[发明专利]用于无人机的激光通信与跟瞄系统在审

专利信息
申请号: 201811590224.7 申请日: 2018-12-25
公开(公告)号: CN109474330A 公开(公告)日: 2019-03-15
发明(设计)人: 秦晓飞;郑超阳;吴承梓;张一鹏;郭海洋 申请(专利权)人: 上海理工大学
主分类号: H04B7/185 分类号: H04B7/185;H02J50/30;G01S19/24
代理公司: 上海申汇专利代理有限公司 31001 代理人: 徐颖
地址: 200093 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 激光通信 主控计算机 能量传输 跟踪 能量传输效率 输出最大功率 无线激光通信 光路子系统 控制和调整 实时传输到 通信子系统 液晶显示器 太阳能电池 瞄准 储能设备 飞行姿态 结构特性 入射激光 远程激光 运动目标 信标光 信号光 中继 充电 终端 保证
【说明书】:

发明涉及一种用于无人机的激光通信与跟瞄系统,光电跟瞄子系统跟踪和定位无人机后,通过中继光路子系统将通信子系统发出的信标光和信号光送无人机,同时接收无人机信号,实现了无人机与主控计算机的无线激光通信,将无人机的位置以及飞行姿态实时传输到带有液晶显示器的主控计算机终端。在对运动目标进行能量传输时,跟踪瞄准精度很高,并且能量传输效率稳定,实现了无人机激光通信与跟踪瞄准,能够充分结合无人机的结构特性进行远程激光充电。其高精度的实时跟瞄系统可为无人机提供不间断的电力,不需要人为的控制和调整入射激光的角度,可以保证太阳能电池始终输出最大功率,从而能大大减少机上的储能设备,能量传输稳定。

技术领域

本发明涉及一种通信跟踪技术,特别涉及一种用于无人机的激光通信与跟瞄系统。

背景技术

近年来,空中飞行器,尤其是小型飞行器技术发展迅速,目前小型飞行器续航能力有限,需要定期降落充电,会影响其工作效率,为了提高无人机的续航时间,使用激光进行充电也就成为了人们新的选择。就目前激光充电技术而言,仍然面临亟待解决的技术问题,例如激光角度衰竭系数大,难以保证激光正入射条件,使得能量传输效率较低,造成大量能量损耗。

随着科学技术的不断发展,激光无线传能技术已广泛应用于人们的日常生活、工作以及工业中,为人们的生活带来了极大的便利,且近年来大功率激光技术和高效率光电转换技术的发展,为激光无线能量传输技术的进一步研究提供了坚实的基础。激光无限能量传输技术是以大功率激光光束为能量介质,利用光电效应实现能量传输。由于激光光束的发散角度小和能量密度大,可以实现远距离大功率传输,接收设备的尺寸远小于微波传能系统,便于集成到小型设备中,且不产生射频干扰。其中,跟踪瞄准系统是激光传能系统的关键子系统,跟踪瞄准精度直接决定了激光能量传输的效率。尤其是当目标系统即接收激光能量的系统是移动目标例如无人机或空间航天器等时,精度低的跟踪瞄准系统会导致部分激光光束“脱靶”,以使部分光电池板没有接收到激光辐照,造成能量的损失,直接导致能量传输效率降低。

发明内容

本发明是针对激光传能系统存在的问题,提出了一种用于无人机的激光通信与跟瞄系统,在对运动目标进行能量传输时,跟踪瞄准精度很高,并且能量传输效率稳定,实现了无人机激光通信与跟踪瞄准,能够充分结合无人机的结构特性进行远程激光充电。

本发明的技术方案为:一种用于无人机的激光通信与跟瞄系统,包括光电跟瞄子系统、中继光路子系统和通信子系统,

光电跟瞄子系统包括粗跟踪控制子系统和精跟踪控制子系统,其中粗跟踪控制子系统通过GPS引导自动捕获,以大视场相机对目标通信终端进行定位,采用两轴稳定跟踪伺服转台作为执行机构,完成扫描捕获目标以及对目标大角度低频扰动的跟踪补偿后将跟踪信号送入精跟踪控制子系统,精跟踪控制子系统以高帧频小视场相机对光斑进行高精度快速定位,以PZT振镜作为光束偏转机构,实现对小角度高频扰动的精密跟踪,补偿粗跟踪的残留误差;

中继光路包括透射式望远镜、双色分光片、分光片和透镜,PZT振镜位置调整到位后,透射式望远镜将无人机信标光和信号光接收进入中继光路;PZT振镜反射通过双色分光片将信号光与信标光的分路,信号光通过分光片反射和透镜聚焦进入通信子系统中信号光接收送通信子系统,信标光通过透镜聚焦进入精跟踪相机定位;系统通信子系统发射出的信号光射透过分光片再经过双色分光片反射,与透过双色分光片的系统通信子系统发射出的信标光合并后经过PZT振镜反射进入透射式望远镜,将信号光和信标光送出;

通信子系统以主控计算机为控制中心,完成信标光和信号光信号的接收、发射、调制和解调,分别通过D/A卡输出电压控制伺服转台速度和PZT振镜位置,通过千兆网口和USB接口获取粗跟踪和精跟踪控制子系统中相机数据;通过串口送激光器功率、电源模块和通信子系统工作模式信号。

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