一种随动激光半主动导引镜头探测系统及方法与流程

本发明属于电子信息技术领域，涉及激光探测领域，具体涉及一种随动激光半主动导引镜头探测系统及方法。

背景技术：

激光制导主要是采取三种制导方式：激光半主动制导、激光主动制导和激光驾束制导。激光半主动制导是激光制导体系中发展最早，技术最成熟，应用较广的一种制导方式。它的工作过程是利用独立的激光照射器照射指定目标，由弹上导引头接收目标发射的激光回波信号，由四象限探测器接收光信号，在经过信号处理系统后进行制导。目前，在国内的基于四象限探测系统的激光制导系统存在装调复杂，且主镜筒内包括3片以上镜片，设计复杂，因此研发一款镜片少，装调简单的激光制导光学系统是未来的发展方向。

技术实现要素：

本发明提供了一种随动激光半主动导引镜头探测系统及方法，以解决现有技术中的问题，本发明使用2片镜片(一片非球面和一片球面)，易于实施，装置装调简单，四象限探测器输出电信号稳定。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种随动激光半主动导引镜头探测系统，包括镜筒以及设置于镜筒内部的光学系统，所述光学系统包括沿光线输入至输出方向依次设置的滤光片、透镜a、透镜b、四象限探测器，所述透镜a为非球面镜，透镜b为球面镜，且透镜a与透镜b之间的空气距离为4.3mm。

进一步地，所述镜筒的前侧连接有用于固定滤光片的滤光片固定圈，镜筒的内部设置有第一压圈和第二压圈，所述透镜a固定在第一压圈和第二压圈之间，透镜b固定在第二压圈与镜筒内部的凸台之间，镜筒的后侧设置有用于固定四象限探测器的四象限探测器固定结构。

进一步地，所述四象限探测器固定结构包括连接在镜筒内侧的探测器调节圈以及连接在镜筒后侧的探测器压圈，探测器调节圈和探测器压圈之间设置有探测器固定圈和探测器定位圈，且探测器调节圈和探测器固定圈之间设有一或多片探测器调整垫片。

进一步地，四象限探测器通过螺丝与探测器固定圈固定。

进一步地，滤光片固定圈通过螺纹固定在镜筒的最前端。

一种随动激光半主动导引镜头探测方法，当激光照射到目标后产生漫反射，首先漫反射光通过滤光片，滤掉杂散光，只有特定波段的激光通过，然后再通过非球面透镜a和球面透镜b，使特定波段的激光会聚于四象限探测器的感光表面上，同时把激光光斑转换成电信号，通过分析光斑在四象限探测器光敏面上的分布状况来获取目标的位置信息，实现对目标的跟踪和逼近。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

传统的随动激光半主动导引镜头探测系统使用3片球面镜片，因为2片镜片没有能力完全使通过镜筒的激光会聚在四象限探测器上，只有3片球面镜片才可以做到，而且第3片镜片直径比较小，没法直接与镜筒固定，必须使用一个镜片卡套，使第3个镜片固定在镜片卡套上，再与镜筒固定，结构复杂，本发明仅使用2片镜片，即1片非球面透镜和1片球面透镜，区别于传统的方法，传统的球面镜的镜片曲率半径是一个定值，而本发明采用的非球面的镜片曲率半径会发生变化，这样的话，可以人为的控制非球面镜片的聚光能力，即1片非球面镜片的效果等同于传统2片球面镜的会聚激光能力，易于实施，装置装调简单，四象限探测器输出电信号稳定，四象限探测光学系统起着收集、会聚激光能量的作用，探测器接收目标反射的激光信号将微弱光信号转换为电信号，通过分析光斑在探测器光敏面上的分布状况来获取目标的位置信息，实现对目标的跟踪和逼近，有位置分辨率高，响应速度快等优点。

本发明方法中，激光照射到目标后产生漫反射，首先漫反射光通过滤光片，滤掉大部分杂散光，只有特定波段的激光通过，然后再通过非球面透镜a和球面透镜b，使特定波段的激光会聚于四象限探测器感光表面上，同时把激光光斑转换成电信号。通过分析光斑在探测器光敏面上的分布状况来获取目标的位置信息，实现对目标的跟踪和逼近，有位置分辨率高，响应速度快等优点。

附图说明

图1为本发明光学系统结构示意图；

图2为本发明光学系统光斑足迹图，其中(a)是0°视场的光斑情况，(b)是2.5°视场的光斑情况，(c)是15°视场的光斑情况；

图3为本发明光学系统在探测器上光斑分布图；

图4为本发明整体结构示意图。

其中，1：滤光片固定圈，2：镜筒，3：第一压圈，4：第二压圈，5：四象限探测器，6：探测器调节圈，7：探测器固定圈，8：探测器定位圈，9：探测器压圈，10：滤光片，11：透镜a，12：透镜b。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1和图4，一种随动激光半主动导引镜头探测系统，包括：镜筒2及设置与镜筒2内部的光学系统，所述光学系统沿光线输入至输出方向依次设有滤光片10、透镜a11、透镜b12、四象限探测器5，所述透镜a11是非球面镜，透镜b12是球面镜，透镜a11与透镜b12的空气距离为4.3mm。

镜筒2的前侧是用于固定滤光片10的结构。所述透镜a11和透镜b12依次固定于镜筒2内部。镜筒2内部有位于滤光片10与透镜a11之间的第一压圈3，透镜a11与透镜b12之间第二压圈4，位于透镜b12与镜筒2后侧之间的四象限探测器固定结构。所述四象限探测器5位于镜筒2的后侧。所述镜筒2与探测器调节圈6相连，四象限探测器5与探测器固定圈7相连接，探测器固定圈7与探测器定位圈8相连，探测器定位圈8与探测器压圈9相连，探测器压圈9与镜筒2相连，探测器调节圈6与探测器固定圈7之间有一或多片探测器调整垫片。

优秀的随动激光导引镜头要满足大视场、大线性区、大通光口径，且具有良好的温度适应能力及加工、装调工艺。光斑直径约为探测器光敏面直径的一半，光斑太小，可能仅仅汇聚于某一象限，无法输出位置信号；光斑太大，线性区变大，超出光敏面时，则照成能量损失。光斑能量要分布均匀，光斑分布不均匀时中心位置会发生偏差，探测精度将会降低。本发明镜筒2内部只需要2片镜片，即透镜a11和透镜b12，镜筒2装调简单方便，易于批量生产，整个随动激光导引镜头探测系统的线性区在±2.5度，视场为±15度，光斑均匀，圆度好，畸变小。

下面结合实施例对本发明做详细描述：

参考图1，一种随动激光半主动导引镜头探测系统，沿光路自左向右分别为滤光片10、透镜a11、透镜b12、四象限探测器5。其中各个镜片参数按照线性区在±2.5度，视场为±15度，光斑均匀，圆度好，畸变小的系统功能要求进行优化。

参考图4，滤光片固定圈1用于固定滤光片10，同时把滤光片固定圈1通过螺纹固定在镜筒2的最前端。通过第一压圈3和第二压圈4把透镜a11和透镜b12分别固定在镜筒2内部。使用螺丝把四象限探测器5固定在探测器固定圈7上。探测器调节圈6放在探测器固定圈7和镜筒2之间，用于调整探测器的离焦距离，使用探测器定位圈8和探测器压圈9把探测器固定于镜筒2最后端。

本发明工作过程是激光照射到目标后产生漫反射，首先漫反射光通过所述系统的滤光片，滤掉大部分杂散光，只有特定波段的激光通过，然后再通过所述系统的非球面透镜a和球面透镜b，使特定波段的激光会聚于四象限探测器感光表面上，同时把激光光斑转换成电信号。通过分析光斑在探测器光敏面上的分布状况来获取目标的位置信息，实现对目标的跟踪和逼近。

图2是激光通过镜筒中滤光片、非球面镜和球面镜后光斑在四象限探测器光敏面上的图像，其中(a)是0°视场的光斑情况，图中分成4个象限，每个象限的光斑大小相同。(b)是2.5°视场的光斑情况，这个时候相比于(a)中只有两个象限有光斑，在0°到2.5°视场变化情况是光斑从4个象限都有光斑到最后只有2个象限有光斑的变化过程，统称为线性区。(c)是15°视场的光斑情况，在2.5°到15°视场变化情况是光斑一直只有2个象限有光斑的变化过程，统称为视场。

图3是0°、2.5°和15°光斑在四象限探测器光敏面上的位置情况。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。