CN111076679A - 一种激光与视频实时同轴矫正系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光与视频实时同轴矫正系统及方法，系统包括：激光光轴监测单元、视频单元、分光镜单元、激光光轴矫正单元和控制单元；视频单元对目标视频进行成像；激光经过分光镜单元后一部分发射出去，另一部分进入激光光轴监测单元，激光光轴监测单元计算实时的激光的光轴与激光光轴调节原点的位置的偏差量；控制单元计算实时的激光的光轴的位置与激光光轴调节原点的位置的偏差量，根据偏差量控制激光光轴矫正单元调整激光的光轴方向。可实现激光发射光轴与目标跟踪光轴的实时补偿，有效提高高能激光在打击目标时的到靶功率，有效降低激光跟踪测距设备的数据错误率，减小外部振动等因素对激光发射时光轴同轴度带来的影响。

Description

一种激光与视频实时同轴矫正系统及方法

技术领域

本发明涉及光束控制技术领域，尤其涉及一种激光与视频实时同轴矫正系统及方法。

背景技术

无人机、空飘气球等低成本飞行物违规使用的情况近年来发生频率不断升高，目前已对人类正常的生产、生活、集体活动等造成了极大的威胁。无人机袭击集体活动、油田、电厂，携带危害公共安全的物质，干扰机场航班等事件不断发生。激光反无人机系统就是一种利用激光打击目标(无人机、空飘气球等)的快速防御系统。为了实现高机动目标的精确打击，需要严格保障激光发射光轴与目标跟踪光轴重合。同时，在国防、安防领域，光电对抗设备、光电测距设备性能的提升也对对抗激光、测距激光与跟踪视频光轴的平行性提出了更高要求。

目前，对光轴由高平行性要求的光电设备均采用了激光与视频同轴的光路形式。而平行性多依靠装配时的调整来保证，随着设备使用，结构应力的释放、振动干扰，温度变化等环境因素，同轴性会越来越差。

中国发明专利“公开号为CN 107101536A”公开了一种发射激光光轴与目标跟踪光轴平行度控制系统，其使用后向反射器将分光镜透过的部分激光光束反射到光轴探测传感器中，以此来获得激光光轴方向并进行调整。该专利方案仅使用一个传感器测量激光与目标的方位。由于激光光斑为亮斑，当激光发射时，若亮斑处于目标(无人机)附近，则目标会被完全覆盖，无法实时提取二者方位，故该方法只适用于对两个光轴分别标校。无法适应车载、机载、强风等环境影响较大，光路会实时变化的情况。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种激光与视频实时同轴矫正系统及方法，解决现有技术中的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种激光与视频实时同轴矫正系统，所述系统包括：激光光轴监测单元1、视频单元2、分光镜单元3、激光光轴矫正单元4和控制单元5；

所述视频单元2对目标视频进行成像；

激光经过所述分光镜单元3后一部分发射出去，另一部分进入所述激光光轴监测单元1，所述激光光轴监测单元1实时确定所述激光的光轴的位置；

所述控制单元5计算实时的所述激光的光轴与所述激光光轴调节原点的位置的偏差量，根据所述偏差量控制所述激光光轴矫正单元4调整所述激光的光轴方向。

一种基于所述激光与视频实时同轴矫正系统的矫正方法，包括：

步骤S1，发现所述目标后视频单元2对所述目标进行跟踪；

步骤S2，进入稳定跟踪后激光器发射高能或脉冲测距激光；

步骤S3，激光光轴监测单元1监测实时的所述激光的光轴的位置后发送给所述控制单元5，所述控制单元5计算实时的所述激光的光轴与激光光轴调节原点的位置的偏差量，得到激光光轴矫正单元4实时需要改变的角度值；

步骤S4，所述激光光轴矫正单元4根据所述角度值对激光光轴进行方向矫正。

本发明的有益效果是：可实现激光发射光轴与目标跟踪光轴的实时补偿，有效提高高能激光在打击目标时的到靶功率，有效降低激光跟踪测距设备的数据错误率，减小外部振动等因素对激光发射时光轴同轴度带来的影响。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述分光镜单元3设置于目标进入视频单元2进行成像的光路上，所述分光镜单元3的正面面向外部的所述目标和入射激光设置，反面面向所述激光光轴监测单元1和视频单元2设置。

进一步，所述分光镜单元3的正面镀有与所述激光的波段对应的高反射率膜和与成像光的波段对应的高透射率膜。

进一步，所述激光光轴矫正单元4为快速控制反射镜或波导；

所述激光光轴矫正单元4和所述激光光轴监测单元1分别置于所述分光镜单元3的两侧，所述激光经过所述激光光轴矫正单元4调整轴向后进入所述分光镜单元3。

进一步，所述激光光轴监测单元1包括光学系统与图像传感器一或光学系统与位置敏感器件，所述光学系统使进入的所述激光在所述图像传感器一或位置敏感器件上近似汇聚成一点。

进一步，所述光学系统、图像传感器一和位置敏感器件的成像波段与所述激光的波段对应。

进一步，所述跟踪视频传感器2包括成像光学系统与图像传感器二，所述成像光学系统与所述图像传感器二的成像波段为红外或可见光波段。

进一步，根据所述步骤S1-步骤S5进行矫正之前还包括：

步骤S0，通过在远场或使用抛物面镜将视频光轴与激光发射光轴对齐，将此时激光光轴监测单元1记录的所述激光的光轴的位置作为激光光轴调节原点。

采用上述进一步方案的有益效果是：分光镜单元的正面镀有与所述激光的波段对应的高反射率膜和与成像光的波段对应的高透射率膜，对大部分激光进行反射，只透射极少部分进入激光光轴监测单元，该与激光的波段对应的高反射率膜使透过的激光能量足够小，与成像光波段对应的高透射率膜使目标能够清晰成像；激光光轴监测单元的成像波段与激光的波段对应，使小功率的入射激光可在图像传感器一或位置敏感器件上成目标；成像光学系统与图像传感器二的成像波段通常与激光波段不重叠，并增加激光波段的衰减片，以保证激光发射过程中不干扰跟踪视频。

附图说明

图1为本发明提供的一种激光与视频实时同轴矫正系统的实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的一种激光与视频实时同轴矫正方法的实施例的流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、激光光轴监测单元，2、视频单元，3、分光镜单元，4、激光光轴矫正单元，5、控制单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供的一种激光与视频实时同轴矫正系统，包括：：激光光轴监测单元1、视频单元2、分光镜单元3、激光光轴矫正单元4和控制单元5。

视频单元2对目标视频进行成像；激光经过分光镜单元3后一部分发射出去，另一部分进入激光光轴监测单元1，激光光轴监测单元1实时确定激光的光轴的位置。

控制单元5计算实时的激光的光轴与激光光轴调节原点的位置的偏差量，根据偏差量控制激光光轴矫正单元4调整激光的光轴方向。

本发明提供的一种激光与视频实时同轴矫正系统，可实现激光发射光轴与目标跟踪光轴的实时补偿，有效提高高能激光在打击目标(无人机、空飘气球等)时的到靶功率，有效降低激光跟踪测距设备的数据错误率，减小外部振动等因素对激光发射时光轴同轴度带来的影响。

实施例1

如图1所示为本发明提供的一种激光与视频实时同轴矫正系统的实施例的结构示意图，图1中，带箭头实线表示激光光路，带箭头虚线表示目标成像光路，带箭头的点划线为信号线，由图1可知，该系统包括：：激光光轴监测单元1、视频单元2、分光镜单元3、激光光轴矫正单元4和控制单元5。

视频单元2对目标视频进行成像。激光经过分光镜单元3后一部分发射出去，另一部分进入激光光轴监测单元1，激光光轴监测单元1实时确定激光的光轴的位置。

优选的，分光镜单元3设置于目标进入视频单元2进行成像的光路上，分光镜单元3的正面面向外部的目标和入射激光设置，反面面向激光光轴监测单元1和视频单元2设置。

分光镜单元3的正面镀有与激光的波段对应的高反射率膜和与成像光的波段对应的高透射率膜。

分光镜单元3对大部分激光进行反射，只透射极少部分进入激光光轴监测单元1，该与激光的波段对应的高反射率膜使透过的激光能量足够小。与成像光波段对应的高透射率膜使目标能够清晰成像。

优选的，激光光轴矫正单元4为快速控制反射镜或波导。

激光光轴矫正单元4和激光光轴监测单元1分别置于分光镜单元3的两侧，激光经过激光光轴矫正单元4调整轴向后进入分光镜单元3。

激光光轴矫正单元为快速控制反射镜、波导等能快速改变激光光轴方向的装置，其根据控制器的指令对激光光轴进行快速矫正。

优选的，激光光轴监测单元1包括光学系统与图像传感器一或光学系统与位置敏感器件，光学系统使进入的激光在图像传感器或位置敏感器件上近似汇聚成一点。

光学系统、图像传感器一和位置敏感器件的成像波段与激光的波段对应使入射激光可在图像传感器一或位置敏感器件上成点目标，提取质心作为激光光轴方向。

优选的，跟踪视频传感器2包括成像光学系统与图像传感器二，成像光学系统与图像传感器二的成像波段为红外或可见光波段。

跟踪视频传感器2对目标视频进行成像，利用目标跟踪算法提取目标位置，成像光学系统与图像传感器二的成像波段通常与激光波段不重叠，并增加激光波段的衰减片，以保证激光发射过程中不干扰跟踪视频。图像传感器二通常为高帧频传感器，确保足够的采样频率以实现高精度跟踪。

控制单元5计算实时的激光的光轴与激光光轴调节原点的位置的偏差量，根据该偏差量控制激光光轴矫正单元4调整激光的光轴方向。

控制单元5通常为计算机一类能够读取激光光轴监视单元信号，提取视频跟踪信号，并控制激光光轴矫正单元的电子系统。

实施例2

本发明提供的实施例2为本发明提供的一种激光与视频实时同轴矫正方法的实施例，该矫正方法基于上述实施例提供的一种矫正系统，如图2所示为本发明提供的一种激光与视频实时同轴矫正方法的实施例的流程图，由图2可知，该校正方法的实施例包括：

步骤S1，发现目标后对目标视频单元2进行跟踪。

通过设备的跟踪伺服系统，使视频单元2跟踪上目标。

步骤S2，进入稳定跟踪后激光器发射高能或脉冲测距激光。

步骤S3，激光光轴监测单元1监测实时的激光的光轴的位置后发送给控制单元5，控制单元5计算实时的激光的光轴与激光光轴调节原点的位置的偏差量，得到激光光轴矫正单元实时需要改变的角度值。

步骤S4，激光光轴矫正单元4根据角度值对激光光轴进行方向矫正。

在持续激光发射状态，并高频重复步骤S3和S4，以保证在此过程中振动、温度变化等因素对光轴产生的影响都得到补偿。持续跟踪与输出同轴激光，直至系统判断目标被击毁或测距结束，即停止激光光轴监测与补偿。

根据步骤S1-步骤S5进行矫正之前还包括：

步骤S0，通过在远场或使用抛物面镜将视频光轴与激光发射光轴对齐，将此时激光光轴监测单元1记录的激光的光轴的位置作为激光光轴调节原点。

步骤S0中得到的激光光轴调节原点作为步骤S3中激光光轴调节原点，根据控制单元5将其与步骤S0中获得的激光光轴原点位置进行对比，同时通过提高结构刚度等方式保证装配后激光光轴监测单元与视频单元的相对位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光与视频实时同轴矫正系统，其特征在于，所述系统包括：激光光轴监测单元(1)、视频单元(2)、分光镜单元(3)、激光光轴矫正单元(4)和控制单元(5)；

所述视频单元(2)对目标视频进行成像；

激光经过所述分光镜单元(3)后一部分发射出去，另一部分进入所述激光光轴监测单元(1)，所述激光光轴监测单元(1)实时确定所述激光的光轴的位置；

所述控制单元(5)计算实时的所述激光的光轴与激光光轴调节原点的位置的偏差量，根据所述偏差量控制所述激光光轴矫正单元(4)调整所述激光的光轴方向。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分光镜单元(3)设置于目标进入所述视频单元(2)进行成像的光路上，所述分光镜单元(3)的正面面向外部的所述目标和入射激光设置，反面面向所述激光光轴监测单元(1)和视频单元(2)设置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述分光镜单元(3)的正面镀有与所述激光的波段对应的高反射率膜和与成像光的波段对应的高透射率膜。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光光轴矫正单元(4)为快速控制反射镜或波导；

所述激光光轴矫正单元(4)和所述激光光轴监测单元(1)分别置于所述分光镜单元(3)的两侧，所述激光经过所述激光光轴矫正单元(4)调整轴向后进入所述分光镜单元(3)。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光光轴监测单元(1)包括光学系统与图像传感器一或光学系统与位置敏感器件，所述光学系统使进入的所述激光在所述图像传感器或位置敏感器件上近似汇聚成一点。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光学系统、图像传感器一和位置敏感器件的成像波段与所述激光的波段对应。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述跟踪视频传感器(2)包括成像光学系统与图像传感器二，所述成像光学系统与所述图像传感器二的成像波段为红外或可见光波段。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的激光与视频实时同轴矫正系统的矫正方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，发现所述目标后视频单元(2)对所述目标进行跟踪；

步骤S2，进入稳定跟踪后激光器发射高能或脉冲测距激光；

步骤S3，激光光轴监测单元(1)监测实时的所述激光的光轴的位置后发送给所述控制单元(5)，所述控制单元(5)计算实时的所述激光的光轴与所述激光光轴调节原点的位置的偏差量，得到激光光轴矫正单元(4)实时需要改变的角度值；

步骤S4，所述激光光轴矫正单元(4)根据所述角度值对激光光轴进行方向矫正。

9.根据权利要求8所述的方法，根据所述步骤S1-步骤S5进行矫正之前还包括：

步骤S0，通过在远场或使用抛物面镜将视频光轴与激光发射光轴对齐，将此时激光光轴监测单元(1)记录的所述激光的光轴的位置作为所述激光光轴调节原点。

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