一种用于多目标搜索、瞄准及激光能量汇聚的光学探测与激光发射组合装置的制作方法

本发明涉及一种光学探测和激光汇聚的组合装置，属于光学探测。

背景技术：

1、高能激光系统在远程探测、精确打击、空间碎片清除等领域具有广泛的应用前景。此类系统的核心效能取决于两大关键能力：一是对远距离、高速运动目标的快速发现与精确跟踪能力；二是将高能激光光束高效、精准地汇聚于目标点，并实现持续能量输送的能力。

2、目前，实现激光光束瞄准与汇聚的主流技术方案主要依赖于以下两种途径：

3、1.基于整体机械转向的瞄准系统

4、此类系统通过精密伺服机构直接驱动整个激光发射装置（包括沉重的激光器、光学平台及支撑结构）进行方位和俯仰旋转，从而将光束指向目标。这种方案存在固有的技术瓶颈：

5、响应速度慢，惯性大：由于需要驱动的质量和大惯量体积巨大，系统无法实现快速加速度和制动，导致瞄准和跟踪的响应速度严重受限，难以应对高速或突然出现的多个目标。

6、控制精度与稳定性矛盾：为实现远距离的精确指向，需要极高的机械结构刚度和伺服控制精度，这往往导致系统进一步笨重化，与快速响应需求相矛盾。

7、单一目标打击效率低：庞大的机械结构决定了其无法在短时间内完成对不同方向目标的快速切换瞄准，难以实现多目标的连续、快速打击。

8、2.基于传统光学合束的激光汇聚系统

9、为提升作用在目标上的激光功率，通常采用多路激光器进行发射。传统的汇聚方式是在系统内部通过分色镜、偏振合束器等光学元件，将多路激光进行物理合束为一束功率更大的光束，再通过一套共同的发射望远镜或聚焦系统射向目标。该方案存在以下显著缺点：

10、系统复杂，成本高昂：合束光路需要精密、复杂的光学元件和装调工艺，不仅增加了系统的体积、重量和成本，也引入了额外的光能损耗和热管理难题。

11、无法实现动态聚焦：固定的合束与聚焦光学系统通常只在特定的焦深范围内具有最佳效果。对于不同距离的目标，系统无法实时快速调整光束的汇聚点，导致能量密度显著下降，打击效果大打折扣。

12、灵活性差：一旦完成内部合束，多路激光即被“绑定”，无法独立控制每一路激光指向不同的目标，丧失了同时应对多威胁的能力。

13、综上，现有技术难以兼顾大范围快速搜索、多目标快速切换瞄准、针对不同距离目标的动态聚焦以及系统结构的轻量化与低成本化。特别是，如何在不移动庞大机械结构的前提下，实现激光光束的微秒级精确偏转，以及如何在不使用复杂合束光学元件的情况下，使多路激光在任意距离的目标点上自动汇聚，成为本领域亟待解决的技术难题。

14、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光学扫描装置用于进行实时性要求更高的、全区域（过顶）范围的扫描探测，从而克服上述现有技术中的缺陷。

2、一种用于多目标搜索、瞄准及激光能量汇聚的光学探测与激光发射组合装置，包括：

3、工作架，工作架配置为可被驱动进行水平方向及俯仰方向的旋转；工作架包含呈固定夹角γ设置的上安装平台和下安装平台，固定夹角γ的取值范围为30°至60°；

4、探测组件，探测组件安装于上安装平台的中心区域，配置为对其视场角范围内的空域进行扫描，以探测至少一个目标并获取目标的坐标信息；

5、n个激光发射通道，n个激光发射通道周向分布式安装于工作架上；每个激光发射通道包括：

6、激光光源，激光光源安装于下安装平台；

7、光学偏转元件，光学偏转元件位于激光光源的光路下游且安装于上安装平台，配置为对入射光束同时产生水平及垂直方向的快速偏转；

8、控制系统，控制系统与探测组件、各激光发射通道的驱动部件通信连接；控制系统配置为：基于探测组件获取的目标坐标信息，独立且协同地控制每个激光发射通道中光学偏转元件的偏转角度，使n个激光发射通道射出的n束激光束在远场目标位置处实现空间汇聚，其中n为大于1的整数。

9、进一步优选的，光学偏转元件为具备水平和垂直方向偏转功能的反射镜；激光发射通道还包括双轴驱动器，双轴驱动器配置为同时对反射镜的水平偏转角和垂直偏转角进行调节，且双轴驱动器使输出光束产生的最大偏转角为±2α，其中α的取值范围为0.5°至5°。

10、进一步优选的，固定夹角γ为45°。

11、进一步优选的，探测组件为主动+被动光学探测系统，包括主动光学测距仪、激光扫描雷达中的至少一种，以及被动红外成像装置、被动可见光波段成像装置中的至少一种。

12、进一步优选的，主动光学探测系统还包括电磁波探测系统，电磁波探测系统为相控阵雷达。

13、进一步优选的，工作架的旋转由方位宏动驱动器和俯仰宏动驱动器驱动，光学偏转元件的偏转由微动驱动器驱动；微动驱动器的角速度响应能力高于方位宏动驱动器和俯仰宏动驱动器。

14、进一步优选的，控制系统采用粗-精复合跟踪策略：方位宏动驱动器、俯仰宏动驱动器驱动工作架进行粗跟踪，使目标进入并保持在探测组件的视场内；微动驱动器驱动光学偏转元件进行精瞄准。

15、进一步优选的，各激光发射通道发射的激光波长相同。

16、进一步优选的，各激光发射通道发射的激光波长不同。

17、进一步优选的，控制系统进一步配置为：

18、接收至少两个目标的坐标信息；

19、控制各激光发射通道的光束汇聚至第一目标；

20、在不移动工作架的情况下，通过快速改变各通道内光学偏转元件的角度，控制所有光束从第一目标位置转向并重新汇聚至第二目标位置；

21、或者，控制部分激光发射通道的光束汇聚至第一目标，同时控制另外一部分激光发射通道的光束汇聚至第二目标；

22、在不移动工作架的情况下，通过快速改变各通道内光学偏转元件的角度，控制所有光束在第一目标位置、第二目标位置之间转向汇聚，或转向汇聚至第三目标位置。

23、进一步优选的，控制系统进一步配置为：针对不同距离的目标，通过解算并设定各激光发射通道的光学偏转元件的不同偏转角度组合，使所有光束在该目标的距离处实现动态聚焦。

24、一种基于前文中中任一项组合装置的多目标激光打击方法，包括以下步骤：

25、s100：驱动工作架，使目标进入探测组件的视场范围；

26、s200：通过探测组件对目标区域进行扫描，识别并获取至少两个目标的精确空间坐标；

27、s300：根据第一目标的坐标，计算并控制所有激光发射通道的光学偏转元件同步动作，使所有或部分激光束汇聚于第一目标；

28、s400：在完成对第一目标的预设辐照后，根据第二目标的坐标，快速调整所有激光发射通道的光学偏转元件的角度，使所有或部分激光束转向并汇聚于第二目标。

29、进一步优选的，在步骤s300和s400中，对于每个目标，控制系统根据目标的距离，为每个激光发射通道独立解算出一组唯一的光学偏转元件的目标角度，以实现光束在目标处的精确空间匹配。

30、技术优势：

31、目标探测的高速度：工作架带动探测单元对准目标大概的方位，由探测单元自身完成视场范围内目标精确定位的快速探测，此时，无需偏转重量大、体积大的机架，因而实现目标探测的高速度和高精度。

32、激光控制的高速度：激光的控制，利用两个体积小重量轻的锲型透镜和锲型反射镜进行偏转和反射来实现，而无需偏转整个机架实现激光的瞄准，实现了激光控制的高速度。

33、激光功率大：将多个激光器的光束，通过不同的偏转角瞄准目标，分别在目标处进行汇聚，实现激光的大功率汇聚。

34、无需汇聚透镜：通过偏转镜实现多个激光光束在目标处激光的汇聚，省略了担任激光汇聚的光学透镜，降低了设计和制作的成本、减轻装置的重量。

35、实现动态的激光汇聚：对于不同距离的目标，分别控制每一路的光束方向，使得所有光束在目标同一处汇聚，如此实现了动态的激光聚焦。

36、针对不同天气状况，以及环境的瞬间变化，快速切换不同波长的激光器工作。

37、目标探测的高速度以及激光汇聚的高速度，适合多目标的同时探测以及多目标的激光高速照射。