[发明专利]一种基于哈特曼调焦的激光防御系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于哈特曼调焦的激光防御系统及方法，包括：主镜、调焦次镜、倾斜镜、分束镜、哈特曼传感器、主激光发射系统、照明系统和控制器；所述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，调焦次镜作为调焦的主要执行器件；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。目前常用的图像处理聚焦方式易受环境光影响、无法定量计算出聚焦偏差和方向、算法计算量大且收敛性差可能导致无法稳定聚焦、聚焦时间长可能导致目标逃逸。采用哈特曼传感器代替倾斜跟踪传感器探测波前像差，相比原图像算法计算过程简单、稳定性好，可定量探测波前倾斜和离焦从而实现快速聚焦。

技术领域

本发明涉及光学仪器中光束控制技术领域，具体涉及一种基于哈特曼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聚焦方式是通过图像处理的方式进行聚焦。图像处理聚焦以目标上光斑大小或灰度为依据进行调焦。这种聚焦方式易受环境光影响，在高对比度等复杂光环境下无法准确提取光斑特征；无法定量计算出聚焦偏差和方向，需要进行多次迭代；算法计算量大且收敛性差，可能导致无法稳定聚焦；聚焦时间长，可能导致目标逃逸。所以，在激光防御系统中亟需一种新型的快速聚焦方法。

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，但均未提到聚焦方法。专利“一种基于高精度双波长强激光的要地防御系统”(201820945635.2)中采用激光测距的方法进行聚焦，相比传统图像聚焦的方式快速很多，但系统复杂、激光雷达成本高。国内的未见将哈特曼传感器用于激光防御聚焦案例。本发明采用哈特曼进行聚焦，同时实现了倾斜跟踪，使系统更加紧凑、结构更加简单。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于哈特曼调焦的激光防御系统。因哈特曼可测量波前倾斜离焦等像差，通过引入低阶哈特曼传感器代替传统位置探测传感器，测量目标的倾斜和离焦像差，实现目标跟踪和激光束快速地聚焦和打击。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于哈特曼调焦的激光防御系统，所述系统具体包括：主镜、调焦次镜、倾斜镜、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、调焦次镜反射、倾斜镜反射、分束镜透射至哈特曼传感器；发射激光依次经过分束镜反射、倾斜镜反射、调焦次镜反射、主镜反射发射出系统；

所述主镜，为光学系统的一部分，对光束起会聚作用；

所述调焦次镜，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，调焦次镜作为调焦的主要执行器件，调焦量由所述哈特曼测得；

所述倾斜镜，在光路中起到光束倾斜校正的作用，由哈特曼给出倾斜误差通过计算得到校正量实时对接收光信号进行倾斜校正，倾斜校正量由所述哈特曼测得；

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不受到主激光发射光的干扰；

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接收波前趋近于平面波；