一种激光导引头及其导引方法

摘要

本发明公开了一种激光导引头及其导引方法，导引头安装于飞行器上，用于捕捉和锁定目标，包括四象限PIN激光探测器和APD激光探测器，所述四象限PIN激光探测器和APD激光探测器安装在同一个机架上，APD激光探测器设置在四象限PIN激光探测器的前端用于捕捉远距离目标，所述四象限PIN激光探测器用于近距离锁定所捕捉的目标；由于采用的组合探测器设计方案，使激光半主动导引头的探测识别距离达到了10km以上的程度。从而保证了在完全国产化器件的基础了，不增加激光照射器的照射能量的前提下，提高了导引头的作用距离。大大降低了整个飞行器跟踪系统及激光半主动导引头的重量、设计难度以及成本。具有设计可靠，成本合理，易于批量生产等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及的激光半主动导引头光学系统，特别涉及一种激光导引头及其导引方法，采用了组合探测器设计方案，使激光半主动导引头的探测识别距离达到了10km以上。

背景技术

目前，美国等发达国家激光半主动导引头采用四象限APD激光探测器。但是批量满足导引头使用四象限APD激光探测器技术难度非常大，目前只要少数发达国家掌握能够批量生产。而且这些国家对中国的此类探测器是完全禁运的。况且APD激光探测器使用技术难度大，需要对输出信号进行温度补偿，导引头盲区大。由于我国没有批量生产的能力，所以无法应用于激光导引头领域。

由于满足导引头使用四象限APD激光探测器设计、生产、应用难度大，我国目前根本不具备自主生产的能力，所以导引头只能使用四象限PIN激光探测器。这种探测器技术成熟，应用广泛。但是PIN激光导引头同时也存在着一个明显的缺点：如果使用单兵激光照射器，导引头作用距离只能达到2~3km。即使使用机载激光照射器，导引头作用距离只能达到5~6km。

发明内容

本发明的目的提出一种激光导引头及其导引方法，采用了组合探测器设计方案，使激光半主动导引头的探测识别距离达到10km以上的程度。从而保证了在完全国产化器件的基础了，不增加激光照射器的照射能量的前提下，提高了导引头的作用距离；大大降低了整个使用系统及激光半主动导引头的重量、设计难度、成本；具有设计可靠，成本合理，易于批量生产等优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种激光导引头，安装于飞行器上，用于捕捉和锁定目标，包括四象限PIN激光探测器和APD激光探测器，其中，所述四象限PIN激光探测器和APD激光探测器安装在同一个机架上，APD激光探测器设置在四象限PIN激光探测器的前端用于捕捉远距离目标，所述四象限PIN激光探测器用于近距离锁定所捕捉的目标。

方案进一步是：在所述APD激光探测器前端设置有一个通过单一峰值波长的光学滤波整流罩，整流罩同时用于所述APD激光探测器和四象限PIN激光探测器的光学滤波。

方案进一步是：所述APD激光探测器是APD点源激光探测器。

方案进一步是：所述四象限PIN激光探测器和APD激光探测器分别连接有各自独立的透射式光学接收系统，透射式光学接收系统与一个导向控制器连接。

方案进一步是：所述机架安装设置有一个内凹弧面的主反射镜，主反射镜中央设置有透孔，透孔与在机架上设置的一个腔体连通，所述四象限PIN激光探测器设置在腔体中，沿主反射镜周边的机架向主反射镜中央前方伸出有支撑筋，支撑筋的顶端设置有支座，支座正对主反射镜中央透孔，APD激光探测器安装设置在支座上；所述APD激光探测器背面支座朝向透孔面设置有一次反射镜，所述主反射镜接收透过光学滤波整流罩的光信号，并将其反射到一次反射镜，一次反射镜将接收的光信号通过所述透孔反射至所述四象限PIN激光探测器的光敏传感器光敏面上，在所述APD激光探测器前端安装设置有透射式镜头组。

方案进一步是：所述透射式镜头组由两片透镜前后设置组成，两片透镜将透过光学滤波整流罩的被跟踪目标的激光束折射至APD激光探测器的光敏传感器光敏面上。

方案进一步是：所述支撑筋是三根沿主反射镜周边机架等距离设置的向主反射镜中央前方伸出形成的三角形支撑筋。

方案进一步是：所述单一峰值波长为1.06ｕm。

一种基于激光导引头的目标跟踪导引方法，所述激光导引头安装于飞行器上，激光导引头包括安装在同一个机架上的四象限PIN激光探测器和APD激光探测器，所述四象限PIN激光探测器和APD激光探测器分别连接有各自独立的透射式光学接收系统，透射式光学接收系统与一个导向控制器连接，所述APD激光探测器设置在四象限PIN激光探测器的前端用于捕捉远距离目标，所述四象限PIN激光探测器用于近距离锁定所捕捉的目标；所述目标跟踪导引方法是：所述四象限PIN激光探测器和APD激光探测器同时接收确定的跟踪目标指令；首先由APD激光探测器搜寻目标反射光信号，APD激光探测器将搜寻到的目标反射光信号送至飞行器导向控制器，引导飞行器跟踪接近目标，飞行器跟踪接近目标的距离使得四象限PIN激光探测器接收到了目标反射光信号，则PIN激光探测器向导向控制器发出目标的坐标信息锁定所捕捉的目标。

方案进一步是：在所述APD激光探测器前端设置有一个通过单一峰值波长的光学滤波整流罩，整流罩同时用于所述APD点源激光探测器和四象限PIN激光探测器的光学滤波。

本发明的有益效果是：由于采用的组合探测器设计方案，使激光半主动导引头的探测识别距离达到了10km以上的程度。从而保证了在完全国产化器件的基础了，不增加激光照射器的照射能量的前提下，提高了导引头的作用距离。大大降低了整个飞行器跟踪系统及激光半主动导引头的重量、设计难度以及成本。具有设计可靠，成本合理，易于批量生产等优点。

下面结合附图和实施例对发明作一详细描述。

附图说明

图1为激光导引头结构示意图；

图2为激光导引头机架结构示意图；

图3为PIN激光探测光路示意图；

图4为APD激光探测光路示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种激光导引头，安装于飞行器上，用于捕捉和锁定目标，如图1所示，所述激光导引头包括四象限PIN激光探测器1和APD激光探测器2，其中，所述四象限PIN激光探测器和APD激光探测器安装在同一个机架3上，APD激光探测器设置在四象限PIN激光探测器的前端用于捕捉远距离目标，所述四象限PIN激光探测器用于近距离锁定所捕捉的目标。

由于APD点源激光探测器技术成熟，并且已大量应用于激光测距等技术领域，测距距离可达10km以上，且价格低廉。但是点源激光探测器单独使用在激光导引头领域，导引头难以产生用于精确制导的目标视线角速度信号，而四象限PIN激光探测器却是一个可以产生用于精确制导的目标视线角速度信号的产品，相对于四象限APD激光探测器技术难度要低得多，并且技术成熟应用广泛。而四象限PIN激光探测器也是一种成熟技术，但是四象限PIN激光探测器用于导引头作用距离只能达到2~3km，因此，本实施例方案前置安装APD探测器，后置安装PIN四象限激光探测器，两种探测器具有各自独立的光学接收组件。由于采用的组合探测器设计方案，使激光半主动导引头的探测识别距离达到了10km以上的程度。从而保证了在完全国产化器件的基础了，不增加激光照射器的照射能量的前提下，提高了导引头的作用距离。大大降低了整个飞行器跟踪系统及激光半主动导引头的重量、设计难度以及成本。具有设计可靠，成本合理，易于批量生产等优点。

四象限PIN激光探测器光学接收系统采用卡塞格林折反射式光学系统，安装在后置探测器腔体中；APD点源激光探测器采用独立的透射式光学系统安装在前置探测器腔体中。由于两个探测器的光学系统独立，况且两种独立的光学接收系统已经成熟应用于多种产品中，所以技术实现上没有困难。

实施例中：为了减少杂波对探测器的干扰，在所述APD激光探测器前端设置有一个通过单一峰值波长的光学滤波整流罩4，整流罩同时用于所述APD点源激光探测器和四象限PIN激光探测器的光学滤波；本实施例采用的所述单一峰值波长为1.06ｕm；只有峰值波长为1.06ｕm能够透射入光学系统，杂波被光学整流罩滤除。

如上所述：所述APD激光探测器采用的是APD点源激光探测器。并且，所述四象限PIN激光探测器和APD激光探测器分别连接有各自独立的透射式光学接收系统，透射式光学接收系统与一个导向控制器连接；透射式光学接收系统将目标捕捉信息传递至一个导向控制器。

实施例中：如图1和图2所示，所述机架安装设置有一个内凹弧面的主反射镜5（可以通过在内凹弧面涂覆反射涂料实现），主反射镜中央设置有透孔6，透孔与在机架上设置的一个腔体7（后置探测器腔体）连通，所述四象限PIN激光探测器设置在后置探测器腔体中，沿主反射镜周边的机架向主反射镜中央前方伸出有支撑筋8，支撑筋的顶端设置有支座9，支座正对主反射镜中央透孔，APD激光探测器安装设置在支座上；所述APD激光探测器背面支座朝向透孔面设置有一次反射镜10（同样可以通过涂覆反射涂料实现），如图3所示，所述主反射镜接收透过光学滤波整流罩的光信号，并将其反射到一次反射镜，一次反射镜将接收的光信号通过所述透孔反射至所述四象限PIN激光探测器的光敏传感器光敏面101上，紧跟着光敏面是聚焦面102；平行的漫反射激光束经过整流罩后，首先入射到主反射镜上，经过一次反射汇聚于次反射镜上，再经过次反射镜反射后，投射至探测器光敏面上。探测器感应到激光后，输出表征激光能量的电压信号；在所述APD激光探测器前端安装设置有透射式镜头组。

其中：如图4所示，所述透射式镜头组由两片透镜，透镜一11和透镜二12前后设置组成，两片透镜将透过光学滤波整流罩的被跟踪目标的激光束折射至APD激光探测器的光敏传感器光敏面201上，紧跟着光敏面是聚焦面202。平行的漫反射激光束经过整流罩后，按光路图4所示光路进入APD探测器透射式镜头组，通过透镜汇聚后，投射至探测器光敏面上，探测器感应到激光后，输出表征激光能量的电压信号。

两种探测器分段信息融合思路：APD点源激光探测器,能够轻松实现10km的作用距离。目标距离导引头超过四象限PIN激光探测器探测距离时，由APD激光探测器探测识别目标；当目标进入PIN激光探测器的识别范围后，由PIN激光探测器识别、跟踪目标，并输出用于精确制导的指令，直至击中目标。

实施例中：如图2所示，所述支撑筋是三根沿主反射镜周边机架等距离设置的向主反射镜中央前方伸出形成的三角形支撑筋。

实施例2：

一种基于实施例1所述激光导引头的目标跟踪导引方法，因此实施例1的内容也应作为本实施例的内容。如实施例1所述，所述激光导引头安装于飞行器上，激光导引头包括安装在同一个机架上的四象限PIN激光探测器和APD激光探测器，所述四象限PIN激光探测器和APD激光探测器分别连接有各自独立的透射式光学接收系统，透射式光学接收系统与一个导向控制器连接，所述APD激光探测器设置在四象限PIN激光探测器的前端用于捕捉远距离目标，所述四象限PIN激光探测器用于近距离锁定所捕捉的目标；所述目标跟踪导引方法是：所述四象限PIN激光探测器和APD激光探测器同时接收确定的跟踪目标指令；首先由APD激光探测器搜寻目标反射光信号，APD激光探测器将搜寻到的目标反射光信号送至飞行器导向控制器，引导飞行器跟踪接近目标，飞行器跟踪接近目标的距离使得四象限PIN激光探测器接收到了目标反射光信号，则PIN激光探测器向导向控制器发出目标的坐标信息锁定所捕捉的目标。

实施例中：在所述APD激光探测器前端设置有一个通过单一峰值波长的光学滤波整流罩，整流罩同时用于所述APD点源激光探测器和四象限PIN激光探测器的光学滤波，所述单一峰值波长为1.06ｕm。