CN111638592A - 一种激光跟瞄定向发射试验系统及试验方法 - Google Patents

一种激光跟瞄定向发射试验系统及试验方法 Download PDF

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CN111638592A CN202010522252.6A CN202010522252A CN111638592A CN 111638592 A CN111638592 A CN 111638592A CN 202010522252 A CN202010522252 A CN 202010522252A CN 111638592 A CN111638592 A CN 111638592A
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杨武霖
武强
曹燕
田东波
张景川
陈川
张品亮
龚自正
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Abstract

本申请公开了一种激光跟瞄定向发射试验系统及试验方法，所述试验系统包括方位和俯仰可调的旋转机构，承载于旋转机构中的激光引导单元和激光汇聚单元；激光引导单元包括若干反射镜，用于将入射的激光反射后引导至激光汇聚单元；激光汇聚单元包括一可动反射镜和一聚焦透镜，用于将入射的激光聚焦后输出光斑作用于目标对象，其中，可动反射镜的光轴与聚焦透镜的光轴在同一条直线上。本申请的试验系统能够用于在地面开展激光驱动微小目标飞行试验和激光驱动微小目标跟瞄实验，具有实时跟瞄、到靶激光能量密度可调的优势，并且本申请的试验系统没有当前已有微小目标激光跟瞄实验系统对入射激光能量的限制，避免了高能量密度入射激光对光路系统的损伤。

Description

一种激光跟瞄定向发射试验系统及试验方法
技术领域
本申请一般涉及激光跟瞄技术领域，具体涉及一种激光跟瞄定向发射试验系统及试验方法。
背景技术
激光烧蚀驱动和移除空间碎片技术的基础是激光烧蚀的冲量耦合效应使目标获得冲量。将从低能量激光器发出的激光实时、准确、以高能量密度汇聚并发射至运动的目标表面，使满足冲量耦合条件实现激光烧蚀驱动，是激光驱动和移除过程的前提。当前的激光清除空间碎片地面实验系统难以完成对目标的实时跟瞄，光学系统无法调节激光光斑尺寸以满足多种激光能量密度下的移除驱动效果。此外，当前的地面实验系统尚未解决激光驱动所需的高能量密度激光对光路引导系统中透镜的光学损伤的问题。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请期望提供一种激光跟瞄定向发射试验系统及试验方法，以期实现对目标对象进行一体化的光学跟瞄与激光打击。
作为本申请的第一方面，本申请提供一种激光跟瞄定向发射试验系统。
作为优选，所述激光跟瞄定向发射试验系统包括：
方位和俯仰可调的旋转机构，承载于旋转机构中的激光引导单元和激光汇聚单元；所述激光引导单元包括若干反射镜，用于将入射的激光反射后引导至激光汇聚单元；所述激光汇聚单元包括一可动反射镜和一聚焦透镜，用于将入射的激光聚焦后输出光斑作用于目标对象，其中，所述可动反射镜的光轴与所述聚焦透镜的光轴在同一条直线上。
作为优选，所述激光引导单元包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，所述第一反射镜用于接收入射激光并反射至第二反射镜，所述第二反射镜设置在第一反射镜的出光光路上，用于接收第一反射镜的出射光线并反射至第三反射镜，所述第三反射镜设置在第二反射镜的出光光路上，用于接收第二反射镜的出射光线并反射至第四反射镜，所述第四反射镜设置在第三反射镜的出光光路上，用于接收第三反射镜的出射光线并反射至可动反射镜，其中，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜所在平面与入射于其上的光线的夹角分别为45°，且所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜的相对位置固定。
作为优选，所述可动反射镜设置在第四反射镜的出光光路上，所述聚焦透镜设置在所述可动反射镜的出光光路上，所述可动反射镜在外部驱动力的作用下能够沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动，用于调节作用于目标对象上的光斑的位置。
作为优选，所述可动反射镜在外部驱动力的作用下能够沿所述聚焦透镜光轴作平移运动，用于调节作用于目标对象上的光斑的聚焦能量。
作为优选，所述旋转机构为二维转台，包括基座和设置于基座上的中空转动台，所述第一反射镜固设于所述基座中，所述第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜固设于所述中空转动台上，能够随所述中空转动台进行方位和俯仰运动。
作为优选，所述激光跟瞄定向发射试验系统还包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置连接至所述旋转机构用于驱动所述旋转机构进行方位和俯仰运动，使得出射激光的法线指向空间中一定范围内的任一方向；所述第二驱动装置连接至所述可动反射镜，用于驱动所述可动反射镜分别沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动，以及沿所述聚焦透镜光轴作平移运动，使得作用于目标对象上的光斑的位置和聚焦能量被调节。
作为优选，所述激光跟瞄定向发射试验系统还包括与所述第一驱动装置和第二驱动装置连接的控制器，所述控制器用于控制所述旋转机构分别进行方位和俯仰两个自由度的转动，以及控制所述可动反射镜分别沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动和沿所述聚焦透镜光轴作平移运动。
作为优选，所述激光跟瞄定向发射试验系统还包括图像采集装置，所述图像采集装置位于所述旋转机构上且与所述控制器相连接，用于实时获取目标对象的位置，所述控制器依据目标对象的位置控制所述旋转机构进行方位和俯仰两个自由度的转动，实现对目标对象的实时跟瞄。
作为优选，所述激光跟瞄定向发射试验系统还包括激光发射单元，所述激光发射单元发射激光入射至所述激光引导单元，其中，入射激光的能量密度小于1J/cm2。
作为本申请的第二方面，本申请提供了一种激光跟瞄定向发射试验方法。
作为优选，所述方法采用本申请第一方面所述的激光跟瞄定向发射试验系统，包括如下步骤：
将所述激光跟瞄定向发射试验系统旋转至初始位置，激光发射单元发射出激光，依次经由激光引导单元和激光汇聚单元输出光斑，并设定作用于目标对象上的光斑大小和中心位置；
所述图像采集装置获取实时运动的目标对象的位置，所述控制器依据目标对象的位置控制所述第一驱动装置驱动所述旋转机构分别进行方位和俯仰两个自由度的转动，实现对目标对象的实时跟瞄和激光打击；
所述控制器依据作用于目标对象上的光斑控制所述第二驱动装置驱动所述可动反射镜分别沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动，以及沿所述聚焦透镜光轴作平移运动，实现作用于目标对象上的光斑的位置和聚焦能量的调节。
本申请的有益效果：
本申请的试验系统能够用于在地面开展激光驱动微小目标飞行试验和激光驱动微小目标跟瞄实验，具有实时跟瞄、到靶激光能量密度可调的优势，并且本申请的试验系统没有当前已有微小目标激光跟瞄实验系统对入射激光能量的限制，避免了高能量密度入射激光对光路系统的损伤。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请一种实施方式的激光跟瞄定向发射试验系统的光路示意图；
图2为本申请一种实施方式的激光跟瞄定向发射试验系统的结构示意图；
图3为本申请一种实施方式的激光汇聚单元的结构示意图；
图4为本申请一种实施方式的激光跟瞄定向发射试验系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参照图1～图4，示出了本申请一种实施方式的激光跟瞄定向发射试验系统，包括旋转机构1、激光引导单元2和激光汇聚单元3，激光引导单元2和激光汇聚单元3承载于旋转机构1中，其中，旋转机构1能够在外部驱动力的作用下实现方位和仰俯运动可调，激光引导单元2包括若干反射镜，用于将入射的激光反射后引导至激光汇聚单元3；激光汇聚单元3包括一个可动反射镜31和一个聚焦透镜32，用于将入射的激光聚焦后输出光斑作用于目标对象，其中，可动反射镜31的光轴和聚焦透镜32的光轴在同一条直线上，即可动反射镜31和聚焦透镜32光轴同轴。
在本实施方式中，方位可调是指旋转机构1能够进行在水平面内改变方位角的方位运动，也即进行水平左右运动，其中方位角是从某点的北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角，其中，旋转机构1能够进行方位运动的范围为-45°～+45°之间。
在本实施方式中，俯仰可调是指旋转机构1能够进行在垂直平面内改变俯仰角的俯仰运动，也即进行上下运动，其中，旋转机构1能够进行俯仰运动的范围为-10°～+80°之间。
在本实施方式中，可动反射镜31是指能够移动和旋转的反射镜，可以为电动反射镜。
在本实施方式中，目标对象(即接收激光能量的对象)可以是移动的微小目标，包括空间飞行目标或地面运动目标，例如但不限于厘米级空间碎片。
在本实施方式中，激光引导单元2形成激光引导光路，入射激光经过激光引导单元2的反射和激光汇聚单元3的聚焦后，出射激光形成光斑作用于目标对象，从而实现对目标对象的跟瞄和激光打击，用于目标对象的烧灼驱动或移除实验。进一步地，本实施方式的试验系统能够进行方位和俯仰两个自由度的转动，从而将入射激光引导至运动中的目标对象，实现对目标对象的实时跟瞄；并且本申请通过采用聚焦透镜32对入射激光进行聚焦，使得本实施例的试验系统采用低能量的入射激光即可满足对目标对象的打击，一方面保证了作用于目标对象的光斑的到靶能量，另一方面通过降低入射激光能量有效避免了直接采用高能量入射激光对反射镜和聚焦透镜32的光学损伤。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，激光引导单元2包括第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24，第一反射镜21用于接收入射激光并反射至第二反射镜22，第二反射镜22设置在第一反射镜21的出光光路上，用于接收第一反射镜21的出射光线并反射至第三反射镜23，第三反射镜23设置在第二反射镜22的出光光路上，用于接收第二反射镜22的出射光线并反射至第四反射镜24，第四反射镜24设置在第三反射镜23的出光光路上，用于接收第三反射镜23的出射光线并反射至可动反射镜31，即入射光线依次经过第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24的反射实现了库德光路的利用。
在本申请中，库德光路是一种能够随轴系旋转的全反射光路，是由多面高精度反射镜通过反射改变光的传播路径而形成，可以将光线发射到预定的任意方位，被广泛应用于激光发射系统中。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，如图1和图2所示，第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24所在平面与入射于其上的光线的夹角分别为45°，水平射入第一反射镜21的激光在第一反射镜21上发射全反射后，垂直射向第二反射镜22，在第二反射镜22上发射全反射后，水平射出，水平射向第三反射镜23的激光在第三反射镜23上发生全反射后，垂直射向第四反射镜24，在第四反射镜24上发射全反射后，水平射出，到达可动反射镜31，可以看出，入射至第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24的激光的光轴线与从其上反射后出射的激光的光轴线相互垂直。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24的相对位置固定，保证了入射激光的视场中心不变。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，可动反射镜31和聚焦透镜32依次设置在第四反射镜24的出光光路上，具体而言，可动反射镜31设置在第四反射镜24的出光光路上，聚焦透镜32设置在可动反射镜31的出光光路上，在第四反射镜24上发生全发射后的激光水平入射至可动反射镜31，然后在可动发射镜31上发生全反射后射出，进入聚焦透镜32，经聚焦透镜32汇聚后射出形成一个微小且到靶能量提高的光斑。
进一步地，可动反射镜31在外部驱动力的作用下能够沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动，用于调节作用于目标对象上的光斑的位置。在一种情况下，假设目标对象处于静止状态，在默认状态下希望出射激光形成的光斑中心是作用于目标对象表面的面心上，当出射激光的光斑中心不是处于目标对象的面心位置时，可通过调整出射激光的法线指向实现光斑中心在目标对象表面位置的调整，即实现光斑聚焦位置的调节。示例性地，可通过连接于可动反射镜31的驱动电机驱动可动反射镜31在垂直于聚焦透镜32光轴的方向作小幅度旋转运动，从而实现光斑在目标对象上位置的调节。驱动电机可以为二维进步电机，二维电机驱动可动反射镜31发生偏转，二维电机的进步量即当前光斑中心与目标对象表面的面心在二维方向上的距离。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，可动反射镜31与聚焦透镜32在出射激光的法线上的相对位置可调，即所述可动反射镜31在外部驱动力的作用下能够沿所述聚焦透镜32光轴作平移运动，用于调节作用于目标对象上的光斑的聚焦能量，也即实现对作用于目标对象上的光斑尺寸或大小的调节。在一种情况下，可通过调节可动反射镜31与聚焦透镜32之间的距离进行光斑尺寸的调节，假设目标对象处于静止状态且目标对象与聚集透镜32之间的距离不变，当需要增大作用于目标对象上的光斑尺寸时，可使可动发射镜31沿出射激光光轴线(即聚焦透镜32光轴)向靠近聚焦透镜32的方向移动。在另一种情况下，可通过更换不同焦距的聚焦透镜32实现光斑尺寸的调节。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，如图2所示，所述旋转机构1为二维转台，包括基座11和设置于基座11上的中空转动台12，所述第一反射镜21固设于所述基座11中，所述第二反射镜22、第三反射镜23和第四反射镜24固设于所述中空转动台12内，能够随所述中空转动台12进行方位和俯仰运动。所述可动反射镜31和聚焦透镜32分别为设置于所述中空转动台12上的独立部件，其中，所述聚焦透镜32的位置相对于所述中空转动台12固定，而可动反射镜31的位置相对于所述中空转动台12不固定，两者可同时随中空转动台12进行方位运动和俯仰运动，但可动反射镜13可相对于中空转动台12和聚焦透镜32进行独立的旋转运动和平移运动。
在本实施方式中，二维转台可以为现有技术中公知的任意二维转台，只要能够实现本申请激光跟瞄定向发射试验系统的功能即可。在一种方式下，二维转台的中空转动台12包括一个中空框架13，该中空框架13能够在方位轴组件和俯仰轴组件(图中未示出)的带动下实现方位运动和俯仰运动，其中，在中空框架13内设置有运动组件14，该运动组件14能够在随着中空框架13进行方位运动和俯仰运动的同时在外部驱动力的作用下进行平移运动和旋转运动，其中，第二反射镜22、第三反射镜23、第四反射镜24和聚焦透镜32设置于中空框架13内，可动反射镜31设置于所述运动组件14上。
在本实施方式中，第一反射镜21固设在二维转台的基座11中，基座11上具有供激光入射的入射口，在本方式中，基座11可以为中空，或至少具有中空的供激光射入和射出的通道。在一些方式中，二维转台中具有安装第一反射镜21、第二反射镜22、第三反射镜23、第四反射镜24和聚焦透镜32的安装接口，或二维转台中设置有用于安装上述反射镜和聚焦透镜的支架，反射镜和聚焦透镜分别安装在与其对应的支架上从而固接于二维转台上。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，所述激光跟瞄定向发射试验系统还包括第一驱动装置41和第二驱动装置42，所述第一驱动装置41连接至所述旋转机构1用于驱动所述旋转机构1实现方位运动和俯仰运动，使得出射激光的法线指向空间中一定范围内的任一方向，从而实现对处于不同位置或角度的微小目标进行跟瞄；所述第二驱动装置42连接至所述可动反射镜31(图3)，用于驱动所述可动反射镜31分别沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动，以及沿所述聚焦透镜光轴作平移运动，使得作用于目标对象上的光斑的位置和聚焦能量被调节。其中，第一驱动装置41和第二驱动装置42可以为电机，例如伺服电机或进步电机。在一些优选的方式中，第一驱动装置41为伺服电机，第二驱动装置42为二维进步电机。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，如图4所示，所述激光跟瞄定向发射试验系统还包括控制器5，所述控制器5用于控制所述旋转机构1分别进行方位和俯仰两个自由度的转动，以及控制所述可动反射镜31分别沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动和沿所述聚焦透镜光轴作平移运动。
示例性地，第一驱动装置41和第二驱动装置42分别与控制器5相连接，控制器5能够控制电机运动状态(包括电机转速，电机输入电流，电机转动方向等)，进而实现本申请的试验系统的方位和俯仰调节，对运动中的目标对象或处于不同位置的目标对象进行光学跟瞄。在本申请中，控制器5可采用STM32单片机。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，所述激光跟瞄定向发射试验系统还包括图像采集装置6，所述图像采集装置6位于所述旋转机构1上且与所述控制器5相连接，用于实时获取目标对象的位置，所述控制器5依据目标对象的位置控制所述旋转机构1转动，具体是进行方位和俯仰两个自由度的转动，以实现对目标对象的实时跟瞄。
示例性地，所述图像采集装置6可以为大视场相机、摄像头或热像仪，所述图像采集装置6以电路连接图像微处理器，图像微处理器和控制器5电连接，图像采集装置6以高帧频对目标对象进行图像采集，并与图像微处理器保持通信，图像微处理器将目标对象的位置信息传输至控制器5以实现对目标对象的高精度快速定位。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，图像采集装置6为大视场相机，相机拍摄生成记录目标对象的图像，目标对象在视场中的位置即目标对象在图像中的位置，通过对图像进行处理即可获得目标对象在视场中的位置；其中，可通过灰度分割的方法对图像进行处理以获得目标对象的位置，一般进行试验时目标背景为黑色，目标对象本身为白色，目标对象在背景中的对比度很大，灰度检测即可方便地实现目标对象位置的确定，即确定目标对象在视场里的俯仰角度和方位角度。控制器5基于图像采集装置6的图像信息生成控制指令，该控制指令被配置为记录旋转机构1进行旋转的角度信息，该角度信息包括旋转机构1进行旋转的俯仰角度和方位角度，控制器控制第一驱动装置41使旋转机构1进行水平方位运动以及上下俯仰运动，使出射激光实时瞄准目标对象，完成对实时运动中的目标对象的激光打击。
在上述实时方式中，控制器5的主要作用是整个捕获、对准、跟踪过程中信息的采集、处理、控制指令的输出等，例如，STM32通过千兆网口和USB3.0获取图像微处理器的数据，一方面可判断光斑中心在目标对象表面上的位置，输出控制指令控制可动反射镜31沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动，从而调整目标对象上光斑中心的位置，并可输出控制指令控制可动反射镜31沿所述聚焦透镜光轴作平移运动，从而调整作用于目标对象上的光斑的聚焦能量；另一方面通过采集实时运动的目标对象的图像信息，输出控制指令控制本申请的试验系统进行方位和俯仰运动，最终实现对微小目标的捕获、对准和实时跟瞄。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，所述激光跟瞄定向发射试验系统还包括激光发射单元7，所述激光发射单元7发射的激光经由激光引导单元2的反射和激光汇聚单元3的汇聚后射出作用于目标对象。在一些方式中，激光发射单元7包括激光器，其设置于二维转台基座11的入射口。在一些方式中，激光发射单元7发射的激光的能量密度小于1J/cm2，以保证反射镜不会被激光损伤。在一些方式中，入射激光经激光汇聚单元汇聚后光路变小，出射激光的到靶能量密度大于1J/cm2，以满足对目标对象的激光打击要求和到靶能量密度阈值的要求。
可选地，在本申请一些优选的实施方式中，本申请的激光跟瞄定向发射系统还能够根据目标透镜距离聚焦透镜的距离，实时计算维持当前光斑大小所需的聚焦透镜32与可动反射镜31的距离。通过连接于可动反射镜31的第二驱动装置42对可动反射镜31与聚焦透镜32之间的距离进行实时调整，以维持目标对象在运动过程中出射激光的到靶能量密度保持不变。
进一步地，本申请还公开了采用本申请一种实施方式的激光跟瞄定向发射试验系统进行激光跟瞄定向发射试验的方法，所述方法包括如下步骤：
1)将所述激光跟瞄定向发射试验系统旋转至初始位置，激光发射单元7发射出激光，依次经由激光引导单元2和激光汇聚单元3输出光斑，并设定作用于目标对象上的光斑大小和中心位置；
2)所述图像采集装置6获取实时运动的目标对象的位置，所述控制器5依据目标对象的位置控制所述第一驱动装置41驱动所述旋转机构1进行方位和俯仰两个自由度的转动，实现对目标对象的实时跟瞄和激光打击；
3)所述控制器依据作用于目标对象上的光斑控制所述第二驱动装置42驱动所述可动反射镜31分别沿垂直于所述聚焦透镜32光轴的方向作旋转运动，以及沿所述聚焦透镜32光轴作平移运动，实现作用于目标对象上的光斑的位置和聚焦能量的调节。
在上述步骤1)中，作用于目标对象上的光斑大小通过调整可动反射镜31与聚焦透镜32之间的距离来实现，具体是通过驱动所述可动反射镜31沿所述聚焦透镜32光轴作平移运动来实现；光斑中心在目标对象上的位置通过调整出射激光的法线指向来实现，具体是通过驱动所述可动反射镜31沿垂直于所述聚焦透镜32光轴的方向作旋转运动来实现的。
进一步地，在一些优选的实施方式中，激光发射单元7所发射的激光的能量密度小于1J/cm2，以保证反射镜不会被激光损伤。
进一步地，在一些优选的实施方式中，经激光汇聚单元3汇聚后所出射的激光在目标对象上所形成的光斑的能量密度大于1J/cm2，以保证作用于目标对象上的激光能够满足激光打击或激光驱动的要求。
综上所述，本申请公开了一种激光跟瞄定向发射试验系统以及该试验系统的使用方法，本申请的试验系统用于引导脉冲激光实时辐照运动的目标对象(包括但不限于空间或地面上的微小目标)，并将能量汇聚到目标对象表面，实现精确跟瞄与激光打击一体化。该试验系统能够用于在地面开展激光驱动微小目标飞行试验和激光驱动微小目标跟瞄实验，适合在实验室开展激光烧蚀或激光推进过程中，实时跟瞄目标并发射满足冲量耦合需求的激光，为研究激光点光斑、部分覆盖和全覆盖下的激光驱动和操控提供实验条件。与现有技术相比，本申请的试验系统的到靶激光能量密度可调，没有当前已有微小目标激光跟瞄实验系统对入射激光能量的限制，以低能量密度激光(小于1J/cm2)射入即可满足激光驱动要求，避免了高能量密度入射激光对光路系统的损伤，拥有激光引导、汇聚和目标实时跟踪瞄准的能力。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种激光跟瞄定向发射试验系统，其特征在于，包括：
方位和俯仰可调的旋转机构，承载于旋转机构中的激光引导单元和激光汇聚单元；所述激光引导单元包括若干反射镜，用于将入射的激光反射后引导至激光汇聚单元；所述激光汇聚单元包括一可动反射镜和一聚焦透镜，用于将入射的激光聚焦后输出光斑作用于目标对象，其中，所述可动反射镜的光轴与所述聚焦透镜的光轴在同一条直线上。
2.根据权利要求1所述的激光跟瞄定向发射试验系统，其特征在于，所述激光引导单元包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，所述第一反射镜用于接收入射激光并反射至第二反射镜，所述第二反射镜设置在第一反射镜的出光光路上，用于接收第一反射镜的出射光线并反射至第三反射镜，所述第三反射镜设置在第二反射镜的出光光路上，用于接收第二反射镜的出射光线并反射至第四反射镜，所述第四反射镜设置在第三反射镜的出光光路上，用于接收第三反射镜的出射光线并反射至可动反射镜，其中，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜所在平面与入射于其上的光线的夹角分别为45°，且所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜的相对位置固定。
3.根据权利要求2所述的激光跟瞄定向发射试验系统，其特征在于，所述可动反射镜设置在第四反射镜的出光光路上，所述聚焦透镜设置在所述可动反射镜的出光光路上，所述可动反射镜在外部驱动力的作用下能够沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动，用于调节作用于目标对象上的光斑的位置。
4.根据权利要求3所述的激光跟瞄定向发射试验系统，其特征在于，所述可动反射镜在外部驱动力的作用下能够沿所述聚焦透镜光轴作平移运动，用于调节作用于目标对象上的光斑的聚焦能量。
5.根据权利要求2所述的激光跟瞄定向发射试验系统，其特征在于，所述旋转机构为二维转台，包括基座和设置于基座上的中空转动台，所述第一反射镜固设于所述基座中，所述第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜固设于所述中空转动台上，能够随所述中空转动台进行方位和俯仰运动。
6.根据权利要求1所述的激光跟瞄定向发射试验系统，其特征在于，还包括第一驱动装置和第二驱动装置，所述第一驱动装置连接至所述旋转机构用于驱动所述旋转机构进行方位和俯仰运动，使得出射激光的法线指向空间中一定范围内的任一方向；所述第二驱动装置连接至所述可动反射镜，用于驱动所述可动反射镜分别沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动，以及沿所述聚焦透镜光轴作平移运动，使得作用于目标对象上的光斑的位置和聚焦能量被调节。
7.根据权利要求6所述的激光跟瞄定向发射试验系统，其特征在于，还包括与所述第一驱动装置和第二驱动装置连接的控制器，所述控制器用于控制所述旋转机构分别进行方位和俯仰两个自由度的转动，以及控制所述可动反射镜分别沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动和沿所述聚焦透镜光轴作平移运动。
8.根据权利要求7所述的激光跟瞄定向发射试验系统，其特征在于，还包括图像采集装置，所述图像采集装置位于所述旋转机构上且与所述控制器相连接，用于实时获取目标对象的位置，所述控制器依据目标对象的位置控制所述旋转机构进行方位和俯仰两个自由度的转动，实现对目标对象的实时跟瞄。
9.根据权利要求1所述的激光跟瞄定向发射试验系统，其特征在于，还包括激光发射单元，所述激光发射单元发射激光入射至所述激光引导单元，其中，入射激光的能量密度小于1J/cm2。
10.一种激光跟瞄定向发射试验方法，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的激光跟瞄定向发射试验系统，包括如下步骤：
将所述激光跟瞄定向发射试验系统旋转至初始位置，激光发射单元发射出激光，依次经由激光引导单元和激光汇聚单元输出光斑，并设定作用于目标对象上的光斑大小和中心位置；
所述图像采集装置获取实时运动的目标对象的位置，所述控制器依据目标对象的位置控制所述第一驱动装置驱动所述旋转机构分别进行方位和俯仰两个自由度的转动，实现对目标对象的实时跟瞄和激光打击；
所述控制器依据作用于目标对象上的光斑控制所述第二驱动装置驱动所述可动反射镜分别沿垂直于所述聚焦透镜光轴的方向作旋转运动，以及沿所述聚焦透镜光轴作平移运动，实现作用于目标对象上的光斑的位置和聚焦能量的调节。
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