CN109975825B - 装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置，在弹头的弹壳上开一圈环形开口，在环形开口上覆盖环形透明镜片，并固定于弹壳上，隔板固定在弹头内，且位于引信上方，驱动电机通过电机支架固定在隔板上，发射扫描反射平面镜固定在驱动电机的输出轴上，且发射扫描反射平面镜与环形透明镜片等高，激光发射器固定激光发射电路上，并通过电气连接，M个接收透镜沿着弹体外壁等间隔周向分布，光电探测器固定在激光接收电路上；感应磁片镶嵌在电机轴上，磁电传感器镶嵌在弹壳内壁，且正对感应磁片，对目标方位角信息进行探测。主控制电路固定在弹隔板顶面。本发明针对多发多收难以做到小口径弹和单发单收结构方案结构复杂等问题。

Description

装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置

技术领域

本发明属于激光探测领域，具体涉及一种装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置。

背景技术

激光近炸引信是一种主动式光电引信。它通过发射光学系统将特定幅值、时域和空域特性的激光光束对目标进行照射，光电接收系统接收目标反射回波，并进行实时的处理，完成目标的识别与探测。激光近炸引信为提高现代精确制导武器，特别是面空导弹、空空导弹和反辐射导弹的命中率和毁伤效果发挥了重要作用。

随着科技的发展和战争形势的日益多样化和复杂化(如防空火箭弹在空中可能与攻击目标以各种不同的情况交汇，而且弹目相对运动速度较大)，现代近炸引信设计思想已经从过去单纯的目标敏感测距装置转变为目标检测装置，以激光近炸引信为例，在实际应用中已从提供单纯的精密测距功能来控制炸点发展到利用激光引信实现全向探测识别目标，进而实现全向探测、快速识别、准确定位和精确控制炸点的功能。为保证上述功能的实现，须采用大探测场体制，有效提高光束照射到目标的可能性以及光束对目标的覆盖范围。

根据激光发射、接收方式的不同，大探测场的激光探测装置可分为多辐射方案、分区方案、区域扫描方案和同步扫描方案。

多辐射方案中接收器数量与发射激光器数量相等且视场匹配，发射及接收窗口在弹体周围均匀分布，多个辐射状窄光束共同形成探测场，而且发射光束与接收机视场具有很强的定向性，在弹体周围增加发射器和接收器数目可以改善引信性能，但需要专门设计发射和接收光学系统，考虑到成本体积等因素，接收器数量不可能无限制，因此该方案的角度分辨率较低，存在较大的探测盲区。

分区方案的光束布置是由几个扇形光束构成探测场，接收器数目与发射激光器数目相等且视场匹配，分区方案的主要特点是结构简单，发射光学系统中的柱面镜能够在空间形成扁平状发射光束，但增大接收视场会增加背景噪声并降低发射功率的利用率，所以此方案对发射激光器平均功率要求较髙，不利于提高系统探测距离。

同步扫描方案发射系统和接收系统作同步扫描探测接收，提高了发射激光的能量利用率，且接收器视场减小而降低了背景噪声，在空载激光雷达中应用较多，如直升机激光防撞告警装置，但是安装发射器和接收器的双头高速旋转机构十分复杂，用于旋转的双头电机的同轴度要求极高，因此采用此方案的弹体需要较大的周向尺寸，所以此方案设计难度很大，成本也高。

区域扫描方案在分区视场内，只有发射激光器扫描形成探测场,多个探测器分区接收。其特点是有效地利用激光器发射的所有功率，因此有利于增大探测距离，如英国THOMSON-THORN导弹电子公司(TME)用于检测空中目标的激光引信，由于可以不用再考虑双头高速旋转机构的高同轴度的设计要求，因此可以实现小体积和能量高利用率的设计要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置，针对多发多收难以做到小口径弹和单发单收结构方案结构复杂等问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置，设置在非旋转弹的弹头内，包括主控制电路、感应磁片、磁电传感器、驱动电机、环形透明镜片、发射扫描反射平面镜、激光发射电路、半导体激光器、隔板、N个光电探测器、M个接收透镜和P个激光接收电路，其中M≥1，N＝P＝M，在弹头的弹壳上开一圈环形开口，在环形开口上覆盖环形透明镜片，并固定于弹壳上，使激光束可以周向360°发射；隔板固定在弹头内，且位于引信上方，驱动电机通过电机支架固定在隔板上，发射扫描反射平面镜固定在驱动电机的输出轴上，且发射扫描反射平面镜与环形透明镜片等高，发射扫描反射平面镜与非旋转弹中心轴线夹角为32.5°，同时经过发射扫描反射平面镜的反射光都能打在环形透明镜片后出射，保证经环形透明镜片出射的光与弹轴以45°夹角前倾出射，半导体激光器固定激光发射电路上，并通过电气连接，半导体激光器位于发射扫描反射平面镜的正下方，由激光发射电路控制，激光发射电路与弹壳的内壁固连；M个接收透镜沿着弹体外壁等间隔周向分布，光电探测器固定在激光接收电路上，并通过电气连接，且光电探测器位于接收透镜的焦点上；感应磁片镶嵌在电机轴上，磁电传感器镶嵌在弹壳内壁，且正对感应磁片，对目标方位角信息进行探测。主控制电路固定在弹隔板顶面，主控制电路分别与磁电传感器、驱动电机、激光发射电路以及P个激光接收电路连接，对信号进行处理。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)采用单个激光器和激光发射扫描平面镜实现激光的360°周向发射，简化了多通道的发射系统，减小了系统空间，降低了系统功耗，有利于系统小型化的实现。

(2)采用单发多收的发射接收模式，可以降低整个系统的设计难度和装调难度，但可以实现极高的方位角分辨精度。

(3)采用电磁方位检测方法，提高了方位角的检测精度。

附图说明

图1为本发明装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置结构示意图。

图2为本发明的电气连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明的工作原理为：弹丸发射出炮口后，主控制电路4控制驱动电机7开始工作，电动机转子带动感应磁片5和发射扫描反射平面镜10旋转，激光发射电路11通过能量压缩技术产生大电流、高频率、窄脉宽、快上升沿的脉冲激光信号。半导体激光器12发射的束入射到发射扫描反射平面镜10上，随着发射扫描反射平面镜10高速旋转，反射后光束经过环形透明镜片9后完成空间全向扫描。激光光束经过大气信道传输一段空间距离，当探测到目标后漫反射回波信号经过透光窗口进入系统内部，落在接收透镜3上，经反射后会聚在激光接收模块光电探测器2的光敏面上，在光电探测器2内转化为电信号。同时，磁电传感器6输出一个磁电信号，然后输入到主控制电路4中。主控制电路4产生的脉冲信号一方面激励半导体激光器12发射准直激光，另外一方面在主控制电路4中经过精密延时，主控制电路4通过处理精密延时的信号、来自磁电传感器6的信号和激励半导体激光器12的脉冲信号，可得到目标方位信息，达到目标定位的目的，并给后续的发火控制电路输出发火控制信号。

结合图1，一种装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置，设置在非旋转弹的弹头内，包括主控制电路4、感应磁片5、磁电传感器6、驱动电机7、环形透明镜片9、发射扫描反射平面镜10、激光发射电路11、半导体激光器12、隔板14、N个光电探测器2、M个接收透镜3和P个激光接收电路1，其中M≥1，N＝P＝M，在弹头的弹壳13上开一圈环形开口，在环形开口上覆盖环形透明镜片9，并通过螺纹联接固定于弹壳13上，使激光束可以周向360°发射。隔板14固定在弹头内，且位于引信上方，驱动电机7通过电机支架固定在隔板14上，发射扫描反射平面镜10固定在驱动电机7的输出轴上，且发射扫描反射平面镜10与环形透明镜片9等高，驱动电机7负载发射扫描反射平面镜10后的转数≥30000r/min，发射扫描反射平面镜10与非旋转弹中心轴线夹角为32.5°，同时经过发射扫描反射平面镜10的反射光都能打在环形透明镜片9后出射，保证经环形透明镜片9出射的光与弹轴以45°夹角前倾出射，半导体激光器12固定激光发射电路11上，并通过电气连接，半导体激光器12位于发射扫描反射平面镜10的正下方，由激光发射电路11控制，激光发射电路11通过螺栓与弹壳13的内壁固连；M个接收透镜3沿着弹体外壁等间隔周向分布，光电探测器2固定在激光接收电路1上，并通过电气连接，且光电探测器2位于接收透镜3的焦点上。感应磁片5镶嵌在电机轴8上，磁电传感器6镶嵌在弹壳13内壁，且正对感应磁片5，对目标方位角信息进行探测。主控制电路4固定在弹隔板14顶面，主控制电路4分别与磁电传感器6、驱动电机7、激光发射电路11以及P个激光接收电路1连接，对信号进行处理。

环形透明镜片9采用镜片采用玻璃或者塑料材质。

结合图2，半导体激光器12的作用是发射脉冲准直激光，激光发射电路11为半导体激光器12提供窄脉宽、高频率、大电流的脉冲信号控制半导体激光器12的工作；接收透镜3用于会聚由目标反射回来的光线，光电探测器2将会聚的光信号转变成微弱的电流信号，激光接收电路1将微弱的电流信号转变成电压信号，并将电压信号进行放大整形；磁电传感器6采集感应磁片5的方位角信息，经过验算判别，输出一个目标方位角信号给主控制电路4；主控制电路4控制激光发射电路11、激光接收电路1、磁电传感器6、驱动电机7的工作状态，对激光接收电路1和磁电传感器6输出的信号进行处理，最终输出发火信号。

激光方位探测装置工作过程为：弹丸发射后经固定延时电动机7开始工作，电动机转子带动感应磁片5和发射扫描反射平面镜10旋转，激光发射电路11通过能量压缩技术产生大电流、高频率、窄脉宽、快上升沿的脉冲激光信号。半导体激光器12发射的束入射到发射扫描反射平面镜10上，随着发射扫描反射平面镜10高速旋转，反射后光束经过环形透明镜片9后完成空间全向扫描。激光光束经过大气信道传输一段空间距离，当探测到目标后漫反射回波信号经过透光窗口进入系统内部，落在接收透镜3上，经反射后会聚在激光接收模块光电探测器2的光敏面上，在光电探测器2内转化为电信号。同时，磁电传感器6输出一个磁电信号，然后输入到主控制电路4中。主控制电路4产生的脉冲信号一方面激励半导体激光器12发射准直激光，另外一方面在主控制电路4中经过精密延时，主控制电路4通过处理精密延时的信号、来自磁电传感器6的信号和激励半导体激光器12的脉冲信号，可得到目标方位信息，达到目标定位的目的。

Claims (4)

1.一种装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置，设置在非旋转弹的弹头内，其特征在于：包括主控制电路（4）、感应磁片（5）、磁电传感器（6）、驱动电机（7）、环形透明镜片（9）、发射扫描反射平面镜（10）、激光发射电路（11）、半导体激光器（12）、隔板（14）、N个光电探测器（2）、M个接收透镜（3）和P个激光接收电路（1），其中M≥1，N=P=M，在弹头的弹壳（13）上开一圈环形开口，在环形开口上覆盖环形透明镜片（9），并固定于弹壳（13）上，使激光束可以周向360°发射；隔板（14）固定在弹头内，且位于引信上方，驱动电机（7）通过电机支架固定在隔板（14）上，发射扫描反射平面镜（10）固定在驱动电机（7）的输出轴上，且发射扫描反射平面镜（10）与环形透明镜片（9）等高，发射扫描反射平面镜（10）与非旋转弹中心轴线夹角为32.5°，同时经过发射扫描反射平面镜（10）的反射光都能打在环形透明镜片（9）后出射，保证经环形透明镜片（9）出射的光与弹轴以45°夹角前倾出射，半导体激光器（12）固定激光发射电路（11）上，并通过电气连接，半导体激光器（12）位于发射扫描反射平面镜（10）的正下方，由激光发射电路（11）控制，激光发射电路（11）与弹壳（13）的内壁固连；M个接收透镜（3）沿着弹体外壁等间隔周向分布，光电探测器（2）固定在激光接收电路（1）上，并通过电气连接，且光电探测器（2）位于接收透镜（3）的焦点上；感应磁片（5）镶嵌在电机轴（8）上，磁电传感器（6）镶嵌在弹壳（13）内壁，且正对感应磁片（5），对目标方位角信息进行探测；主控制电路（4）固定在弹隔板（14）顶面，主控制电路（4）分别与磁电传感器（6）、驱动电机（7）、激光发射电路（11）以及P个激光接收电路（1）连接，对信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置，其特征在于：驱动电机（7）负载发射扫描反射平面镜（10）后的转数≥30000r/min。

3.根据权利要求1所述的装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置，其特征在于：环形透明镜片（9）采用玻璃或塑料。

4.根据权利要求1所述的装配于非旋转弹的单发多收区域扫描方式激光探测装置，其特征在于：半导体激光器（12）用于发射脉冲准直激光，激光发射电路（11）为半导体激光器（12）提供窄脉宽、高频率、大电流的脉冲信号控制半导体激光器（12）的工作；接收透镜（3）用于会聚由目标反射回来的光线，光电探测器（2）将会聚的光信号转变成微弱的电流信号，激光接收电路（1）将微弱的电流信号转变成电压信号，并将电压信号进行放大整形；磁电传感器（6）采集感应磁片（5）的方位角信息，经过验算判别，输出一个目标方位角信号给主控制电路（4）；主控制电路（4）控制激光发射电路（11）、激光接收电路（1）、磁电传感器（6）、驱动电机（7）的工作状态，对激光接收电路（1）和磁电传感器（6）输出的信号进行处理，最终输出发火信号。

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