CN207281598U - 一种基于激光驾束引导的无人机回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于激光驾束引导的无人机回收装置，涉及无人机回收技术领域，该无人机回收装置同时具有低成本和定位精度高的特点。一种基于激光驾束引导的无人机回收装置，包括：激光器、机载光电探测器和机载控制器；所述机载光电探测器和所述机载控制器相连；所述激光器，用于产生激光束；所述激光器产生的激光束能在所述机载光电探测器上成像并形成光斑；所述机载光电探测器，用于确定所述光斑的中心与所述机载光电探测器的中心的偏移量，并向所述机载控制器发出偏移信号；所述机载控制器，用于接收并根据所述偏移信号向无人机的舵机发出控制信号，以调整无人机的航向。本实用新型适用于无人机回收装置的制造。

Description

一种基于激光驾束引导的无人机回收装置

技术领域

本实用新型涉及无人机回收技术领域，尤其涉及一种基于激光驾束引导的无人机回收装置。

背景技术

近年来，无人机技术发展的非常迅速。无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。与载人飞机相比，无人机具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，在军事领域和民用领域已经得到较多应用。

由于无人机内没有人为控制，无人机的回收技术显得尤为重要。目前，无人机的回收技术包括：雷达导引技术、遥测设备导引技术和GPS（Global Positioning System，全球定位系统）组合导引技术。雷达导引技术回收需采用地面雷达站，其使用范围受到限制，且价格昂贵。相较于雷达导引技术，遥测设备导引技术和GPS组合导引技术的成本低，但是定位精度低。

发明内容

本实用新型的实施例提供一种基于激光驾束引导的无人机回收装置，该无人机回收装置同时具有低成本和定位精度高的特点。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种基于激光驾束引导的无人机回收装置，所述无人机回收装置包括：激光器、机载光电探测器和机载控制器；所述机载光电探测器和所述机载控制器相连；

所述激光器，用于产生激光束；所述激光器产生的激光束在所述机载光电探测器上成像并形成光斑；

所述机载光电探测器，用于确定所述光斑的中心与所述机载光电探测器的中心的偏移量，并向所述机载控制器发出偏移信号；

所述机载控制器，用于接收并根据所述偏移信号向无人机的舵机发出控制信号，以调整无人机的航向。

可选的，所述机载光电探测器为四象限光电探测器或者双四象限光电探测器。

可选的，所述机载光电探测器为PIN光电二极管四象限光电探测器或者雪崩光电二极管四象限光电探测器。

可选的，所述无人机回收装置还包括：机载聚光透镜；所述机载聚光透镜的光轴与所述机载光电探测器的中心位于同一直线；

所述激光器产生的激光束在所述机载光电探测器上成像并形成光斑具体为：

所述激光器产生的激光束经过所述机载聚光透镜之后，在所述机载光电探测器上成像并形成光斑。

可选的，所述激光器为半导体激光器、固体激光器或者气体激光器。

可选的，所述激光器为二氧化碳气体激光器。

可选的，所述激光器产生的激光的波段为1400 nm ~1600nm。

所述无人机回收装置还包括：设置在所述激光器之上的瞄准镜。

本实用新型的实施例提供了一种基于激光驾束引导的无人机回收装置，该无人机回收装置包括：激光器、机载光电探测器和机载控制器；机载光电探测器和机载控制器相连；激光器，用于产生激光束；激光器产生的激光束能在机载光电探测器上成像并形成光斑；机载光电探测器，用于确定光斑的中心与机载光电探测器的中心的偏移量，并向机载控制器发出偏移信号；机载控制器，用于接收并根据偏移信号向无人机的舵机发出控制信号，以调整无人机的航向。本实用新型的实施例提供的无人机回收装置，将激光器、机载光电探测器和机载控制器结合起来，相较于现有技术，该系统避免采用雷达站，具有低成本特点；同时，激光器和机载光电探测器的精度高，使得该系统还具有定位精度高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种无人机回收装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种激光驾束助降过程示意图；

图3为四象限光电探测器的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型实施中的“机载”是指由无人机承载，即设置在无人机上。例如，机载光电探测器是指该光电探测器设置在无人机上，机载控制器是指该控制器设置在无人机上，机载聚光透镜是指该聚光透镜设置在无人机上。

本实用新型实施例提供了一种基于激光驾束引导的无人机回收装置，参考图1所示，该无人机回收装置包括：激光器1、机载光电探测器2和机载控制器3；机载光电探测器2和机载控制器3相连；激光器，用于产生激光束；激光器产生的激光束在机载光电探测器上成像并形成光斑；机载光电探测器，用于确定光斑的中心与机载光电探测器的中心的偏移量，并向机载控制器发出偏移信号；机载控制器，用于接收并根据偏移信号向无人机的舵机发出控制信号，以调整无人机的航向。

这里，激光器的安装位置根据回收地来确定。例如，若该无人机属于舰载无人机，则该激光器可以设置在舰船的甲板上；若该无人机需要回收到地面上，则该激光器可以设置在地面上。这里对于机载光电探测器的类型不做限定，只要可以满足上述要求即可。另外，对于机载控制器的具体结构也不做限定，其可以包括：接收偏移信号的电路模块、对偏移信号进行放大的放大电路模块、对偏移信号进行滤波的滤波电路模块、将偏移信号转换为数字信号的模数转换电路模块、将偏移信号转换成控制信号的处理芯片等。上述机载控制器接收并根据偏移信号向无人机的舵机发出的控制信号可以通过改变舵机的拉杆位移量和角度进而改变航向；当然还可以通过其他方式最终改变航向。

上述机载光电探测器的中心是指机载光电探测器的光敏面的中心。上述无人机回收装置可以应用在军事领域，也可以应用在民用领域，这里不做限定。

下面说明激光驾束助降的原理。

参考图2所示，由激光器1（图2中以激光器1设置在甲板6上为例进行绘示）向无人机4发射激光束5，机载光电探测器接收到激光束5，同时该激光束5在机载光电探测器的上成像形成光斑；机载光电探测器确定光斑的中心与机载光电探测器的中心的偏移量，并向机载控制器发出偏移信号；机载控制器接收并根据偏移信号向无人机的舵机发出控制信号；在控制信号的控制下，改变舵机的拉杆位移量和角度，从而调整无人机的航向。无人机像“骑”着激光一样沿光束中心飞行，直到降落。

本实用新型的实施例提供的无人机回收装置，将激光器、机载光电探测器和机载控制器结合起来，相较于现有技术，该系统避免采用雷达站，具有低成本特点；同时，激光器和机载光电探测器的精度高，使得该系统还具有定位精度高的特点。该系统在无人机回收全程无需任何人工干预；另外，由于激光不受周围电磁环境的干扰，该系统还具有不受电磁干扰、可靠性高的特点。由于该系统采用的是激光引导方式，而光学引导系统的结构简单，对信号处理单元硬件的要求较低。

可选的，上述机载光电探测器为四象限光电探测器或者双四象限光电探测器。

四象限光电探测器是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件。根据光电二极管的类型不同，可以将四象限光电探测器分为PIN光电二极管四象限光电探测器和雪崩光电二极管四象限光电探测器。而双四象限光电探测器是将八个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件。

优选的，上述机载光电探测器可以是PIN光电二极管四象限光电探测器或者雪崩光电二极管四象限光电探测器。

下面以四象限光电探测器为例详细说明如何确定光斑的中心与机载光电探测器的中心的偏移量。

当激光束照射到四象限光电探测器上时，会在四象限光电探测器的光敏面上产生一个光斑。参考图3所示，光斑7包括A、B、C、D四个部分，其中，A、B、C、D分别位于第一象限Ⅰ、第二象限Ⅱ、第三象限Ⅲ、第四象限Ⅳ，其对应的面积分别为S1、S2、S3和S4，其对应象限产生的光电流分别为I1、I2、I3、I4。

光斑中心相对于四象限光电探测器的中心（即光敏面的中心），在X和Y方向的偏移量分别为ΔX和ΔY。由于四象限光电探测器的光电转换电流较小，一般只有几个纳安，因此为了便于计算，需要将各象限的电流转换成电压。即将各象限产生的光电流I1、I2、I3、I4分别转换成电压V1、V2、V3、V4，此时可以用V1、V2、V3、V4来表示偏移量ΔX和ΔY，

（1）

（2）

其中，Vx，Vy分别为X和Y方向的电压信号误差。

若激光束的中心对准无人机时，光斑中心与四象限光电探测器的中心重合，即ΔX=ΔY=0，此时，四个象限的光斑面积、产生的光电流和光电压均相同，即Vx=Vy=0。若激光束的中心与无人机不对准时，参考图3所示，光斑中心与四象限光电探测器的中心不重合，即ΔX ≠0，ΔY≠0，这时四个象限的光斑面积不完全相同，那么对应的光电流、光电压也不完全相同，此时可以通过式（1）和式（2）分别计算出Vx和Vy，从而确定光斑中心和四象限光电探测器的中心的偏移量。

由于机载光电探测器的光敏面的面积相对较小，为了保证激光器产生的激光束在机载光电探测器的光敏面上更好地成像，可选的，上述无人机回收装置还包括：机载聚光透镜；机载聚光透镜的光轴与机载光电探测器的中心位于同一直线；

激光器产生的激光束在机载光电探测器上成像并形成光斑具体为：

激光器产生的激光束经过机载聚光透镜之后，在机载光电探测器上成像并形成光斑。

可选的，上述激光器为半导体激光器、固体激光器或者气体激光器。固体激光器可以采用红宝石激光器等输出功率大的激光器。气体激光器可以采用二氧化碳气体激光器。半导体激光器与固体激光器和气体激光器相比，具有体积小、质量轻、寿命长、成本低等优点，在军事领域应用广泛。在实际应用中，可以根据具体情况选择激光器的类型。

优选的，激光器可以为二氧化碳气体激光器。该二氧化碳气体激光器的输出中心波长可以为10.6μm。二氧化碳气体激光器的输出能量大，对烟、雾、导弹尾焰有很强的穿透能力，作用距离远，能适应较恶劣的战场环境。

通常，波长在400nm以下以及1400nm以上的激光对人眼的危害较小，可以选择激光的波段为1400 nm ~1700nm。另外，为了尽可能消除大气对激光带来的损耗，激光的波段应选在大气“窗口”位置。常用的处于大气窗口的波段有：810 nm ~860nm、980 nm ~1060nm、1550 nm ~ 1600nm。

为了最大程度地减小对人眼的危害，同时尽可能消除大气对激光带来的损耗，上述激光器产生的激光的波段可以为1400 nm ~1600nm。进一步优选的，上述激光器产生的激光的波长为1550 nm。

可选的，无人机回收装置还包括：设置在激光器之上的瞄准镜。这样，无人机在进场的时候，地面人员可以利用瞄准镜判断无人机是否对准跑道中心线着陆，从而更进一步提高着陆精度。若无人机能够在瞄准镜的十字线连续飞行2s，则判定无人机已对准跑道中心线；反之，无人机还需要进一步调整方向，从而对准跑道中心线。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于激光驾束引导的无人机回收装置，其特征在于，所述无人机回收装置包括：激光器、机载光电探测器和机载控制器；所述机载光电探测器和所述机载控制器相连；

所述激光器，用于产生激光束；所述激光器产生的激光束能在所述机载光电探测器上成像并形成光斑；

所述机载光电探测器，用于确定所述光斑的中心与所述机载光电探测器的中心的偏移量，并向所述机载控制器发出偏移信号；

所述机载控制器，用于接收并根据所述偏移信号向无人机的舵机发出控制信号，以调整无人机的航向。

2.根据权利要求1所述的无人机回收装置，其特征在于，所述机载光电探测器为四象限光电探测器或者双四象限光电探测器。

3.根据权利要求1所述的无人机回收装置，其特征在于，所述机载光电探测器为PIN光电二极管四象限光电探测器或者雪崩光电二极管四象限光电探测器。

4.根据权利要求1所述的无人机回收装置，其特征在于，所述无人机回收装置还包括：机载聚光透镜；所述机载聚光透镜的光轴与所述机载光电探测器的中心位于同一直线；

所述激光器产生的激光束在所述机载光电探测器上成像并形成光斑具体为：

所述激光器产生的激光束经过所述机载聚光透镜之后，在所述机载光电探测器上成像并形成光斑。

5.根据权利要求1所述的无人机回收装置，其特征在于，所述激光器为半导体激光器、固体激光器或者气体激光器。

6.根据权利要求1所述的无人机回收装置，其特征在于，所述激光器为二氧化碳气体激光器。

7.根据权利要求1所述的无人机回收装置，其特征在于，所述激光器产生的激光的波段为1400 nm ~1600nm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的无人机回收装置，其特征在于，所述无人机回收装置还包括：设置在所述激光器之上的瞄准镜。