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专利号: 2018110914337
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 光学
更新日期:2025-01-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无线激光通信反射式瞄准跟踪系统,其特征在于,包括二维旋转反射镜、光学接收天线、控制处理器,所述控制处理器控制二维旋转反射镜的俯仰和水平运动,将无线激光通信发射端发射的激光反射进光学接收天线,光学接收天线将激光聚焦成一个小的光斑,光斑打在光学接收天线内部的四象限探测器,然后四象限探测器输出相应的电压值至控制处理器,控制处理器根据接收到的电压值控制反射镜的俯仰和水平,直至将光斑打进四象限探测器中心的小孔,四象限探测器的中心通孔处固定有耦合光纤,光斑进入中心通孔时,发射端发射的激光信号即可耦合进光纤,再利用光纤将激光信号传输至后续的信号处理部分,就完成了无线激光通信链路的建立。

2.根据权利要求1所述的一种无线激光通信反射式瞄准跟踪系统,其特征在于,二维旋转反射镜由二维旋转平台和反射镜组成,二维旋转平台实现360°上下俯仰和水平旋转,其中俯仰和旋转通过两个伺服电机控制,两个电机都连接有电机驱动器,用以控制电机运动状态,电机驱动器连接控制处理器,通过控制处理器控制电机驱动器,进而控制二维旋转平台的运动。

3.根据权利要求1所述的一种无线激光通信反射式瞄准跟踪系统,其特征在于,光学接收天线主要由透镜、四象限探测器和耦合光纤组成,透镜用于将反射镜反射的散射激光聚焦成一个微小的光斑,四象限探测器被固定在透镜的焦点处,其中心的通孔与透镜的中心同轴,四象限探测器有一个配套的放大电路板,用于对四象限探测器的输出进行电流转电压并放大电压值,耦合光纤采用带自聚焦透镜的光纤,其中有自聚焦透镜的那端固定在四象限探测的通孔中,另一端为通用光纤接口,与后续光纤进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种无线激光通信反射式瞄准跟踪系统,其特征在于,控制处理器采用STM32,控制处理器用于整个捕获、对准、跟踪过程中信息的采集、处理,控制指令的输出等,即采集四象限探测器放大电路板的输出电压,并根据采集到的电压值判断出光斑在四象限探测器上的位置,进而输出控制指令至二维旋转平台,控制反射镜的俯仰和旋转,从而改变光斑的位置,最终实现对激光的捕获、对准和跟踪。

5.一种无线激光通信反射式瞄准跟踪系统对激光的捕获、对准和跟踪的方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1:二维旋转平台初始化;使二维旋转平台的水平旋转方向和上下俯仰方向运动至设定的初始位置;

步骤2:获取捕获电压值;通过二维旋转平台的俯仰和旋转的同时运动,使反射的激光光斑能扫描到四象限探测器,并记录光斑打在四象限探测器上时的电压值,用以后续的对激光的捕获;

步骤3:完成对激光的捕获;获取捕获电压值后,二维平台反向旋转,使反射的激光光斑再次进入光学接收天线,当光斑打在四象限探测器上的某一象限时,即四象限探测器某一象限的输出电压在捕获电压值一定的范围内时,认为捕获已完成;

步骤4:对激光光斑进行粗对准;完成捕获后,通过读取四个象限的电压值判断光斑位于第几象限;知道光斑的位置后,控制处理器控制二维平台的旋转和俯仰,使光斑先水平移动再上下移动或者先上下移动再水平移动,继而慢慢接近四象限探测器的中心通孔;当四象限探测器的四个象限的输出电压都小于某一特定值时,即认为激光光斑已经打在中心通孔边缘,粗对准完成;

步骤5:完成精对准;粗对准完成后,光斑已经打在四象限探测器中心通孔的边缘,这时再控制二维平台,令光斑位置向中心通孔的中间移动,即可完成精对准;

步骤6:实时跟踪;当由于晃动或者其他原因,光斑脱离了四象限探测器中心通孔,重新打在四象限探测器的某个象限上时,执行步骤4粗对准和步骤5精对准,即可重新使光斑进入中心通孔,完成跟踪功能;

步骤7:系统功能的重启;如果出现特殊情况,即对准完成后因为某些原因,光斑直接移出了四象限探测器,控制处理器判断不出光斑的位置,这时系统重新执行步骤1、3、4、5、6,即可重新完成对激光的捕获、对准和跟踪。

6.如权利要求5所述的对激光的捕获、对准和跟踪的方法,其特征在于,所述步骤4分为四种情况,分别对应四个象限;

(1)当光斑位于第一象限时,二维平台旋转方向开始运动,使光斑水平向右移动,在向右移动的过程中,会出现两种情况,情况A:光斑移动至第一象限和第二象限的分界线时,即当第二象限的输出电压大于一定的值时,取0.8V,二维平台旋转停止运动,俯仰开始运动,使光斑竖直向下移动;在向下移动的过程中,当四路输出电压都小于特定值时,取0.2V,认为光斑打在中心通孔的边缘处,二维平台停止运动,粗对准完成;情况B:在刚开始向右移动的过程中,某时刻四路输出电压都小于特定值0.2V时,认为此时光斑移动至中心通孔边缘处,二维平台停止运动,粗对准完成;

(2)当光斑位于第二象限时,二维平台俯仰方向开始运动,使光斑竖直向下移动,在向下移动的过程中,会出现两种情况,情况A:光斑移动至第二象限和第三象限的分界线时,即当第三象限的输出电压大于0.8V时,二维平台俯仰停止运动,旋转开始运动,使光斑水平向左移动,在向左移动的过程中,当四路输出电压都小于0.2V时,认为光斑打在中心通孔的边缘处,二维平台停止运动,粗对准完成;情况B:在刚开始向下移动的过程中,某时刻四路输出电压都小于0.2V,认为此时光斑移动至中心通孔边缘处,二维平台停止运动,粗对准完成;

(3)当光斑位于第三象限时,二维平台旋转方向开始运动,使光斑水平向左移动,在向左移动的过程中,会出现两种情况,情况A:光斑移动至第三象限和第四象限的分界线时,即当第四象限的输出电压大于0.8V时,二维平台旋转停止运动,俯仰开始运动,使光斑竖直向上移动,在向上移动的过程中,当四路输出电压都小于0.2V时,认为光斑打在中心通孔的边缘处,二维平台停止运动,粗对准完成;情况B:在刚开始向左移动的过程中,某时刻四路输出电压都小于0.2V,认为此时光斑移动至中心通孔边缘处,二维平台停止运动,粗对准完成;

(4)当光斑位于第四象限时,二维平台俯仰方向开始运动,使光斑竖直向上移动,在向上移动的过程中,会出现两种情况,情况A:光斑移动至第四象限和第一象限的分界线时,即当第一象限的输出电压大于0.8V时,二维平台俯仰停止运动,旋转开始运动,使光斑水平向右移动,在向右移动的过程中,当四路输出电压都小于0.2V时,认为光斑打在中心通孔的边缘处,二维平台停止运动,粗对准完成;情况B:在刚开始向上移动的过程中,某时刻四路输出电压都小于0.2V,认为此时光斑移动至中心通孔边缘处,二维平台停止运动,粗对准完成。

7.如权利要求5所述的对激光的捕获、对准和跟踪的方法,其特征在于,所述步骤5精对准分为四种情况,分别对应四个象限的粗对准;执行精对准程序时,控制处理器首先判断出是粗对准情况A还是B,再控制二维平台运动,使光斑尽量靠近中心通孔的中心,即可完成精对准;对于第一象限情况A,控制二维平台,使光斑向下移动一小段距离,即可完成精对准;

对于情况B,使光斑向右下方向移动一小段距离,即可完成精对准;对于第二象限粗对准情况A,使光斑向左移动一小段距离,即可完成精对准;对于情况B,使光斑向左下方向移动一小段距离,即可完成精对准;对于第三象限粗对准情况A,使光斑向上移动一小段距离,即可完成精对准;对于情况B,使光斑向左上方向移动一小段距离,即可完成精对准;对于第四象限粗对准情况A,使光斑向右移动一小段距离,即可完成精对准;对于情况B,使光斑向右上方向移动一小段距离,即可完成精对准。