目标在回路激光相控阵系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种目标在回路激光相控阵系统及其控制方法，包括：种子激光与分束器光路连接；分束器分束后的多路激光分别与多个光程调节器光路连接；各光程调节器分别与相位调制器光路连接；各相位调制器分别与放大器光路连接；各放大器分别与各激光准直镜光路连接；各激光准直镜均与分光镜光路连接；分光镜分别与波前相位调制器和光束偏转模块部分光路连接；波前相位调制器与相位控制模块光路连接；相位控制模块分别与各相位调制器控制连接；跟踪捕获模块与光束偏转控制模块数据连接；光束偏转控制模块与光束偏转模块控制连接。该系统实现了对动态目标的跟踪瞄准和阵列激光的相干发射。本发明专利技术另一方面还提供了该系统的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
目标在回路激光相控阵系统及控制方法
本专利技术涉及一种目标在回路激光相控阵系统及其控制方法，属于光学工程领域。
技术介绍
目前有不少针对光学相控阵系统的研究，根据各子阵列激光在目标处的叠加方式，可以将光学相控阵系统分为非相干激光阵列光学相控阵系统和相干激光阵列光学相控阵系统。基于主振荡器功率放大器(英文名称为MasterOscillatorPowerAmplifier，简称MOPA)的相干激光阵列能够实现合成孔径发射，增加系统发射口径，减小激光的传输发散角。基于目标在回路，还能通过倾斜和相位控制，实现对大气湍流的补偿。目前公开的目标在回路激光相控阵系统一般采用远场目标的散射光等作为反馈信号。当改变相控阵系统的相位和倾斜等控制参量之后，新的阵列激光需经过一定距离的传输达到目标，等目标散射的激光信号返回激光发射位置后，才能获得反馈信号，最后根据反馈信号的变化修正控制参量。由于反馈信号传输路径较长，自适应控制的单次迭代时间大于激光在反射处和目标处的往返时间，控制速率难以满足大数目激光阵列的使用要求。此外，目前公开的激光相控阵系统多仅能针对静态目标使用，无法应用于动态目标。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种目标在回路激光相控阵系统，该系统解决了现有目标在回路激光相控阵系统：激光相控阵控制速率难以满足大数目激光阵列的要求和无法应用于动态目标的问题。目标在回路激光相控阵系统，包括：种子激光、分束器、多个光程调节器、多个相位调制器、多个放大器、多个激光准直镜、分光镜、多个光束偏转模块、波前相位调制器、相位控制模块、跟踪捕获模块和光束偏转控制模块；所述种子激光与所述分束器光路连接；所述分束器分束后的多路激光分别与多个所述光程调节器光路连接；各所述光程调节器分别与各所述相位调制器光路连接；各所述相位调制器分别与各所述放大器光路连接；各所述放大器分别与各所述激光准直镜光路连接；各所述激光准直镜均与所述分光镜光路连接；所述分光镜分别与所述波前相位调制器和所述光束偏转模块部分光路连接；所述波前相位调制器与所述相位控制模块光路连接；所述相位控制模块分别与各所述相位调制器控制连接；所述跟踪捕获模块与所述光束偏转控制模块数据连接，并获取所述动态目标的方位信息；所述光束偏转控制模块与所述光束偏转模块控制连接。进一步地，目标在回路激光相控阵系统还包括：信标光源和后向信标光位置探测模块，所述后向信标光位置探测模块设置于放大器与所述激光准直镜的连接光路中；所述信标光源与所述跟踪捕获模块数据控制连接，所述信标光源出射的信标光聚焦于所述动态目标；所述后向信标光位置探测模块获取所述信标光的光斑质心的位置后，解算精修偏转角，并与所述光束偏转控制模块数据连接；所述光束偏转控制模块根据所述精修偏转角控制所述光束偏转模块。进一步地，所述目标在回路激光相控阵系统还包括：设置于所述放大器与所述后向信标光位置探测模块相连接光路上的后向信标光强度探测模块和倾斜控制模块，所述后向信标光强度探测模块接收测量所述后向信标光的光强信号，并与所述倾斜控制模块数据连接，所述倾斜控制模块根据所述光强信号调节所述后向信标光的输出光强信号。进一步地，倾斜控制模块包括：收发一体端帽、端帽位置控制器和倾斜控制解算模块，所述收发一体端帽与所述后向信标光位置探测模块光路连接，同时与所述后向信标光强度探测模块光路连接；所述端帽位置控制器与所述收发一体端帽控制连接；所述倾斜控制解算模块与所述后向信标光强度探测模块数据连接，并与所述端帽位置控制器控制信号连接。进一步地，后向信标光位置探测模块包括：反射镜、光学成像装置和光学信号读取处理模块，所述激光准直镜与所述反射镜的入光端光路连接；所述反射镜反射的后向信标光与所述光学成像装置光路连接；所述光学成像装置获取所述后向信标光的光学信息；所述光学成像装置与所述光学信号读取处理模块数据连接，所述光学信号读取处理模块解算所述光学信息得到所述后向信标光的质心位置；所述光学信号读取处理模块与所述光束偏转控制模块数据连接；所述光束偏转控制模块控制所述光束偏转模块后，所述激光和所述信标光在所述动态目标处重合。进一步地，目标在回路激光相控阵系统还包括光程控制算法模块，所述光程控制算法模块与所述后向信标光位置探测模块数据连接，所述光程控制算法模块分别与多个所述光程调节器控制连接。进一步地，光程控制算法模块与所述光学信号读取处理模块数据连接。进一步地，目标在回路激光相控阵系统还包括波前相位解调算法模块，所述波前相位解调算法模块分别与所述倾斜控制模块和所述后向信标光位置探测模块数据连接，并与所述波前相位调制器控制连接。进一步地，波前相位解调算法模块分别与倾斜控制模块和所述光学信号读取处理模块数据连接。进一步地，收发一体端帽与所述反射镜光路连接。进一步地，信标光与所述激光的波长不同。进一步地，多个所述激光准直镜按二维阵列群排布。进一步地，所述后向信标光完全透过所述分光镜，前向传输的激光高反或者高透。进一步地，所述分光镜透过入射激光量99％以上的激光入射到所述光束偏转模块，所述分光镜反射入射激光量1％以内的激光入射到波前相位调制器。本专利技术的又一方面还提供了一种用于如上述目标在回路激光相控阵系统的控制方法，包括以下步骤：步骤S100：跟踪获取所述动态目标的实时位置信息，根据所述位置信息将信标光聚焦于所述动态目标，根据所述位置信息，解算粗偏转角，出射激光偏转所述粗偏转角，所述出射激光聚焦于所述动态目标；步骤S200：光学成像装置获取后向信标光的质心坐标，解算所述质心坐标得到精修偏转角，所述出射激光偏转所述精修偏转角，所述出射激光和所述信标光重合聚焦于所述动态目标。进一步地，在所述步骤S200后还包括以下步骤：步骤S300：获取所述后向信标光的光强信息，根据所述光强信息调节所述后向信标光的返回光强达到最大值。进一步地，在所述步骤S300后还包括以下步骤：步骤S400：解算各路所述激光从分束器到所述动态目标处的光程差，根据所述光程差调节各路所述激光的光程至各路所述激光到所述动态目标处的光程相等；步骤S500：波前相位解调算法模块根据倾斜控制模块和光学信号读取处理模块提供的信号解算出大气湍流引入的波前畸变，并将该畸变施加到波前相位调制器上；相位控制模块对各路激光的相位进行控制，使阵列激光实现同相输出。本专利技术的有益效果包括但不限于：(1)本专利技术所提供的目标在回路激光相控阵系统，与现有技术相比，该系统具有光束偏转功能，可以对动态目标进行在回路光束控制，从而解决了现有激光相控阵系统无法对动态目标进行跟踪的问题。(2)本专利技术所提供的目标在回路激光相控阵系统，与现有技术相比，该系统采用两级偏转控制和一级高精度倾斜控制，具有动态范围大、精度高、速度快的优点。(3)本专利技术所提供的目标在回路激光相控阵系统，与现有技术相比，该系统根据阵列光束的偏转状态，对各路激光的光程进行实时快速调整，使光束偏转过程中各束激光的光程保持相等，降低了系统对单路激光的相干长度的要求。(4)本专利技术所提供的目标在回路激光相控阵系统，利用波前相位调制器在近场模拟大气湍流对激光波前的影响，并根据模拟结果进行相位控制，提高了目标在回路激光相控阵系统中相位控制带宽。解决了现有技术中目标在回路激光相控阵系统中相位控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，包括：种子激光(3)、分束器(4)、多个光程调节器(5)、多个相位调制器(6)、多个放大器(7)、多个激光准直镜(11)、分光镜(12)、多个光束偏转模块(13)、波前相位调制器(17)、相位控制模块(18)、跟踪捕获模块(1)和光束偏转控制模块(14)；所述种子激光(3)与所述分束器(4)光路连接；所述分束器(4)分束后的多路激光分别与多个所述光程调节器(5)光路连接；各所述光程调节器(5)分别与各所述相位调制器(6)光路连接；各所述相位调制器(6)分别与各所述放大器(7)光路连接；各所述放大器(7)分别与各所述激光准直镜(11)光路连接；各所述激光准直镜(11)均与所述分光镜(12)光路连接；所述分光镜(12)分别与所述波前相位调制器(17)和所述光束偏转模块(13)部分光路连接；所述波前相位调制器(17)与所述相位控制模块(18)光路连接；所述相位控制模块(18)分别与各所述相位调制器(6)控制连接；所述跟踪捕获模块(1)与所述光束偏转控制模块(14)数据连接，并获取所述动态目标的方位信息；所述光束偏转控制模块(14)与所述光束偏转模块(13)控制连接。...

【技术特征摘要】
1.一种目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，包括：种子激光(3)、分束器(4)、多个光程调节器(5)、多个相位调制器(6)、多个放大器(7)、多个激光准直镜(11)、分光镜(12)、多个光束偏转模块(13)、波前相位调制器(17)、相位控制模块(18)、跟踪捕获模块(1)和光束偏转控制模块(14)；所述种子激光(3)与所述分束器(4)光路连接；所述分束器(4)分束后的多路激光分别与多个所述光程调节器(5)光路连接；各所述光程调节器(5)分别与各所述相位调制器(6)光路连接；各所述相位调制器(6)分别与各所述放大器(7)光路连接；各所述放大器(7)分别与各所述激光准直镜(11)光路连接；各所述激光准直镜(11)均与所述分光镜(12)光路连接；所述分光镜(12)分别与所述波前相位调制器(17)和所述光束偏转模块(13)部分光路连接；所述波前相位调制器(17)与所述相位控制模块(18)光路连接；所述相位控制模块(18)分别与各所述相位调制器(6)控制连接；所述跟踪捕获模块(1)与所述光束偏转控制模块(14)数据连接，并获取所述动态目标的方位信息；所述光束偏转控制模块(14)与所述光束偏转模块(13)控制连接。2.根据权利要求1所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述目标在回路激光相控阵系统还包括：信标光源(2)和后向信标光位置探测模块(10)，所述后向信标光位置探测模块(10)设置于放大器(7)与所述激光准直镜(11)的连接光路中；所述信标光源(2)与所述跟踪捕获模块(1)数据控制连接，所述信标光源(2)出射的信标光聚焦于所述动态目标；所述后向信标光位置探测模块(10)获取所述信标光的光斑质心的位置后，解算精修偏转角，并与所述光束偏转控制模块(14)数据连接；所述光束偏转控制模块(14)根据所述精修偏转角控制所述光束偏转模块(13)；优选的，所述信标光与所述激光的波长不同；优选的，多个所述激光准直镜(11)按二维阵列群排布；优选的，所述后向信标光完全透过所述分光镜(12)，前向传输的激光高反或者高透；优选的，所述分光镜(12)透过入射激光量99％以上的激光入射到所述光束偏转模块(13)，所述分光镜(12)反射入射激光量1％以内的激光入射到波前相位调制器(17)。3.根据权利要求2所述的目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述目标在回路激光相控阵系统还包括：设置于所述放大器(7)与所述后向信标光位置探测模块(10)相连接光路上的后向信标光强度探测模块(8)和倾斜控制模块(9)，所述后向信标光强度探测模块(8)接收测量所述后向信标光的光强信号，并与所述倾斜控制模块(9)数据连接，所述倾斜控制模块(9)根据所述光强信号调节所述后向信标光的输出光强信号。4.根据权利要求3目标在回路激光相控阵系统，其特征在于，所述倾斜控制模块(9)包括：收发一体端帽(91)、端帽位置控制器(92)和倾斜控制解算模块(93)，所述收发一体端帽(91)与所述后向信标光位置探测模块(10)光路连接，同时与所述后向信标光强度探测模块(8)光路连接；所述端帽位置控制器(92)与所述收发一体端帽(91)控制连接；所述倾斜控制解算模块(93)与所述后向信标光强度探测模块(8)数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：粟荣涛，周朴，马阎星，王小林，马鹏飞，陶汝茂，姜曼，吴坚，司磊，许晓军，陈金宝，刘泽金，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43