[发明专利]一种快速高精度调焦的激光防御系统及方法

说明书

本发明提供一种快速高精度调焦的激光防御系统及方法，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。倾斜调焦次镜为光学系统的一部分，与主镜组成光学接收和发射系统，由哈特曼传感器给出倾斜和离焦误差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；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。本发明中调焦系统相比传统调焦系统更加快速、对焦精度更高，实现更加快速和更高能量密度的激光主动防御；将倾斜镜和调焦次镜结合，节省了必要功能器件，使光学系统更加紧凑。

技术领域

本发明涉及光学仪器中光束控制技术领域，具体涉及一种快速高精度调焦的激光防御系统及方法。

背景技术

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操控的不载人飞机。20世纪90年代，西方国家充分认识到无人机在战争中的作用，纷纷采用各种新技术大力发展无人机。如今，无人机己经具有侦查、投弹、干扰等多种功能。随着军用和民用无人机的不断涌现，出于国民安全和国土安全需求，反无人机意识得以不断提升，各国早己开展这方面的研究工作。但采用传统手段抗击无人机，不仅成功率低，而且还有可能对地面和人群造成附带损伤，而激光防御是比较有效的手段之一。

在激光防御系统中，主激光破坏能力与目标处光斑能量密度成正相关，在同等光功率作用条件下，光斑直径越小，激光破坏能力越强。而主激光发射系统聚焦的准确性是影响光斑大小的主要因素。目前激光防御系统采用的对焦机构通常为采用步进电机调节次镜位置实现调焦。而步进电机对焦速度慢，可能导致目标逃逸；其次，步进电机对精度低，将导致光斑不能较好的会聚在目标上，光功率密度低破坏能力弱。所以，在激光防御系统中亟需一种新型的快速且高精度的对焦机构。

专利“一种近程激光防御系统”(201721280043.5)、“无人机载激光武器反无人机系统”(201811097389.0)、“激光防御系统和高空飞艇”(201710296422.1)都采用了激光防御，但均未提到调焦方法。专利“一种基于音圈电机控制的镜头调焦机构”(201822083742.1)利用音圈电机的快速响应特性，该发明应用于透射式镜头，单个音圈电机只能使镜片整体平移，而本发明采用四个音圈电机实现了快速调焦和倾斜校正。专利“一种显微镜快速调焦载物台装置”(201310693465.5)利用三个压电陶瓷实现离焦和倾斜调节，但调节对象为被成像物，而本发明的调节对象为次镜。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种快速高精度调焦的激光防御系统及方法，利用传统倾斜镜执行机构的快速伸缩和高精度定位等特性，将其应用在调焦次镜上，使得本发明调焦相比传统调焦系统更加快速、对焦精度更高，实现更加快速和更高能量密度更强破坏能力的激光主动防御；将倾斜镜和调焦次镜结合，节省了必要功能器件，使光学系统更加紧凑。

第一方面，本发明实施例提供了一种快速高精度调焦的激光防御系统，所述系统包括：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，四轴驱动器为压电陶瓷或音圈电机等快速响应驱动器，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；