CN110442152B - 前置直接关联光束指向反馈装置 - Google Patents

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Abstract

一种前置直接关联光束指向反馈装置，包括取样镜、反射器、光学系统、落点传感器和数据处理系统，在待发射光束方向设置所述的取样镜，本发明通过数据处理系统获得发射光束的指向信息，将该信息反馈给控制系统进行控制，确保高能、高功率激光系统的发射光束准确地命中目标。

Description

前置直接关联光束指向反馈装置
技术领域
本发明涉及光束指向控制，特别是一种前置直接关联光束指向反馈装置。
背景技术
在高能、高功率激光及一般的激光研究中，通常设计光束指向控制系统来实现光束传播方向的控制，特别是在高能、高功率激光系统中，由于光束传播方向控制精度要求高，系统结构复杂，微小的指向偏差经过长程传输后就会导致在光束作用目标面上偏离目标。随着高能、高功率激光技术的发展，在一些特殊的应用场合不能够在光束作用目标面或者目标面下游设定落点反馈，而只能依靠发射系统自身的稳定性保障光束瞄靶精度，这导致瞄靶过程不能完整闭环，严重情况会导致脱靶。例如在激光武器应用中，如果最后一块反射镜由于自身或者外力原因发生了形变或者位移，导致从发射端最后一块反射镜发射光束指向发生偏折，由于现有技术无法获得光束经最后一块反射镜后的指向，导致光束偏离预设靶点。
该前置直接关联光束指向反馈装置采用特殊的结构设计，在一些光束发射后无法提供指向反馈的系统中可实现等同光束发射后有指向反馈系统的效果。在类似激光武器瞄准系统中可在发射端口前反馈发射光束指向。
发明内容
本发明的目的是提出一种前置直接关联光束指向反馈装置，该装置在待发射光束方向设置取样镜，通过数据处理系统获得发射光束的指向信息，将该信息反馈给控制系统进行控制，确保高能、高功率激光系统的发射光束准确地命中目标。
为实现上述目标，本发明的技术解决方案如下：
一种前置直接关联光束指向反馈装置，其特点在于：该装置包括取样镜、反射器、光学系统、落点传感器和数据处理系统，在待发射光束方向设置所述的取样镜，待发射光束的部分光束透过所述取样镜成为取样光束，在所述的取样镜的反射光方向为发射光束方向，所述的反射器位于取样光束的传播光路上，所述的反射器将入射光束沿原光路返回，返回的取样光束经所述的取样镜的反射后进入所述光学系统，所述的落点传感器位于所述的光学系统的汇聚面，所述的落点传感器记录谁说的取样光束的汇聚点的位置并输入所述的数据处理系统，所述的位置表征取样光束的指向信息，所述的数据处理系统对所述的落点传感器的数据信息进行分析，获得发射光束的指向与参考点之间的相对关系，并反馈给控制系统进行控制。
所述的取样光束指向的参考点，是取样光束汇聚面共轭面上一个固定物体上的某一个点、或者所述的落点传感器上的一个点。
本发明的技术效果如下：
本发明前置直接关联光束指向反馈装置，在待发射光束方向设置取样镜，通过数据处理系统获得发射光束的指向信息，将该信息反馈给控制系统进行控制，确保高能、高功率激光系统的发射光束准确地命中目标。
附图说明
图1是本发明前置直接关联光束指向反馈装置的示意图
图中：1-取样镜；2-反射器；3-光学系统；4-落点传感器；5-数据处理系统；6-光束作用目标点；7-待发射光束；8-发射光束；9-取样光束；10-经取样镜反射的取样光束。
图2是本发明前置直接关联光束指向反馈装置原理示意图
图中：1-取样镜；2-反射器；11-待发射光束传输方向；12-发射光束传输方向；13-取样反射镜法线方向；14-经取样镜反射后的取样光束传输方向。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1是本发明前置直接关联光束指向反馈装置示意图，由图可见，本发明前置直接关联光束指向反馈装置由取样镜1、反射器2、光学系统3、落点传感器4和数据处理系统5五部分构成。在待发射光束7的方向设置所述的取样镜1，待发射光束的部分光束透过所述的取样镜1成为取样光束9，在所述的取样镜1的反射光方向为发射光束8的方向，所述的反射器2位于所述的取样光束9的传播光路上，所述的反射器2将入射光束沿原光路返回，返回的取样光束经所述的取样镜1的反射进入所述光学系统3，所述的落点传感器4位于所述的光学系统3的汇聚面，所述的落点传感器4记录所述的取样光束10的汇聚点的位置并输入所述的数据处理系统5，所述的位置表征取样光束的指向信息，所述的数据处理系统5对所述的落点传感器4的数据信息进行分析，获得发射光束8的指向与参考点之间的相对关系，并反馈给控制系统进行控制。
图2是本发明前置直接关联光束指向反馈装置的原理示意图。
图中，待发射光束7的传输方向为kin＝(αx，αy，αz)，取样反射镜的法线方向3为kMF＝(μx，μy，μz)，两向量夹角为：
cosζ＝αxμx+αyμy+αzμz/|kI||kM|
那么其反射光的传播方向即为发射光束8的传输方向：
kout＝(βx，βy，βz)＝2kMF cosζ+kin
＝(2cosζμx+αx，2cosζμy+αy，2cosζμz+αz) (1)
取样光束9经反射器5后的取样光束的传播方向为：
kin_sample＝(-αx，-αy，-αz)，kMR＝(-μx，-μy，-μz)，
同上分析，可得到取样光束经取样镜1反射后的取样光束10的传输方向为：
Figure BDA0002114210310000041
由公式(1)，(2)可知，
Figure BDA0002114210310000042
即经取样镜反射后的取样光束10的传输方向与发射光束8的传输方向相反，光束入射角或者取样镜1的姿态变化并不影响二者关系，即取样光束10指向与发射光束8指向直接关联，这种关联不受光束指向或者取样镜姿态调节影响。
由图1所示光学系统3将取样光束10进行汇聚传输，将取样光束汇聚在落点传感器4的表面。所述的落点传感器4获得取样光束10在汇聚表面的落点位置坐标，如果发射光束方向发生变化，取样光束将在落点传感器4的表面发生平移。经数据处理系统5获得光束落点与参考点之间的位置关系，反馈给控制系统进行控制。取样光束落点位置的参考点，可以是取样光束汇聚面共轭面上一个固定物体上某一个点、或者落点传感器上的一个点。
实验表明，本发明前置直接关联光束指向反馈装置，在待发射光束方向设置取样镜，通过数据处理系统获得发射光束的指向信息，将该信息反馈给控制系统进行控制，确保高能、高功率激光系统的发射光束准确地命中目标。

Claims (2)

1.一种前置直接关联光束指向反馈装置，其特征在于：该装置包括取样镜(1)、反射器(2)、光学系统(3)、落点传感器(4)和数据处理系统(5)，在待发射光束(7)方向设置所述的取样镜(1)，待发射光束的部分光束透过所述的取样镜(1)成为第一取样光束(9)，所述的反射器(2)位于第一取样光束(9)的传播光路上，所述的反射器(2)将入射光束沿原光路返回，返回的第一取样光束经所述的取样镜(1)的反射进入所述光学系统(3)，所述的落点传感器(4)位于所述的光学系统(3)的汇聚面，所述的落点传感器(4)记录经取样镜(1)反射的第二取样光束(10)的汇聚点的位置并输入所述的数据处理系统(5)，所述的位置表征第二取样光束的指向信息，所述的数据处理系统(5)对所述的落点传感器(4)的数据信息进行分析，获得发射光束(8)的指向与参考点之间的相对关系，并反馈给控制系统进行控制。
2.根据权利要求1所述的前置直接关联光束指向反馈装置，其特征在于所述的经取样镜(1)反射的第二取样光束指向的参考点，是第二取样光束汇聚面共轭面上一个固定物体上的某一个点、或者所述的落点传感器(4)上的一个点。
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