CN108599398B - 一种激光传输的跟踪瞄准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光传输的跟踪瞄准系统，包括控制器、激光发射器和多个光电探测器；激光发射器与控制器连接，多个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边；该跟踪瞄准系统通过光电探测器检测相对应位置的光强信息，并将检测到的多个光强信息反馈给控制器，由于光斑能量分布为高斯分布，当存在误差即偏离光斑中心的光电探测器所检测到的光强必然最小，控制器根据该依据调整激光发射器的位置，使激光光束在目标单位上的激光光斑与目标单位基本吻合，形成一个闭环调节系统，跟踪瞄准精度高且能量传输效率稳定。

Description

一种激光传输的跟踪瞄准系统

技术领域

本发明涉及激光无线传能的跟踪瞄准技术领域，更具体地说，尤其涉及一种激光传输的跟踪瞄准系统。

背景技术

随着科学技术的不断发展，激光无线传能技术已广泛应用于人们的日常生活、工作以及工业中，为人们的生活带来了极大的便利，且近年来大功率激光技术和高效率光电转换技术的发展，为激光无线能量传输技术的进一步研究提供了坚实的基础。

激光无限能量传输技术是以大功率激光光束为能量介质，利用光电效应实现能量传输。由于激光光束的发散角度小和能量密度大，可以实现远距离大功率传输，接收设备的尺寸远小于微波传能系统，便于集成到小型设备中，且不产生射频干扰。

其中，跟踪瞄准系统是激光传能系统的关键子系统，跟踪瞄准精度直接决定了激光能量传输的效率。尤其是当目标系统(即接收激光能量的系统)是移动目标(例如，无人机或空间航天器等)时，精度低的跟踪瞄准系统会导致部分激光光束“脱靶”，以使部分光电池板没有接收到激光辐照，造成能量的损失，直接导致能量传输效率降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种激光传输的跟踪瞄准系统，该跟踪瞄准系统在对运动目标进行能量传输时，跟踪瞄准精度很高，并且能量传输效率稳定。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光传输的跟踪瞄准系统，所述跟踪瞄准系统包括：控制器、激光发射器和多个光电探测器；所述激光发射器与所述控制器连接，多个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边；

其中，所述控制器用于控制所述激光发射器发射出激光光束；所述光电探测器用于检测相对应位置的光强信息，并将所述光强信息反馈至所述控制器，所述控制器依据所述光强信息调整所述激光发射器的位置，使所述激光光束在所述目标单位上的激光光斑与所述目标单位相匹配。

优选的，在上述跟踪瞄准系统中，所述跟踪瞄准系统还包括：图像采集装置和发光装置；所述图像采集装置与所述控制器连接，且与所述激光发射器位于同一轴线上；所述发光装置固定在所述目标单位的中心位置；

其中，所述图像采集装置用于实时获取所述发光装置的图像信息，所述控制器依据所述图像信息整体调整所述激光发射器和所述图像采集装置的位置，以实现对所述目标单位的跟踪。

优选的，在上述跟踪瞄准系统中，所述图像采集装置为摄像机。

优选的，在上述跟踪瞄准系统中，所述发光装置为发光二极管。

优选的，在上述跟踪瞄准系统中，所述跟踪瞄准系统还包括：二维转动台；

其中，所述激光发射器固定在所述二维转动台上，所述二维转动台与所述控制器连接，所述控制器控制所述二维转动台进行转动，以带动所述激光发射器进行移动。

优选的，在上述跟踪瞄准系统中，所述光电探测器的数量为三个；

其中，三个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边，且相邻两个所述光电探测器与所述目标单位中心连线的夹角为120°。

优选的，在上述跟踪瞄准系统中，所述光电探测器的数量为四个；

其中，四个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边，且相邻两个所述光电探测器与所述目标单位中心连线的夹角为90°。

优选的，在上述跟踪瞄准系统中，所述跟踪瞄准系统还包括：无线接收装置和无线发送装置；

其中，所述无线接收装置与所述控制器连接，所述无线发送装置设置在所述目标单位上，用于将所述光强信息通过所述无线接收装置反馈至所述控制器。

优选的，在上述跟踪瞄准系统中，所述激光发射器为半导体激光光源。

通过上述描述可知，本发明提供的一种激光传输的跟踪瞄准系统包括：控制器、激光发射器和多个光电探测器；所述激光发射器与所述控制器连接，多个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边；其中，所述控制器用于控制所述激光发射器发射出激光光束；所述光电探测器用于检测相对应位置的光强信息，并将所述光强信息反馈至所述控制器，所述控制器依据所述光强信息调整所述激光发射器的位置，使所述激光光束在所述目标单位上的激光光斑与所述目标单位相匹配。

该跟踪瞄准系统通过控制器依据光电探测器检测的光强信息调整激光发射器的位置，使激光光束在目标单位上的激光光斑与目标单位相匹配，形成一个闭环调节系统，跟踪瞄准精度高且能量传输效率稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种激光传输的跟踪瞄准系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种激光传输的跟踪瞄准系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种激光传输的跟踪瞄准系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种激光传输的跟踪瞄准系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种激光传输的跟踪瞄准系统的结构示意图。

所述跟踪瞄准系统包括：所述跟踪瞄准系统包括：控制器11、激光发射器12和多个光电探测器13；所述激光发射器12与所述控制器11连接，多个所述光电探测器13均匀分布在接收激光能量的目标单位14的周边。

其中，所述控制器11用于控制所述激光发射器12发射出激光光束；所述光电探测器13用于检测相对应位置的光强信息，并将所述光强信息反馈至所述控制器11，所述控制器11依据所述光强信息调整所述激光发射器12的位置，使所述激光光束在所述目标单位14上的激光光斑与所述目标单位14相匹配。

具体的，该跟踪瞄准系统通过光电探测器13检测相对应位置的光强信息，并将检测到的多个光强信息反馈给控制器11，由于光斑能量分布为高斯分布，当存在误差即偏离光斑中心的光电探测器13所检测到的光强必然最小，控制器11根据该依据调整激光发射器12的位置，使激光光束在目标单位14上的激光光斑与目标单位14基本吻合，形成一个闭环调节系统，跟踪瞄准精度高且能量传输效率稳定。

可选的，所述激光发射器12包括但不限定于半导体激光器，在本发明实施例中并不作限定。

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明的另一实施例中，如图2所示，所述跟踪瞄准系统还包括：图像采集装置15和发光装置16；所述图像采集装置15与所述控制器11连接，且与所述激光发射器12位于同一轴线上；所述发光装置16固定在所述目标单位14的中心位置。

其中，所述图像采集装置15用于实时获取所述发光装置16的图像信息，所述控制器11依据所述图像信息整体调整所述激光发射器12和所述图像采集装置15的位置，以实现对所述目标单位14的跟踪。

具体的，该跟踪瞄准系统处于工作状态时，控制器11以图像采集装置15获取的发光装置16的图像信息作为识别标识，以整体控制激光发射器12和图像采集装置15的位置，以实现对所述目标单位14的跟踪。

可选的，所述图像采集装置15包括但不限定于为摄像机，在本发明实施例中并不作限定。

可选的，所述发光装置16包括但不限定于发光二极管，在本发明实施例中并不作限定。

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明的另一实施例中，由于激光发射器12和图像采集装置15的光路需要平行设置，且在移动过程中需要整体进行移动，基于此，如图3所示，所述跟踪瞄准系统还包括：二维转动台17。

其中，所述激光发射器12固定在所述二维转动台17上，所述二维转动台17与所述控制器11连接，所述控制器11控制所述二维转动台17进行转动，以带动所述激光发射器12进行移动。

具体的，将激光发射器12和图像采集装置15共同固定在一个二维转动台17上，将该二维转动台17与控制器11连接，控制器11通过直接控制二维转动台17进行转动，以带动激光发射器12和图像采集装置15进行移动，以实现跟踪瞄准的功能。

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明的另一实施例中，所述光电探测器的数量为三个。

其中，三个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边，且相邻两个所述光电探测器与所述目标单位中心连线的夹角为120°。

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明的另一实施例中，所述光电探测器的数量为四个。

其中，四个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边，且相邻两个所述光电探测器与所述目标单位中心连线的夹角为90°。

具体的，该跟踪瞄准系统可以根据具体的实际情况，依据精度要求设置光电探测器的数量，不可否认的是，设置的光电探测器的数量越多则跟踪瞄准的精确度就会越高，且由于目标单位的形状不同，基于该形状也可以设置具体数量的光电探测器，例如矩形的目标单位可选数量为四个的光电探测器，均匀分布在其四周；圆形的目标单位可选数量为三个或四个的光电探测器，均匀分布在其圆周。

需要说明的是，在本领域中，所述目标单位包括但不限定于光电池板，

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明的另一实施例中，如图4所示，所述跟踪瞄准系统还包括：无线接收装置18和无线发送装置19。

其中，所述无线接收装置18与所述控制器11连接，所述无线发送装置19设置在所述目标单位14上，用于将所述光强信息通过所述无线接收装置18反馈至所述控制器11。

具体的，所述无线发送装置19优选设置在目标单位14的背面，不会影响激光能量传输。

基于本发明上述全部实施例，下面以具体实施场景为例进行说明。

实施场景环境：例如，激光发射器发射出的激光光斑近似圆形，光强呈高斯分布，近似圆形的目标单位-光电池板安装在无人机机翼底面直径大约为30cm，光电池板的中心安装有红色亮度的发光二极管，光电池板的三点、六点、九点以及十二点方向分别安装一个硅光电探测器。

基于上述实施场景环境，四个光电探测器输出的电信号幅值与光强成正比关系，经过无线发送模块量化后无线发射，再通过无线接收模块反馈至控制器，控制器依据接收到的光强信号判断光斑偏离的方向，进而控制二维转动台进行反馈控制以提高跟踪瞄准精度。

例如，当三点方向的光电探测器的光强最大，九点方向的光电探测器的光强最小，说明高斯光斑的中心偏向三点方向，此时控制二维转动台以使激光发射器向九点方向调整，使激光光束在光电池板上的激光光斑与光电池板相吻合。

通过上述描述可知，本发明提供的一种跟踪瞄准系统通过光电探测器检测相对应位置的光强信息，并将检测到的多个光强信息反馈给控制器，由于光斑能量分布为高斯分布，当存在误差即偏离光斑中心的光电探测器所检测到的光强必然最小，控制器根据该依据调整激光发射器的位置，使激光光束在目标单位上的激光光斑与目标单位基本吻合，形成一个闭环调节系统，跟踪瞄准精度高且能量传输效率稳定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种激光传输的跟踪瞄准系统，其特征在于，所述跟踪瞄准系统包括：控制器、激光发射器和多个光电探测器；所述激光发射器与所述控制器连接，多个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边；

其中，所述控制器用于控制所述激光发射器发射出激光光束；所述光电探测器用于检测相对应位置的光强信息，并将所述光强信息反馈至所述控制器，所述控制器依据所述光强信息调整所述激光发射器的位置，使所述激光光束在所述目标单位上的激光光斑与所述目标单位相匹配；

所述跟踪瞄准系统还包括：图像采集装置和发光装置；所述图像采集装置与所述控制器连接，且与所述激光发射器位于同一轴线上；所述发光装置固定在所述目标单位的中心位置；

其中，所述图像采集装置用于实时获取所述发光装置的图像信息，所述控制器依据所述图像信息整体调整所述激光发射器和所述图像采集装置的位置，以实现对所述目标单位的跟踪。

2.根据权利要求1所述的跟踪瞄准系统，其特征在于，所述图像采集装置为摄像机。

3.根据权利要求1所述的跟踪瞄准系统，其特征在于，所述发光装置为发光二极管。

4.根据权利要求1所述的跟踪瞄准系统，其特征在于，所述跟踪瞄准系统还包括：二维转动台；

其中，所述激光发射器固定在所述二维转动台上，所述二维转动台与所述控制器连接，所述控制器控制所述二维转动台进行转动，以带动所述激光发射器进行移动。

5.根据权利要求1所述的跟踪瞄准系统，其特征在于，所述光电探测器的数量为三个；

其中，三个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边，且相邻两个所述光电探测器与所述目标单位中心连线的夹角为120°。

6.根据权利要求1所述的跟踪瞄准系统，其特征在于，所述光电探测器的数量为四个；

其中，四个所述光电探测器均匀分布在接收激光能量的目标单位的周边，且相邻两个所述光电探测器与所述目标单位中心连线的夹角为90°。

7.根据权利要求1所述的跟踪瞄准系统，其特征在于，所述跟踪瞄准系统还包括：无线接收装置和无线发送装置；

其中，所述无线接收装置与所述控制器连接，所述无线发送装置设置在所述目标单位上，用于将所述光强信息通过所述无线接收装置反馈至所述控制器。

8.根据权利要求1所述的跟踪瞄准系统，其特征在于，所述激光发射器为半导体激光光源。

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