[发明专利]一种快速高精度调焦的激光防御系统及方法

权利要求书

1.一种快速高精度调焦的激光防御系统，其特征在于，包括：主镜、倾斜调焦次镜、分束镜、哈特曼传感器、主激光发射系统、照明系统和控制器；接收光依次经过主镜反射、倾斜调焦次镜反射、分束镜反射至哈特曼传感器；发射激光依次经过分束镜透射、倾斜调焦次镜反射、主镜反射发射出系统；

所述照明系统，发射激光照明搜索区域为哈特曼传感器提供光信号；

所述主镜为光学系统的一部分，对光束起会聚作用；

所述倾斜调焦次镜为光学系统的一部分，与所述主镜组成光学接收和发射系统，为快速高精度调焦的主要器件，另外倾斜调焦次镜还具有倾斜校正的功能，可代替传统光学器件中的调焦次镜和倾斜镜；所述倾斜调焦次镜由四轴驱动器和镜面组成，四轴驱动器为包括压电陶瓷或音圈电机的快速响应驱动器，四轴驱动器长度分别为L1、L2、L3、L4，分解为以下表达式：

L1=L-ΔL_X;L2=L-ΔL_Y;L3=L+ΔL_X;L4=L+ΔL_Y；

L为四轴驱动器的平均长度，改变L即在空间上改变主镜和倾斜调焦次镜的距离实现快速调焦；另外倾斜调焦次镜还具有快速校正倾斜误差的功能，公式中ΔL_X和ΔL_Y分别表示X方向和Y方向倾斜调节量；

由所述哈特曼传感器给出倾斜和离焦误差，并通过计算得到校正量实时对接收光信号进行倾斜和离焦校正；

所述哈特曼传感器，用于探测波前倾斜和离焦，测量结果用于倾斜闭环和离焦校正闭环，经闭环校正后哈特曼传感器接收波前趋近于平面波；

所述主激光发射系统，输出1-10kW高功率单波长激光作为目标打击的主要手段，主激光发射波段与照明激光不同；工作之前需要将发射波面初始状态校准成平面波或哈特曼传感器标定波面，在经过闭环校正后主激光发射系统的激光发射点将聚焦于目标点；

所述分束镜，用于将主激光发射波段与照明波段区分开，使哈特曼传感器不受到主激光发射光的干扰；

所述控制器，用于接收哈特曼传感器的探测器信号，计算波前倾斜和离焦，控制倾斜调焦次镜进行校正，控制照明系统和主激光发射系统。

2.根据权利要求1所述的快速高精度调焦的激光防御系统，其特征在于：还包含粗跟踪系统，用于大视场扫描和低精度跟踪，所述粗跟踪系统包括粗跟踪传感器和粗跟踪执行器；所述粗跟踪传感器用于对1-5°大视场内目标的搜索和位置反馈；所述粗跟踪执行器通过粗跟踪传感器信号进行控制对目标进行粗跟踪；所述低精度是指跟踪精度优于哈特曼视场1/3，使目标进入哈特曼视场。

3.根据权利要求1所述的快速高精度调焦的激光防御系统，其特征在于：所述倾斜调焦次镜还加入包括电动平移台的大行程调节机构，用于实现大范围调焦,所述大范围调焦指调焦行程达5-100mm；所述大行程为5-100mm。

4.根据权利要求1所述的快速高精度调焦的激光防御系统，其特征在于：所述照明系统与主激光发射系统为不同波段，哈特曼传感器只对照明系统波段进行响应。

5.根据权利要求1所述的快速高精度调焦的激光防御系统，其特征在于：所述主激光发射系统能够手动调节光束发散状态和发射角，用于主激光发射初始状态的校准。

6.一种基于权利要求1-5任意之一所述快速高精度调焦的激光防御系统的激光防御方法，其特征在于，实现过程如下：

（1）首先进行系统校准，保证哈特曼传感器接收标定目标点处无波前像差，此时主激光发射系统的激光发射点聚焦于标定目标点处；

（2）校准后工作状态下通过照明系统发射照明激光，照明激光与主发射激光为不同波段；

（3）目标回波经接收光学系统接收后由哈特曼传感器测出波前像差；

（4）泽尼克系数的第一、二、三阶分别为波前像差的X方向倾斜、Y方向倾斜和离焦，其中X方向倾斜像差和Y方向倾斜像差可用于控制倾斜调焦次镜偏转，离焦像差可用于控制倾斜调焦次镜前后位移；

（5）倾斜调焦次镜由四轴驱动器和镜面组成，四轴驱动器为压电陶瓷或音圈电机快速响应驱动器，四轴驱动器具有四个驱动器，四个驱动器按圆周均匀排布，分别为第一次镜驱动器、第二次镜驱动器、第三次镜驱动器和第四次镜驱动器；

（6）四轴同时伸长或缩短时，改变倾斜调焦次镜前后位置；第一次镜驱动器伸长或缩短、第三次镜驱动器缩短或伸长时，改变一个方向上的倾斜量；同理第二次镜驱动器伸长或缩短、第四次镜驱动器缩短或伸长时，改变另一个方向上的倾斜量；

（7）控制器控制倾斜调焦次镜对倾斜和离焦像差进行校正，经校正后哈特曼传感器接收波前与标定波前相同；

（8）由于接收和发射共光路，经校正后目标点与主激光发射系统的激光发射点共轭，此时目标处功率密度最高，再反馈控制倾斜调焦次镜对焦实现目标跟踪和打击。