内部，其出射光轴与光电吊舱方位轴重合；双胶合透镜(122)位于大功率激光器(121)的出射光轴上，其轴线与大功率激光器(121)出射光轴重合；第一反射镜(123)、第二反射镜(124)、第三反射镜(125)、第四反射镜(126)位于光电吊舱内，第一反射镜(123)位于双胶合透镜(122)的下方，与光电吊舱方位轴和俯仰轴均呈45°角，第一反射镜(123)中心在大功率激光器(121)出射光轴上，且第一反射镜(123)的反射光轴与光电吊舱的俯仰轴重合；第二反射镜(124)位于第一反射镜(123)的反射方向上，第二反射镜(124)与光电吊舱方位轴平行，且与光电吊舱俯仰轴呈45°角；第三反射镜(125)位于第二反射镜(124)的反射方向上，第三反射镜(125)与光电吊舱方位轴平行，且与光电吊舱俯仰轴呈45°角；第四反射镜(126)位于第三反射镜(125)的反射方向上，第四反射镜(126)与光电吊舱方位轴和俯仰轴均呈45°角，第四反射镜(126)与第一反射镜(123)平行，且相互有一定的偏移。
3.根据权利要求1所述一种光电吊舱多传感器共光路系统，其特征在于：大功率激光器发射系统(12)工作波段1.06μm，激光测距机和激光通信工作波段1.55μm；卡塞格林副镜(1)和卡塞格林主镜(2)上均镀有透3～5μm和1.06～1.55μm近红外光的膜层；压电陶瓷微振镜(3)镀有反3～5μm中红外光且反1.06～1.55μm近红外光的膜层；蓝宝石基体分光镜(4)镀有透3～5μm中红外光且反1.06～1.55μm近红外光的膜层；近红外分光镜(6)镀有透1.55μm且反1.06μm的膜层；接收反射镜(7)镀有反1.55μm的膜层；测距发射机和通信发射机置于同一位置，测距接收机和通信接收机置于同一位置。
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《高帧频图像融合光学测量吊舱的设计》;孙明超 等;《光学精密工程》;20130115;第21卷(第1期);94-100 *

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