CN114024605B - 一种小型化无人机激光通信终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种小型化无人机激光通信终端，包括粗瞄系统、精瞄及通信系统，粗瞄系统包括依次连接的可见光相机、控制模块和无人机吊舱电机；精瞄及通信系统包括信号发射光路、信号接收光路、CMOS相机、MEMS摆镜、扩束镜和光模块；通过粗瞄系统完成目标终端的初步瞄准、捕获和跟踪对接后将信息传输给精瞄系统，通过精瞄系统进一步完成瞄准和跟踪对接，并实现通信功能。本发明与传统激光通信终端相比，其具有功耗低、结构简单、体积小、成本低的优点。

Description

一种小型化无人机激光通信终端
技术领域
本发明属于无人机无线激光通信的光学设备技术领域，具体涉及一种小型化无人机激光通信终端。
背景技术
无线激光通信技术结合了无线电通信和光纤通信的优点，以激光为载波进行通信，具有抗干扰能力强、安全性高、通信速率高、传输速度快、波段选择方便及信息容量大的优势，其特点是系统体积小、重量轻、功耗低、施工简单、灵活机动，在军事和民用领域均有重大的战略需求与应用价值。
MEMS摆镜是采用微机电系统来实现对焦成像的镜头组件，由MEMS摆镜、驱动电极组成的MEMS微扫描器有很多种，根据驱动方式分为静电脉冲驱动、电磁驱动和压电效应驱动，其中静电脉冲驱动适用于小型化激光通信模块。
光电吊舱技术及其吊舱是光电侦察告警技术及其装备中的重要组成部分，可搭载于固定翼飞机、多旋翼、小型无人直升机等各种小型飞行器，适用现代战争中要求空间立体化，情报信息实时化，侦察手段多样化需求。
无人机需要无线电测控链路，极容易受到干扰，而激光通信有通信数据率高、无电磁辐射、抗电磁干扰保密性好等优势。因此无人机通过光电吊舱搭载激光通信模块，可实现空对地、空对空的无线激光通信，其具有高带宽、高安全性等特点。而目前固定翼无人机平的激光通信终端存在体积和重量过大、结构复杂和成本高等问题，并不适用于无人机吊舱平台。
发明内容
本发明提出一种小型化无人机激光通信终端，以解决现有技术存在的问题。
本发明可通过以下技术方案予以实现：
本发明的一种小型化无人机激光通信终端，包括粗瞄系统、精瞄及通信系统，粗瞄系统包括依次连接的可见光相机、控制模块和无人机吊舱电机；精瞄及通信系统包括信号发射光路、信号接收光路、CMOS相机、MEMS摆镜、扩束镜和光模块；通过粗瞄系统完成目标终端的初步瞄准、捕获和跟踪对接后将信息传输给精瞄及通信系统，通过精瞄及通信系统进一步完成瞄准和跟踪对接，并实现通信功能。
进一步地，所述粗瞄系统中可见光相机利用图像识别系统捕捉目标终端，捕捉到的信息传输给所述控制模块后驱动所述无人机吊舱电机转动完成初步瞄准、捕获、跟踪对接。
进一步地，所述信号发射光路依次包括光模块，光纤放大器，准直透镜，分光镜一和MEMS摆镜。
进一步地，所述信号接收光路依次包括分光镜二，聚焦透镜和所述光模块。
进一步地，所述精瞄及通信系统中，在信号发射光路中上位控制器发出出射指令后，所述光模块发射激光通过光纤传输至所述光纤放大器进行功率放大，再通过所述准直透镜出射平行光经所述分光镜一和MEMS摆镜射出终端；在信号接收光路中，所述MEMS摆镜接收目标终端发射的激光，经所述分光镜一和分光镜二后，一部分光通过聚焦透镜至光模块，将光信号转换为电信号传输给所述上位控制器，另一部分光通过反射镜传输至CMOS相机，测算目标偏离量并将信息传递给所述上位控制器；所述上位控制器通过信号接收光路传递的信息和CMOS相机测算信息，反馈并控制所述MEMS摆镜进行二维偏转，从而进一步完成瞄准、捕获、跟踪对接。
有益效果
本发明创新性地在光电吊舱中利用可见光相机实现合作终端识别和MEMS摆镜实现收发光束的二维偏转，以满足小型化激光通信终端的瞄准、捕获、跟踪以及通信功能。与传统激光通信终端相比，本发明终端内置可见光相机可实现链路粗瞄跟踪，利用MEMS摆镜可实现链路精跟踪，具有结构简单、体积小、成本低、能耗低的优点，更加适用于无人机平台。
附图说明
图1是小型化无人机平台激光通信终端框图
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
如图1所示，本实施例的小型化无人机激光通信终端，包括粗瞄系统1、精瞄及通信系统2。粗瞄系统1中可见光相机1-1利用图像识别系统捕捉目标终端，捕捉到的信息传输给控制模块1-2后驱动无人机吊舱电机1-3转动完成初步瞄准、捕获、跟踪对接。
精瞄及通信系统2中包括信号发射光路、信号接收光路、CMOS相机2-9、MEMS摆镜2-6、扩束镜2-11和光模块2-2，其中在发射光路中上位控制器2-1发出出射指令后，光模块2-2发射激光通过光纤传输至光纤放大器2-3进行功率放大，再通过准直透镜2-4出射平行光经分光镜一2-5和MEMS摆镜2-6射出终端扩束镜2-11；在接收光路中，MEMS摆镜2-6接收目标终端终端扩束镜2-11发射的激光，经分光镜一2-5和分光镜二2-7一部分光通过聚焦透镜2-8至光模块2-2，将光信号转换为电信号传输给上位控制器2-1，另一部分光通过反射镜2-10传输至CMOS相机2-9，测算目标偏离量并将信息传递给上位控制器2-1；上位控制器2-1通过信号接收光路传递的信息和CMOS相机2-9测算信息，反馈并控制MEMS摆镜2-6进行二维偏转，从而进一步完成瞄准、捕获、跟踪对接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种小型化无人机激光通信终端，其特征在于，包括粗瞄系统、精瞄及通信系统，粗瞄系统包括依次连接的可见光相机、控制模块和无人机吊舱电机；精瞄及通信系统包括信号发射光路、信号接收光路、CMOS相机、MEMS摆镜、扩束镜和光模块；通过粗瞄系统完成目标终端的初步瞄准、捕获和跟踪对接后将信息传输给精瞄及通信系统，通过精瞄及通信系统进一步完成瞄准和跟踪对接，并实现通信功能；所述精瞄及通信系统中，在信号发射光路中上位控制器发出出射指令后，所述光模块发射激光通过光纤传输至光纤放大器进行功率放大，再通过准直透镜出射平行光经分光镜一和MEMS摆镜射出终端；在信号接收光路中，所述MEMS摆镜接收目标终端发射的激光，经分光镜一和分光镜二后，一部分光通过聚焦透镜至光模块，将光信号转换为电信号传输给所述上位控制器，另一部分光通过反射镜传输至CMOS相机，测算目标偏离量并将信息传递给所述上位控制器；所述上位控制器通过信号接收光路传递的信息和CMOS相机测算信息，反馈并控制所述MEMS摆镜进行二维偏转，从而进一步完成瞄准、捕获、跟踪对接。
2.根据权利要求1所述的一种小型化无人机激光通信终端，其特征在于，所述粗瞄系统中可见光相机利用图像识别系统捕捉目标终端，捕捉到的信息传输给所述控制模块后驱动所述无人机吊舱电机转动完成初步瞄准、捕获、跟踪对接。
3.根据权利要求1所述的一种小型化无人机激光通信终端，其特征在于，所述信号发射光路依次包括光模块，光纤放大器，准直透镜，分光镜一和MEMS摆镜。
4.根据权利要求1所述的一种小型化无人机激光通信终端，其特征在于，所述信号接收光路依次包括分光镜二，聚焦透镜和所述光模块。
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