[发明专利]一种内补偿光学系统及光束稳定控制方法

说明书

本发明提供一种内补偿光学系统及光束稳定控制方法，该系统包括光源、准直光学系统以及光束扩束系统，所述光源位于准直光学系统的像面位置，光束扩束系统位于准直光学系统的平行出射光路中；光源经准直光学系统准直后形成平行光束入射光束扩束系统，光束扩束系统用于将入射平行光束扩束后出射；所述光源可纵向移动以改变准直光学系统出射光束的出射角，进而补偿载体的纵摇。本发明通过改变光学系统中主要光学元件的位姿以控制条带型光束的位姿发生改变，与现有的外部稳定补偿方式通过整体转动光学系统使其发射光束位姿变化相比，本发明不需要带轴系的稳定平台，能显著降低系统高度并降低重量。并且其结构更加紧凑，大大提高了系统的适装性。

技术领域

本发明实施例涉及光学助降领域，尤其涉及一种内补偿光学系统及光束稳定控制方法。

背景技术

光学内补偿技术可用于光学着舰引导或实现相似功能的领域。飞机的着舰引导光束一般为大长宽比的条带型光束，光学补偿就通过控制该条带型光束对载机平台纵横摇运动进行实时解耦补偿以实现光束在飞行员视角中的稳定效果。

目前，现有的光学补偿技术大多采用外部稳定方式进行补偿，即将光学系统整体装载于两轴稳定平台上，该两轴平台用于抵消载体平台的纵、横摇运动。然而采用这种方式，由于装载于两轴稳定平台上的光学系统本身重量不轻，为提高两轴稳定平台自身负载能力，往往其结构尺寸和重量都比较大。同时，稳定平台转动轴系存在转动密封环节，转动密封所使用的橡胶密封圈在长时间服役后会有驰豫现象，导致轴系的回转阻力矩会降低，从而使稳定平台的伺服性能受到影响。

发明内容

本发明实施例提供一种内补偿光学系统及光束稳定控制方法，用以解决现有技术将光学系统整体装载于两轴稳定平台上，其结构复杂，尺寸和重量都较大，不便于安装使用的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种内补偿光学系统，包括光源、准直光学系统以及光束扩束系统，所述光源位于准直光学系统的像面位置，所述光束扩束系统位于准直光学系统的平行出射光路中；

所述光源经准直光学系统准直后形成平行光束入射光束扩束系统，所述光束扩束系统用于将入射平行光束扩束后出射，所述光源可纵向移动以改变准直光学系统出射光束的出射角，进而补偿载体的纵摇。

进一步，所述光束扩束系统为柱面扩束镜，所述柱面扩束镜的入射表面由上至下均匀间隔布置有若干柱面镜单元，各柱面镜单元之间为平面镜单元；

所述柱面镜单元可绕其视轴旋转，进而使柱面扩束镜的出射光束同步旋转，所述柱面扩束镜出射光束的旋转角度用于补偿载体横摇。

进一步，所述柱面镜单元的出射光张角α₀为：

当柱面镜单元的入射角为δ时，柱面镜单元的出射光张角变化量Δ为：

式中，f为柱面镜单元的焦距，s为柱面镜单元的弦长。

进一步，所述光源纵向移动h距离时，所述准直光学系统的出射光束的出射角θ₀为：θ₀＝arctan(h/f')

式中，f′为准直光学系统的焦距。

第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面所述内补偿光学系统的光束稳定控制方法，其中，所述内补偿光学系统包括光源、准直光学系统以及光束扩束系统，所述光源位于准直光学系统的像面位置，所述光束扩束系统位于准直光学系统的平行出射光路中。光束稳定控制方法包括：

移动所述光源的高低位置，以改变准直光学系统出射光束的出射角，补偿载体纵摇；

将所述柱面镜单元绕其视轴旋转，进而使柱面扩束镜的出射光束同步旋转，以补偿载体横摇。