CN113466889B - 一种远距离大光斑激光眩目系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：包括控制模块、与所述控制模块电控连接的光电转台、两组共轴的发射光学系统及安装于光电转台上的激光器、激光测距机及图像识别跟踪模块，两组所述发射光学系统经一切换机构与所述激光器连接，两组所述发射光学系统包括近场激光发射光学系统及远场激光发射光学系统，所述近场激光发射光学系统及所述远场激光发射光学系统相互切换工作，所述近场激光发射光学系统用于对近距离目标实现激光昡目，所述远场激光发射光学系统用于对远距离目标实现激光昡目，两组所述发射光学系统用于近场至远场距离范围大光斑输出激光昡目。本发明提高了激光昡目范围，降低了设备研制成本。

Description

一种远距离大光斑激光眩目系统

技术领域

本发明涉及一种激光器，尤其涉及一种远距离大光斑激光眩目系统。

背景技术

目前激光眩目武器的研究主要集中于对单目标、近距离的作用，对于远距离大光斑的激光眩目系统研究较少。市场上主流的激光眩目器存在几个共同缺陷：光斑小、作用距离范围小、激光能量不可适应环境变化。常规的手电筒式或其他手持式激光眩目枪输出的光斑小，发散角大，环境适应性不高，使得其作用距离受限，无法对远距离目标实施眩目打击，且近距离光斑功率密度过大，对肉眼存在极大的安全隐患。

现有激光眩目器光斑小，无法应用于群体性事件实施眩目作用，作用距离近，无法应用于远距离目标，且存在应用安全隐患。

发明内容

本发明目的是提供一种远距离大光斑激光眩目系统，通过使用该结构，实现了对目标测距、识别、自动跟踪，并且实现对目标近场、远场不同距离范围内的激光昡目，适用范围更广，安全性更强。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种远距离大光斑激光眩目系统，包括控制模块、与所述控制模块电控连接的光电转台、两组共轴的发射光学系统及安装于光电转台上的激光器、激光测距机及图像识别跟踪模块，

所述激光测距机用于获取目标距离，对目标进行定位，并将目标距离信息反馈至所述控制模块；

所述图像识别跟踪模块用于对目标进行观察、监视、识别及跟踪，并将目标信息反馈至所述控制模块；

所述光电转台用于调节稳定所述激光测距机及图像识别跟踪模块，使所述激光测距机及图像识别跟踪模块始终对准目标；

所述激光器用于射出激光至两组所述发射光学系统；

两组所述发射光学系统经一切换机构与所述激光器连接，两组所述发射光学系统包括近场激光发射光学系统及远场激光发射光学系统，所述近场激光发射光学系统及所述远场激光发射光学系统相互切换工作，所述近场激光发射光学系统用于对近距离目标实现激光昡目，所述远场激光发射光学系统用于对远距离目标实现激光昡目，两组所述发射光学系统用于近场至远场距离范围大光斑输出激光昡目；

所述控制模块用于所述激光测距离及图像识别跟踪模块数据的处理，并控制所述切换机构工作，对两组所述发射光学系统的工作状态进行切换。

上述技术方案中，所述切换机构包括依次设置于所述激光器输出窗口后端的激光准直镜组、电光开关及分光棱镜，所述远场激光发射光学系统设置于所述分光棱镜的一端，所述近场激光发射光学系统设置于所述分光棱镜的另一端；所述电光开关不通电状态下，激光器发出的激光经所述分光棱镜全反射于所述近场激光发射光学系统内，由所述近场激光发射光学系统输出；所述电光开关通电状态下，激光通过分光棱镜射入至所述远场激光发射光学系统内，经所述远场激光发射光学系统输出。

上述技术方案中，所述分光棱镜与所述远场激光发射光学系统之间的光路上依次设有第一导光管、第一激光准直镜组及第一振镜扫描系统；所述分光棱镜与所述近场激光发射光学系统之间的光路上依次设有半波片、第二导光管、第二激光准直镜组、直角棱镜及第二振镜扫描系统。

上述技术方案中，所述远场激光发射光学系统为变倍扩束光学系统，所述远场激光发射光学系统上还设有第一伺服电机，所述第一伺服电机控制所述远场激光发射光学系统内调节镜头的移动，用于激光扩束；所述近场激光发射光学系统为定焦光学系统，所述近场激光发射光学系统上还设有第二伺服电机，所述第二伺服电机控制所述近场激光发射光学系统内调节镜头的移动，调节输出激光束散角。

上述技术方案中，所述激光器为绿光激光器，输出激光为s偏振光；所述分光棱镜为p偏振光全透过、s偏振光全反射的偏振分光棱镜。

上述技术方案中，所述电光开关为铌酸锂晶体，所述电光开关不通电状态下，所述激光器输出的s偏振光经所述分光棱镜全反射至所述近场激光发射光学系统内输出；所述电光开关通电状态下，将所述激光器输出的s偏振光改变为P偏振光，并经过所述分光棱镜至所述远场激光发射光学系统内输出。

上述技术方案中，所述图像识别跟踪模块上设有可见光CCD及红外成像CCD，所述可见光CCD上连接有可见光镜头，所述红外成像CCD上连接有红外镜头；所述激光测距机上设有发射镜头及接收镜头。

上述技术方案中，还设有一激光器驱动电源，所述激光器驱动电源分别与所述控制模块及激光器相连。

上述技术方案中，还设有人机交互显控模块与所述控制模块电控连接。

上述技术方案中，所述光电转台上还连接有陀螺组件及角度传感器。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明中通过激光测距机获取目标距离，并对目标进行定位，利用图像识别跟踪模块对目标进行观察、监视识别及跟踪，根据目标距离，选择对应的近场激光发射光学系统或者远场激光发射光学系统对目标进行激光昡目，使用距离能用在近处及远处，适用范围广，安全性更强；

2.本发明中采用振镜扫描系统，能够对线光斑扫描成为面光斑，在实现光斑的同时，还能够降低激光器的功率需求，降低整个系统的功耗、体积、重量及设计难度，降低了设备的研制成本；

3.本发明在出射激光的光路上面会设置导光管，能够对光斑整形，在提高耦合效率的同时，也能够提高光斑的均匀性；

4.本发明中采用伺服电机调整对应的镜头焦距，以维持相应距离下恒定的光斑大小，保证昡目效果。

附图说明

图1是本发明实施例一中的结构示意图。

其中：1、控制模块；2、光电转台；3、激光器；4、激光测距机；5、图像识别跟踪模块；6、近场激光发射光学系统；7、远场激光发射光学系统；8、陀螺组件；9、角度传感器；10、激光准直镜组；11、电光开关；12、分光棱镜；13、第一导光管；14、第一激光准直镜组；15、第一振镜扫描系统；16、半波片；17、第二导光管；18、第二激光准直镜组；19、直角棱镜；20、第二振镜扫描系统；21、第一伺服电机；22、第二伺服电机；23、可见光CCD；24、红外成像CCD；25、可见光镜头；26、红外镜头；27、发射镜头；28、接收镜头；29、激光器驱动电源；30、人机交互显控模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1所示，一种远距离大光斑激光眩目系统，包括控制模块1、与所述控制模块电控连接的光电转台2、两组共轴的发射光学系统及安装于光电转台上的激光器3、激光测距机4及图像识别跟踪模块5，

所述激光测距机用于获取目标距离，对目标进行定位，并将目标距离信息反馈至所述控制模块；

所述图像识别跟踪模块用于对目标进行观察、监视、识别及跟踪，并将目标信息反馈至所述控制模块；

所述光电转台用于调节稳定所述激光测距机及图像识别跟踪模块，使所述激光测距机及图像识别跟踪模块始终对准目标；

所述激光器用于射出激光至两组所述发射光学系统；

两组所述发射光学系统经一切换机构与所述激光器连接，两组所述发射光学系统包括近场激光发射光学系统6及远场激光发射光学系统7，所述近场激光发射光学系统及所述远场激光发射光学系统相互切换工作，所述近场激光发射光学系统用于对近距离目标实现激光昡目，所述远场激光发射光学系统用于对远距离目标实现激光昡目，两组所述发射光学系统用于近场至远场距离范围大光斑输出激光昡目；

所述控制模块用于所述激光测距离及图像识别跟踪模块数据的处理，并控制所述切换机构工作，对两组所述发射光学系统的工作状态进行切换。

在本发明中，所述光电转台上还连接有陀螺组件8及角度传感器9。以光电转台安装在车顶为例，光电转台能够调节其角度，这样车体晃动的时候，能够保持激光测距机、图像识别跟踪模块的稳定性，这样在对目标进行测距、追踪的时候，始终对准目标，使得后端得到画面稳定的图像，而且在测距或者获取图像的时候，光电转台不断的自动调整方位和仰俯姿态，保持动态跟踪状态，当目标距离在近场范围内的时候，控制近场激光发射光学系统输出激光，对近距离范围内的目标发射激光实施激光昡目，当处在近场至远场范围内的时候，控制远场激光发射光学系统输出激光，对远距离范围内的目标发射激光实施昡目效应。在本发明中，能够实现远、近场景下对目标的激光昡目，适用范围广。而且，能够利用激光测距机获取目标距离进行定位，利用图像识别跟踪模块对目标进行观察、监视、识别及跟踪，保证激光昡目精确性。

参见图1所示，所述切换机构包括依次设置于所述激光器输出窗口后端的激光准直镜组10、电光开关11及分光棱镜12，所述远场激光发射光学系统设置于所述分光棱镜的一端，所述近场激光发射光学系统设置于所述分光棱镜的另一端；所述电光开关不通电状态下，激光器发出的激光经所述分光棱镜全反射于所述近场激光发射光学系统内，由所述近场激光发射光学系统输出；所述电光开关通电状态下，激光通过分光棱镜射入至所述远场激光发射光学系统内，经所述远场激光发射光学系统输出。

所述分光棱镜与所述远场激光发射光学系统之间的光路上依次设有第一导光管13、第一激光准直镜组14及第一振镜扫描系统15；所述分光棱镜与所述近场激光发射光学系统之间的光路上依次设有半波片16、第二导光管17、第二激光准直镜组18、直角棱镜19及第二振镜扫描系统20。

所述远场激光发射光学系统为变倍扩束光学系统，所述远场激光发射光学系统上还设有第一伺服电机21，所述第一伺服电机控制所述远场激光发射光学系统内调节镜头的移动，用于激光扩束；所述近场激光发射光学系统为定焦光学系统，所述近场激光发射光学系统上还设有第二伺服电机22，所述第二伺服电机控制所述近场激光发射光学系统内调节镜头的移动，调节输出激光束散角。

采用伺服电机的设置，能够调节对应光学系统内镜头的位置，以维持光斑的稳定，使得远场、近场输出同样光斑大小的激光，保证激光昡目效应及效果，实现光斑相对于目标距离的自适应控制，保证光斑在所需距离范围内均保持在恒定的大小，而且，激光峰值功率保持在要求范围之内，既能够实现昡目效果，又不会对眼睛造成永久性的伤害，安全性更好。

以近场距离为25m～150m为例，远场距离在1km以内为例。

在本实施例中，第一振镜扫描系统及第二振镜扫描系统均采用一维扫描振镜，采用一维扫描振镜，能够对激光器射出的线光斑进行扫描，可获得面光斑，同时激光峰值功率密度也达到了0.2mW/cm²以上，这是获得方光斑的有效方式，同时，在实现上述光斑指标的同时，可以数十倍的降低激光器的功率需求，大幅度降低整个系统的功耗、体积、重量和设计难度，降低整套设备的研制成本，而且激光光斑面积可以达到几十平方米至上百平方米量级。

所述激光器为绿光激光器，输出激光为s偏振光；所述分光棱镜为p偏振光全透过、s偏振光全反射的偏振分光棱镜。

激光器采用风冷高功率绿光激光器，设计两组相互垂直排布的525nm绿光LD单管阵列，按照阶梯排列进行空间合束后，再利用偏振合束技术进行二次合束，实现百瓦级高功率半导体激光器输出。结合绿光LD单管自身的温度特性，采用TEC风冷方式进行温控，并通过优化温控策略，相对于水冷方式，便于使用维护，整机体积也能减小，可满足远距离大光斑激光眩目的要求。

其中，所述电光开关为铌酸锂晶体，所述电光开关不通电状态下，所述激光器输出的s偏振光经所述分光棱镜全反射至所述近场激光发射光学系统内输出；所述电光开关通电状态下，将所述激光器输出的s偏振光改变为P偏振光，并经过所述分光棱镜至所述远场激光发射光学系统内输出。

在本实施例中，对近场目标实施激光昡目的时候，电光开关不通电，这样激光器射出的s偏振光直接经过激光准直镜准直之后，通过分光棱镜全反射，然后再经过半波片之后，变为p偏振光，之后经过第二导光管，第二导光管对线光斑进行整形，在提高耦合效率的同时，也提高线光斑的均匀性(匀化处理)，再经过第二激光准直镜组进行再次准直，经过直角棱镜之后，送入到第二振镜扫描系统内扫描成为面光斑，然后送入到近场激光发射光学系统内射出，其中，为了实现在该距离下的某个束散角，通过第二伺服电机对内部调节镜头进行移动，这样能够调节其束散角，保证激光昡目效果。

如果近场目标变为远场目标之后，则需要切换为远场激光发射光学系统工作，此时，给予电光开关通电，给予其加载半波电压，此时该电光开关相当于半波片，产生π相位差，即可将激光器射出的s偏振光振动方向改变90°，成为p偏振光，直接经过分光棱镜后进入到第一导光管，对线光斑进行整形及匀化，经过第一激光准直镜组再次准直，然后经过第一振镜扫描系统内扫描成为面光斑，然后送入到远场激光发射光学系统内射出。其中，其扩束的时候，经过第一伺服电机进行调节即可，用以保证在对应距离内的激光昡目效果。

在本实施例中，近场激光发射光学系统采用长焦定焦光学系统，并且结合第二伺服电机的离焦方式改变激光束散角，从而维持恒定的光斑输出。而远场激光发射光学系统通过变倍扩束光学系统改变激光束散角，变倍比采用10倍的话，能够满足使用，也可以超过10倍，这样能够实现安全距离范围内大光斑均输出，解决了大变倍比变焦镜头难以同时满足近场焦距很小和远场焦距很大的困难。

参见图1所示，所述图像识别跟踪模块上设有可见光CCD23及红外成像CCD24，所述可见光CCD上连接有可见光镜头25，所述红外成像CCD上连接有红外镜头26；所述激光测距机上设有发射镜头27及接收镜头28。

可见光CCD以及红外成像CCD，一个在白天通过高性能可见光摄像，而夜间则通过红外成像系统进行成像，实现全天候的正常工作。发射镜头及接收镜头则用于激光测距。

还设有一激光器驱动电源29，所述激光器驱动电源分别与所述控制模块及激光器相连。这样能够根据不同环境温度、不同大气能见度，根据测距机所测目标距离，通过激光器驱动电源来调节激光能量的自适应控制。

还设有人机交互显控模块30与所述控制模块电控连接。人机交互显控模块用于显示可见光成像视频、红外成像视频、激光测距信息反馈、目标识别、跟踪状态上报，软件设计有系统操控参数的设置窗口，用户可通过显控软件设置既定参数控制转台的方向，对准目标，跟踪拍摄取证画面，以实现全自动识别、跟踪、监视和实施激光眩目打击功能。

同时，在本实施例中，控制模块内集成有信号采集模块、驱动电路单元和处理单元。其中驱动电路包含激光器驱动电路、包括激光发射光学系统、图像识别跟踪模块、伺服电机驱动电路、以及可见光CCD和红外成像CCD驱动电路，用于接收数据、处理数据以及控制各个模块工作。

Claims (10)

1.一种远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：包括控制模块、与所述控制模块电控连接的光电转台、两组共轴的发射光学系统及安装于光电转台上的激光器、激光测距机及图像识别跟踪模块，

所述激光测距机用于获取目标距离，对目标进行定位，并将目标距离信息反馈至所述控制模块；

所述图像识别跟踪模块用于对目标进行观察、监视、识别及跟踪，并将目标信息反馈至所述控制模块；

所述光电转台用于调节稳定所述激光测距机及图像识别跟踪模块，使所述激光测距机及图像识别跟踪模块始终对准目标；

所述激光器用于射出激光至两组所述发射光学系统；

两组所述发射光学系统经一切换机构与所述激光器连接，两组所述发射光学系统包括近场激光发射光学系统及远场激光发射光学系统，所述近场激光发射光学系统及所述远场激光发射光学系统相互切换工作，所述近场激光发射光学系统用于对近距离目标实现激光昡目，所述远场激光发射光学系统用于对远距离目标实现激光昡目，两组所述发射光学系统用于近场至远场距离范围大光斑输出激光昡目；

所述控制模块用于所述激光测距离及图像识别跟踪模块数据的处理，并控制所述切换机构工作，对两组所述发射光学系统的工作状态进行切换。

2.根据权利要求1所述的远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：所述切换机构包括依次设置于所述激光器输出窗口后端的激光准直镜组、电光开关及分光棱镜，所述远场激光发射光学系统设置于所述分光棱镜的一端，所述近场激光发射光学系统设置于所述分光棱镜的另一端；所述电光开关不通电状态下，激光器发出的激光经所述分光棱镜全反射于所述近场激光发射光学系统内，由所述近场激光发射光学系统输出；所述电光开关通电状态下，激光通过分光棱镜射入至所述远场激光发射光学系统内，经所述远场激光发射光学系统输出。

3.根据权利要求2所述的远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：所述分光棱镜与所述远场激光发射光学系统之间的光路上依次设有第一导光管、第一激光准直镜组及第一振镜扫描系统；所述分光棱镜与所述近场激光发射光学系统之间的光路上依次设有半波片、第二导光管、第二激光准直镜组、直角棱镜及第二振镜扫描系统。

4.根据权利要求1所述的远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：所述远场激光发射光学系统为变倍扩束光学系统，所述远场激光发射光学系统上还设有第一伺服电机，所述第一伺服电机控制所述远场激光发射光学系统内调节镜头的移动，用于激光扩束；所述近场激光发射光学系统为定焦光学系统，所述近场激光发射光学系统上还设有第二伺服电机，所述第二伺服电机控制所述近场激光发射光学系统内调节镜头的移动，调节输出激光束散角。

5.根据权利要求2所述的远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：所述激光器为绿光激光器，输出激光为s偏振光；所述分光棱镜为p偏振光全透过、s偏振光全反射的偏振分光棱镜。

6.根据权利要求5所述的远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：所述电光开关为铌酸锂晶体，所述电光开关不通电状态下，所述激光器输出的s偏振光经所述分光棱镜全反射至所述近场激光发射光学系统内输出；所述电光开关通电状态下，将所述激光器输出的s偏振光改变为P偏振光，并经过所述分光棱镜至所述远场激光发射光学系统内输出。

7.根据权利要求1所述的远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：所述图像识别跟踪模块上设有可见光CCD及红外成像CCD，所述可见光CCD上连接有可见光镜头，所述红外成像CCD上连接有红外镜头；所述激光测距机上设有发射镜头及接收镜头。

8.根据权利要求1所述的远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：还设有一激光器驱动电源，所述激光器驱动电源分别与所述控制模块及激光器相连。

9.根据权利要求1所述的远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：还设有人机交互显控模块与所述控制模块电控连接。

10.根据权利要求1所述的远距离大光斑激光眩目系统，其特征在于：所述光电转台上还连接有陀螺组件及角度传感器。

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