一种应用于激光反无人机系统的光学相控阵激光打击系统的制作方法

1.本发明属于反无人机技术领域，具体是一种应用于激光反无人机系统的光学相控阵激光打击系统。


背景技术：

2.近年来，无人机技术飞速发展，各种遥控无人机的价格越来越低、性能越来越高、使用越来越方便。而同时无人机也越来越被滥用，各种违规使用无人机的情况层出不穷，对公共安全造成很大威胁。因此，对无人机采取有效的反制手段是十分必要的。为了解决这一问题，人们研究了多种反无人机的装置，其中，激光反无人机系统作为一种普适性的硬杀伤技术，几乎适用于任何种类的无人机，并且拥有很强的抗干扰能力，因此是一种消除无人机威胁的有力手段。激光反无人机系统必须包含激光打击系统，激光打击系统通过惯性平台或者快反镜控制打击激光的方向，以跟踪打击目标无人机。其中，惯性平台通常是各种云台，转角大，但角度精度较低；快反镜转角小，但角度精度高。两者可以单独使用，也可以组合应用。
3.在跟踪打击远距离无人机目标时，必须使用小转角高精度的快反镜。快反镜属于机械扫描式的器件，根据致动原理的不同，又分为压电陶瓷快反镜、音圈电机快反镜和微机电系统（mems）快反镜。但是，音圈电机快反镜工作频率较低，不适合应对无人机目标的快速机动；并且需结合机械结构和伺服控制系统优化，对磁屏蔽要求更高，设计使用较为困难。压电陶瓷快反镜具有迟滞特性，需要复杂的驱动电路及算法进行补偿，并且抗冲击能力较弱，需要设计独特的结构增加其稳定性。微机电系统（mems）快反镜通过改变每个微反射镜的姿态进行扫描，微反射镜之间有间隙，杂散光较多，不适合高功率打击激光的反射应用。


技术实现要素：

4.为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种应用于激光反无人机系统的光学相控阵激光打击系统。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种应用于激光反无人机系统的光学相控阵激光打击系统，包含激光光源、激光分束器、相控阵阵元、波控器、可调焦聚焦光路；激光光源发射激光，发射的激光经过激光分束器后分为n路，每路激光各进入一个相控阵阵元中；通过波控器控制每个相控阵阵元之间的激光输出相位关系，使n路出射激光在特定方向上发生干涉，实现偏转激光光束的功能。
6.进一步地，相控阵阵元包含移相器、光纤放大器和准直镜。
7.进一步地，移相器用于调节该相控阵阵元出射激光相位，通过给移相器加压，使电光陶瓷发生电致折射率变化，改变光程，调节该相控阵阵元出射激光相位。
8.进一步地，波控器通过给每个相控阵阵元的移相器施加电压，控制每个相控阵阵元的相位改变。
9.进一步地，可调焦聚焦光路为透射式聚焦望远镜，由正镜和负镜两个镜片组成，镜
片套筒通循环冷却水降温，轴向移动负镜调节聚焦光斑的位置，由目标位置决定负镜的调焦位置和相控阵的相位调制。
10.进一步地，由目标位置决定负镜的调焦位置和相控阵的相位调制的方法包括：建立空域坐标模型，实时获取需要打击的无人机的空间坐标，标记为打击坐标，将获得的打击坐标输入到空域坐标模型中，在空域坐标模型中实时标记对应的目标位置，实时识别空域坐标模型中的目标位置，根据识别的目标位置分析对应的负镜的调焦位置和相控阵的相位，根据获得的调焦位置和相控阵的相位进行相应的调整。
11.进一步地，还包括温度单元，所述温度单元用于控制冷却水的温度和流速，对准直镜和透射式聚焦望远镜进行降温。
12.进一步地，温度单元的工作方法包括：识别冷却水通道，建立对应的冷却水通道模型，根据准直镜和透射式聚焦望远镜的位置在冷却水通道模型中标记对应准直镜辐射区和透射式聚焦望远镜辐射区，建立效率分析模型，实时获取当前准直镜和透射式聚焦望远镜对应的采集温度，将获得的采集温度输入到效率分析模型中，获得对应的降温效率，根据获得的降温效率判断是否需要进行冷却水温度和流速的调整；当判断不需要进行冷却水温度和流速的调整时，不进行调整操作；当判断需要进行冷却水温度和流速的调整时，根据获得的降温效率匹配对应的冷却水温度和流速的调整集，进行能耗值分析，选择对应的目标调整数据，根据获得的目标调整数据进行冷却水温度和流程的调整。
13.进一步地，进行能耗值分析的方法包括：将每组冷却水温度和流速标记为i，其中i=1、2、
……
、n，n为正整数；为每组冷却水温度和流速匹配对应的第一能耗和第二能耗，将获得的第一能耗和第二能耗分别标记为pi和li，根据公式qi=b1
×
pi b2
×
li计算对应的能耗值，其中b1、b2均为比例系数，取值范围为0《b1≤1，0《b2≤1，选择最低能耗值对应的冷却水温度和流速作为目标调整数据。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：全固态结构，无需机械扫描，结构稳定。系统靠电驱动移相器实现相控阵阵元的相移，没有传统机械元件的扫描移动，因此机械结构稳定，并且响应速度快。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
16.图1为本发明系统原理图；图2为相控阵阵元出光面的准直透镜排列示意图。
具体实施方式
17.下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
18.如图1至图2所示，一种应用于激光反无人机系统的光学相控阵激光打击系统，包含激光光源、激光分束器、相控阵阵元、波控器、可调焦聚焦光路；系统可以配合多种平台使用；例如：系统可以安装在云台上使用；其中云台提供对目标无人机的粗跟踪功能，系统实现对目标无人机的精确跟踪打击功能；例如：系统可以安装在无人机平台上。
19.激光光源为发射激光的光源，可以选用1064nm激光器，保偏输出，平均功率1w，作为种子源，种子源的光耦合进光纤中。
20.激光分束器是光纤分束器，用于将种子源输入的激光分为n路，每路各进入一个相控阵阵元中，在本实施例中n=7，其中n为正整数，获取相控阵阵元的数量，n与相控阵阵元的数量相等。
21.每个相控阵阵元包含移相器、光纤放大器和准直镜。
22.其中移相器是电光陶瓷相位调制器，用于调节该相控阵阵元出射激光相位，通过给移相器加压，使电光陶瓷发生电致折射率变化，从而改变光程，达到调节该阵元出射激光相位的作用。可以是电光移相器、声光移相器、热光移相器或者光波导移相器等种类，作用是精确控制每个阵元的输出光相位。
23.光纤放大器将入射激光的功率增加到1000w。光纤放大器的出射光通过准直镜耦合输出，输出光的远场发散角小于1mrad，光束直径为10mm。
24.如图2所示，准直镜并联输出，相邻准直镜中心之间的距离相距30mm，且外壳内部通循环冷却水，通过温控单元进行控制，用于给准直镜和透射式聚焦望远镜进行降温。
25.温控单元的工作方法包括：识别冷却水通道，建立对应的冷却水通道模型，根据准直镜和透射式聚焦望远镜的位置在冷却水通道模型中标记对应准直镜辐射区和透射式聚焦望远镜辐射区，辐射区指的是在该区域对对应的透镜的降温效果好，即透镜所在的区域对应的冷却水通道区域，可以通过人工的方式进行标记，获取准直镜和透射式聚焦望远镜分别具有的温度区间，通过历史检测数据可以获得对应工作时的温度区间，分别标记为第一温度区间和第二温度区间，根据获得的第一温度区间和第二温度区间模拟具有的关联温度，通过人工的方式为每组关联温度设置对应的降温效率，即当出现该关联温度时，用什么降温效率进行降温最佳；将关联温度和降温效率进行组合建立训练集，基于cnn网络或dnn网络建立对应的效率分析模型，通过建立的训练集进行训练；实时获取当前准直镜和透射式聚焦望远镜对应的采集温度，将获得的采集温度输入到效率分析模型中，获得对应的降温效率，根据获得的降温效率判断是否需要进行冷却水温度和流速的调整，具体的是与前一降温效率进行对比判断的，具体的采用人工的方式设置对应的降温效率差值判断表，进行相应的匹配后进行判断，当判断不需要进行冷却水温度和流速的调整时，不进行调整操作；当判断需要进行冷却水温度和流速的调整时，根据获得的降温效率匹配对应的冷却水温度和流速的调整集，将每组冷却水温度和流速标记为i，其中i=1、2、
……
、n，n为正整数；为每组冷却水温度和流速匹配对应的第一能耗和第二能耗，其中第一能耗是根据冷却
水温度调整差值匹配的，第二能耗是根据流速改变差值进行匹配的，具体的可以基于cnn网络或dnn网络建立对应的能耗分析模型，通过人工的方式建立对应的训练集进行训练，通过训练成功后的能耗分析模型进行分析，获得对应的第一能耗和第二能耗，将获得的第一能耗和第二能耗分别标记为pi和li，根据公式qi=b1
×
pi b2
×
li计算对应的能耗值，其中b1、b2均为比例系数，取值范围为0《b1≤1，0《b2≤1，选择最低能耗值对应的冷却水温度和流速作为目标调整数据，根据获得的目标调整数据进行冷却水温度和流程的调整。
26.根据获得的第一温度区间和第二温度区间模拟具有的关联温度，即为根据实际情况，模拟准直镜和透射式聚焦望远镜可能同时出现的温度，即关联温度，通过对历史温度数据进行统计分析可以获得对应的关联温度。
27.根据获得的降温效率匹配对应的冷却水温度和流速的调整集，即为哪些冷却水温度和流速的组合可以达到对应的降温效率，通过对历史冷却数据进行分析，可以进行相应的组合，具体的可以基于cnn网络或dnn网络建立对应的组合分析模型，通过人工的方式进行对应的训练集进行训练，通过训练成功后的组合分析模型进行分析，获得若干组冷却水温度和流速，组合为冷却水温度和流速集。
28.波控器是一个电路模块，它给每个相控阵阵元的移相器加电压，控制每个阵元的相位改变，使n路出射激光在特定方向上发生干涉，从而实现偏转激光光束的功能。波控器通过改变移相器上的施加电压，实现不同角度的激光光束偏转，移相器响应时间为ns量级。
29.可调焦聚焦光路为透射式聚焦望远镜，由正镜和负镜两个镜片组成，镜片镀增透膜对1064nm的激光有高透过性，镜片套筒通循环冷却水降温。轴向移动负镜调节聚焦光斑的位置，可在50m-1000m内的不同距离处形成直径≤2cm的聚焦光斑。在操作中，由目标的位置决定负镜的调焦位置和相控阵的相位调制。
30.在一个实施例中，由目标的位置决定负镜的调焦位置和相控阵的相位调制的方法为直接利用现有的控制方法进行控制。
31.在另一实施例中，由目标的位置决定负镜的调焦位置和相控阵的相位调制的方法包括：建立空域坐标模型，实时获取需要打击的无人机的空间坐标，标记为打击坐标，将获得的打击坐标输入到空域坐标模型中，在空域坐标模型中实时标记对应的目标位置，即为转化后的打击坐标，实时识别空域坐标模型中的目标位置，根据识别的目标位置分析对应的负镜的调焦位置和相控阵的相位，根据获得的调焦位置和相控阵的相位进行相应的调整。
32.所述空域坐标模型是基于该设备的位置进行建立的空间坐标系，能够标记对应接收到或者采集到的需要打击的无人机空间坐标，进行相应的坐标转化后在建立的空间坐标系中进行相应的位置标记，因为获取的无人机坐标一般为基于其他坐标系获得的坐标，因此需要进行相应的坐标转换，转化为当前空间坐标系内的坐标，具体的建立和实现过程通过现有技术均可实现，因此不进行详细叙述。
33.根据识别的目标位置分析对应的负镜的调焦位置和相控阵的相位的方法包括：获取打击范围，将获得的打击范围在空域坐标模型进行相应的标记，模拟若干组目标位置可能出现的位置，并通过现有技术分析对应的负镜的调焦位置和相控阵的相位，进而建立对应的训练集，基于cnn网络或dnn网络建立对应的分析模型，通过建立的训练集
进行训练，通过训练成功后的分析模型对空域坐标模型内的目标位置进行分析，获得对应的负镜的调焦位置和相控阵的相位。
34.上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
35.以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。