一种基于红外导引的机载编队激光通信测距装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于红外导引的机载编队激光通信测距装置，属于电子通信技术领域。

背景技术：

飞机编队飞行是空中兵力部署的重要战术之一，在飞机编队飞行时飞机间依靠无线电进行通信，但在无线电静默期间各个飞机间通信是一直难以解决的问题。现有的激光通信具有通信容量大、传输距离远、抗干扰性能好、保密性优等特点，可替代现有的无线电通信，将改变现有的通信体制，给空间信息传输领域带来革命性变化。

现有的激光通信技术主要通过转台或大口径摆镜进行光束控制，通过光束捕获跟踪实现点对点激光链路的建立和保持，在实现链路稳定维持后，通过激光光束进行通信信号传输。在飞机上安装多个终端，可实现多向激光通信，在飞机编队飞行过程中组成通信网络，实现各个飞机间信息实时保密传输。但由于现有的激光通信装置重量过大(单套装置一般在10公斤以上)，不适合编队飞行要求的多套安装，并且现有的激光通信装置对瞄准无遮挡范围要求高，需要突出于飞机表面，很难实现与飞机表面共形，不易于飞机隐蔽等缺点，因此激光通信技术至今没有在飞机编队飞行通信系统中得到应用。因此，提供一种基于红外导引的机载编队激光通信测距装置来解决上述问题，将现有的激光通信技术应用于飞机编队飞行通信系统中是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有的激光通信技术无法应用于飞机编队飞行通信系统中的问题，提出了一种基于红外导引的机载编队激光通信测距装置，实现了飞机编队飞行时的高速、保密和抗干扰通信。

本实用新型的技术方案：

一种基于红外导引的机载编队激光通信测距装置，包括红外探测装置、跟踪摆镜、激光光源、发射准直镜、光探测器、接收聚焦镜头、数据处理单元、导线和光纤，所述的红外探测装置、发射准直镜和接收聚焦镜头并列放置，并且发射准直镜的光轴和接收聚焦镜头的光轴互相平行，跟踪摆镜置于并列放置后的红外探测装置、接收聚焦镜头和发射准直镜的上方，所述的接收聚焦镜头以镜头焦面为安装面固定安装在光探测器的光敏面上；激光光源和发射准直镜通过光纤建立传输连接，数据处理单元与光探测器通过导线建立传输连接，激光光源和数据处理单元并列放置。

优选的：所述的红外探测装置的探测波段为1.5-5.4μm，分辨率为640×512，像素尺寸为15μm，频率为375Hz。

优选的：所述的跟踪摆镜的摆镜口径为25mm×60mm，厚度为8mm，扭矩为0.22N-m，摆镜的摆动角度范围为±10°，摆镜材料为石英玻璃，石英玻璃表面镀有金属反射膜，跟踪摆镜的镜面与发射准直镜的光轴间的夹角为45°。

优选的：所述的激光光源发出的激光波长为1550nm。

优选的：所述的发射准直镜的口径为1mm，焦距为3mm。

优选的：所述的光探测器的光敏面直径为0.5mm，光敏面的中轴线与接收聚焦镜头的光轴在同一条直线上。

优选的：所述的接收聚焦镜头的口径为10mm，波长为1550nm，焦距为15mm，镜头表面镀有增透膜。

优选的：所述的数据处理单元的主频为1.6GHz，功率为80W。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型涉及一种基于红外导引的机载编队激光通信测距装置，通过探测对方飞机发动机的红外辐射，使用红外探测器将检测到的红外信号方位作为捕获跟踪导引参考，直接通过跟踪摆镜进行开环瞄准，实现激光通信与测距和红外告警功能的集成，并且本装置的空间光信号采用了收发分离设计，简化了激光通信装置光路。本装置的工作角度范围±20°，装置质量约3kg，通信距离10km以上，通信数据率10Mbps，测距精度5cm，与现有的激光通信终端相比，该装置具有体积小、重量轻和与飞机表面共形等优点，适合编队飞行要求的多套安装，可满足机载光通信设备的小型化、功能集成化等应用需求，适用于无线电静默下飞机编队飞行通信。

附图说明

图1是基于红外导引的机载编队激光通信测距装置的结构示意图

图中1-红外探测装置，2-跟踪摆镜，3-激光光源，4-发射准直镜，5-光探测器，6-接收聚焦镜头，7-数据处理单元，8-导线，9-光纤。

具体实施方式

结合附图1说明本实用新型具体实施方式：本实用新型一种基于红外导引的机载编队激光通信测距装置，包括红外探测装置1、跟踪摆镜2、激光光源3、发射准直镜4、光探测器5、接收聚焦镜头6、数据处理单元7、导线8和光纤9，所述的红外探测装置1、发射准直镜4和接收聚焦镜头6并列放置，并且发射准直镜4的光轴和接收聚焦镜头6的光轴互相平行，跟踪摆镜2置于并列放置后的红外探测装置1、接收聚焦镜头6和发射准直镜4的上方，跟踪摆镜2的镜面与发射准直镜4的光轴间的夹角为45°所述的接收聚焦镜头6以镜头焦面为安装面固定安装在光探测器5的光敏面上；激光光源3和发射准直镜4通过光纤9建立传输连接，数据处理单元7与光探测器5通过导线8建立传输连接，激光光源3和数据处理单元7并列放置。如此设置，利用红外探测装置1检测到的红外信号方位作为捕获跟踪导引参考，实现捕获跟踪，简化了激光通信装置整体结构。

所述的红外探测装置1为Tigris-640-InSb型号的红外探测器，该探测器的探测波段为1.5-5.4μm，分辨率为640×512，像素尺寸为15μm，频率为375Hz。如此设置，红外探测装置1放置于跟踪摆镜2的下方，对方飞机发动机辐射出的红外光束通过跟踪摆镜2的反射进入到红外探测装置1，红外探测装置1通过图像处理完成对对方飞机位置的判断。

所述的跟踪摆镜2的电机型号为XVRA22-030-00N，摆镜口径为25mm×60mm，厚度为8mm，扭矩为0.22N-m，摆镜的摆动角度范围为±10°，摆镜材料为石英玻璃，石英玻璃表面镀有金属反射膜。

所述的激光光源3发出的激光波长为1550nm。激光光源3采用华为SFP-GE-T型激光光源。

所述的发射准直镜4的口径为1mm，焦距为3mm。如此设置，发射准直镜4通过光纤8与激光光源3建立连接安装，激光光源3发出激光信号通过发射准直镜4正经后经过跟踪摆镜2的反射后发送到对方飞机的基于红外导引的机载编队激光通信测距装置上。

所述的光探测器5的光敏面直径为0.5mm，光敏面的中轴线与接收聚焦镜头6的光轴在同一条直线上。光探测器5为LSIPD-UL0.5型号的光探测器，波长范围为800nm～1700nm，暗电流为3pA，响应率为0.9mA/mW，饱和功率为6mW。如此设置，光探测器5放置在接收焦距镜头6的焦面上，光探测器5的光敏面中心与接收焦距镜头6的镜头光轴对准，对方飞机发射的激光信号经过跟踪摆镜2反射后通过接收焦距镜头6聚焦在光探测器5的光敏面上，光探测器5将聚焦后的光信号转化为电信号。

所述的接收聚焦镜头6的口径为10mm，波长为1550nm，焦距为15mm，镜头表面镀有增透膜。如此设置，接收焦距镜头6可将接收到的激光信号聚焦在光探测器5的光敏面上。

所述的数据处理单元7的主频为1.6GHz，功率为80W。数据处理单元7的型号为HP rx7640rx8640。如此设置，光探测器5与数据处理单元7通过导线8建立传输连接，光探测器5将聚焦后的光信号转化为电信号后通过到导线将电信号传输给数据处理单元7，数据处理单元7完成电信号的处理获得对方飞机的通信和距离信息。

基于红外导引的机载编队激光通信测距装置的通信工作工程：对方飞机发动机辐射的红外光线经过跟踪摆镜2的反射进入红外探测装置1，红外探测装置1经过成像并做图像处理计算出对方飞机的精确方位，然后跟踪摆镜2根据计算出的对方飞机位置进行光束开环跟踪；激光光源3发射通信激光束后，通过光纤9传输至发射准直镜4，经过发射准直镜4的准直和跟踪摆镜2的反射后，发送直对方飞机的基于红外导引的机载编队激光通信装置，完成向对方飞机发送通信激光束信号；对方飞机发射的通信激光束经过跟踪摆镜2的反射，通过接收聚焦镜头6聚焦至光探测器5上，光探测器将光信号转化为电信号，经过导线8将电信号传输给数据处理单元7，数据处理单元7完成电信号的处理获得对方飞机的通信和距离信息。

基于红外导引的机载编队激光通信测距装置的测距工作过程：编队飞行的飞机间每隔一段固定时间同时相向发射并接收激光脉冲序列，飞机则可以对发射和接收脉冲的时间进行处理获得距离信息。根据现有的器件水平，时间测量的分辨率理论值为10ps，考虑到测距系统中，FPGA门延迟时间受温度、电压波动等因素影响，实际的测量精度一般为300ps，对应的光程约为9cm左右考虑平台干扰等影响因素，采用一次发送多个测距信号来实现平均测量，同时可进一步提高测量精度，来满足测距5cm(1σ)的精度要求，此时分辨率可达2cm。

本装置的接收天线口径为10mm，发射天线口径为1mm，跟踪瞄准角度范围±20°，收发通信数据率为10Mbps，测距精度为5cm，激光波长为1550nm，光束发散角±0.15°，探测视域±0.15°，工作角度范围±20°，装置质量约3kg，通信距离为10km以上。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。