基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法。通過光斑質(zhì)心算法求解光斑所在成像平面上的質(zhì)心坐標，利用該路光束傾斜鏡的傾斜控制同光斑移動向量之間的定量關(guān)系，求解得出該路光束需要進行的傾斜控制量，通過對傾斜鏡的控制將光斑質(zhì)心移動至成像器件靶點。通過對陣列光束的順次控制，實現(xiàn)目標在回路中各路光束共靶瞄準。不需要對光路進行精確描述和求解，控制方案簡便易行。采用的光斑質(zhì)心作為性能評價函數(shù)，簡單方便，耗時短，實時性強，且效果明顯。在衛(wèi)星跟蹤、定向能技術(shù)等領域有廣泛應用前景。
【專利說明】基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光束控制方法，尤其是一種基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光束的傾斜控制對于穩(wěn)定光束軸向位置十分重要，在天文觀測、激光通信、激光雷達、光學系統(tǒng)的跟蹤瞄準以及定向能技術(shù)等方面具有重要意義。特別在陣列光束合成系統(tǒng)中，通過對光束傾斜控制可實現(xiàn)多光束共靶瞄準。共靶瞄準對于目標在回路中合成光束的相干性控制有著至關(guān)重要的影響。目標在回路相干合成中主要采用SPGD算法對傾斜波前進行優(yōu)化式控制，當遠場各單元光斑總有重疊部分時，算法可以對傾斜誤差進行較為有效的校正。但是當各單元光束彼此完全分離時，算法的控制效果大大降低，甚至無法校正傾斜誤差。因此目標在回路中的陣列光束共靶瞄準控制技術(shù)成為了當前亟待解決的問題。目前國外進行目標在回路實驗研究的單位有美國陸軍試驗室、法國航空航天試驗室，但其對光束共靶控制的方法并未進行詳細描述。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法。該方法控制策略簡單，空間掃描范圍廣，性能可靠，耗時較短，實時性強。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
基于光斑質(zhì)心算法和單元光束控制技術(shù)，通過對陣列光束中的傾斜鏡的閉環(huán)控制，實現(xiàn)陣列光束共靶瞄準。
[0005]其特點在于:通過單元光束控制技術(shù)，對陣列光束逐個打開，通過光斑質(zhì)心算法求解光斑所在成像平面上的質(zhì)心坐標，利用該路光束傾斜鏡的傾斜控制同光斑移動向量之間的定量關(guān)系，可以求解得出該路光束需要進行的傾斜控制量，進而通過對傾斜鏡的控制將光斑質(zhì)心移動至成像器件靶點。通過對陣列光束的順次控制，可以實現(xiàn)目標在回路中各路光束共靶瞄準。
[0006]本發(fā)明實現(xiàn)陣列光束共靶瞄準的實現(xiàn)過程如下:
激光器陣列I輸出的出射光通過光束控制器陣列2、傾斜鏡陣列3后進入望遠鏡系統(tǒng)4，出射光經(jīng)過大氣傳輸至靶目標5，經(jīng)靶目標反射出來的后向散射光再通過大氣傳輸至成像器件6，成像器件將數(shù)據(jù)送入光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器7，光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器經(jīng)過質(zhì)心算法求解光斑質(zhì)心相對于成像器件中心的坐標，傾斜鏡控制器8根據(jù)求解得到的光斑質(zhì)心相對于成像器件中心的坐標和傾斜鏡的傾斜控制同光斑移動向量之間的定量關(guān)系，產(chǎn)生相應的控制信號施加到傾斜鏡陣列3上，控制傾斜鏡將光斑質(zhì)心移動至成像器件靶點。由于光斑質(zhì)心越接近成像器件中心，各路光束越接近理想靶點。通過對系統(tǒng)的閉環(huán)控制，使得陣列各光斑質(zhì)心均位于成像器件中心，實現(xiàn)陣列光束共靶瞄準。[0007]所述回路陣列采用的設備包括激光器陣列1、光束控制器陣列2、傾斜鏡陣列3、望遠鏡系統(tǒng)4、靶目標5、成像器件6、光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器7、傾斜鏡控制器8，其中，光束控制器陣列2位于激光器陣列I之后，傾斜鏡陣列3之前；望遠鏡系統(tǒng)4位于傾斜鏡陣列3之后，靶目標5之前；成像器件6位于靶目標5與光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器7之間；光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器7位于成像器件與傾斜鏡控制器8之間；傾斜鏡控制器8連接傾斜鏡陣列3。
[0008]所述激光器陣列I為共靶瞄準的各路激光的激光源構(gòu)成的陣列，激光器的個數(shù)根據(jù)實際需求而定。激光器種類不限，可以是氣體激光器、半導體激光器、固體激光器、光纖激光器等各種類型激光源；
所述光束控制器陣列2為與激光器數(shù)目相同的光束控制器組成，主要用來控制各路激光的發(fā)射與關(guān)閉；
所述傾斜鏡陣列3用來控制激光束波前傾斜，每個傾斜鏡都是電壓驅(qū)動型的可控元件，可以大范圍掃描，擴展空間調(diào)節(jié)范圍；
所述的望遠鏡系統(tǒng)4為準直擴束系統(tǒng)，聚焦位置為靶目標5 ；
所述的靶目標5為實際應用的瞄準目標，可以是角錐棱鏡、平面反射鏡、散射目標等各類目標；
所述的成像器件6種類不限，可以是CCD、CMOS相機、紅外熱像儀等成像器件；
所述的光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器7經(jīng)過相應的計算，獲得光斑質(zhì)心相對于成像器件中心的坐標，其種類不限，可以是計算機、自行設計的數(shù)字處理電路等；
所述的傾斜鏡控制器8類型不限，可以是計算機、集成電路等能夠執(zhí)行該算法控制的相關(guān)設備和器件。
[0009]所述傾斜鏡控制器8產(chǎn)生控制信號的過程為:
通過利用光束控制器得到每路光束到達成像器件的光斑信息，對于成像器件傳送的圖像信息，利用光斑質(zhì)心算法求解得出第i路光束對應的光斑質(zhì)心坐標如下:
【權(quán)利要求】
1.基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法，通過對陣列光束中的傾斜鏡的閉環(huán)控制，實現(xiàn)陣列光束共靶瞄準，其特征在于:采用光斑質(zhì)心算法求解光斑所在成像平面上的質(zhì)心坐標，利用該路光束傾斜鏡的傾斜控制同光斑移動向量之間的定量關(guān)系，求解得出該路光束需要進行的傾斜控制量，進而對傾斜鏡進行控制將光斑質(zhì)心移動至成像器件靶點，對陣列光束順次控制，實現(xiàn)目標在回路中各路光束共靶瞄準； 實現(xiàn)過程如下: 激光器陣列(I)輸出的出射光通過光束控制器陣列(2)、傾斜鏡陣列(3)后進入望遠鏡系統(tǒng)(4)，出射光經(jīng)過大氣傳輸至靶目標(5)，經(jīng)靶目標反射出來的后向散射光再通過大氣傳輸至成像器件(6 )，成像器件將數(shù)據(jù)送入光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器(7 )，光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器經(jīng)過求解光斑質(zhì)心相對于成像器件中心的坐標，傾斜鏡控制器(8)根據(jù)求解得到的光斑質(zhì)心相對于成像器件中心的坐標和傾斜鏡的傾斜控制同光斑移動向量之間的定量關(guān)系,產(chǎn)生控制信號施加到傾斜鏡陣列(3)上，控制傾斜鏡將光斑質(zhì)心移動至成像器件靶點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法，其特征在于，所述傾斜鏡控制器(8)產(chǎn)生控制信號的過程為: 通過利用光束控制器得到每路光束到達成像器件的光斑信息，對于成像器件傳送的圖像信息，利用光斑質(zhì)心算法求解得出第i路光束對應的光斑質(zhì)心坐標如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法，其特征在于，所述回路陣列采用的設備包括激光器陣列(I )、光束控制器陣列(2)、傾斜鏡陣列(3)、望遠鏡系統(tǒng)(4)、靶目標(5)、成像器件(6)、光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器(7)、傾斜鏡控制器(8)，其中，光束控制器陣列(2)位于激光器陣列(I)之后，傾斜鏡陣列(3)之前；望遠鏡系統(tǒng)(4)位于傾斜鏡陣列(3)之后，靶目標(5)之前；成像器件(6)位于靶目標(5)與光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器(7)之間；光斑質(zhì)心坐標產(chǎn)生器(7)位于成像器件與傾斜鏡控制器(8)之間；傾斜鏡控制器(8)連接傾斜鏡陣列(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法，其特征在于，所述激光器陣列(I)激光器的個數(shù)根據(jù)實際需求而定，激光器種類不限。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法，其特征在于，所述光束控制器陣列(2 )為與激光器數(shù)目相同的光束控制器組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法，其特征在于，所述傾斜鏡陣列(3)采用電壓驅(qū)動型的元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光斑質(zhì)心計算的目標在回路陣列光束共靶瞄準控制方法，其特征在于，所述的望遠鏡系統(tǒng)(4)為準直擴束系統(tǒng)，聚焦位置為靶目標(5)。
【文檔編號】G02B26/08GK103837982SQ201410115821
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】支冬, 馬閻星, 司磊, 吳武明, 寧禹, 羅成, 王小林, 周樸, 許曉軍, 陳金寶, 劉澤金 申請人:中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學