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一种适用于无人机平台的小型激光测照器

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


一种适用于无人机平台的小型激光测照器

技术领域

本申请属于无人机激光测照技术领域,具体涉及一种适用于无人机平台的小型激光测照器。

背景技术

激光测照器是利用激光对目标的距离进行准确测定(又称激光测距)的仪器。激光测照器具有操作简单、测量精度高、作用距离远、抗干扰能力强等优点,在军事和民事上均有广泛运用。激光测照器通常包括激光发射系统和激光接收系统。激光测照器在工作时,首先利用激光发射系统发射一束激光至被测目标,散射后的激光回波被激光接收系统接收,从而利用光速和时间差等测量参数确定被测目标与观察点之间的距离。近年来,激光制导方式凭借精度高、成本低等优点得到了越来越多的应用。现有的无人机激光测照器,体积大、重量大,过重的负载会影响无人机的续航能力和稳定性。为保证能长时间的执行任务,对激光测照器的重量和体积提出了要求,同时,为了保证导弹能够准确的命中目标,需要提高激光测照器的测量精度。

发明内容

为此,本申请提供了一种适用于无人机平台的小型激光测照器,有助于解决现有的无人机激光测照器体积和重量大,且测量精度不高的问题。

为实现以上目的,本申请采用如下技术方案:

本申请提供一种适用于无人机平台的小型激光测照器,包括:

激光器组件、发射天线组件、激光器驱动与控制电路组件、测距系统组件和半导体阵列组件;

所述发射天线组件通过螺钉固定安装在所述激光器组件的前端;所述激光器驱动与控制电路组件通过螺钉固定安装在所述激光器组件外部的两侧和上方;所述测距系统组件通过螺钉固定在所述激光器驱动与控制电路组件的顶部;所述半导体阵列组件通过螺钉固定安装在所述激光器组件的后端;

发射天线组件与所述激光器组件电连接;所述激光器组件与所述半导体阵列组件电连接;所述半导体阵列组件与所述激光器驱动与控制电路组件电连接;所述激光器驱动与控制电路组件与所述测距系统组件电连接。

进一步地,所述激光器驱动与控制电路组件包括激光器控制电路和激光器驱动电路;所述测距系统组件的输出端连接激光器控制电路的输出端;激光器控制电路的输出端连接激光器驱动电路的输入端;激光器驱动电路的输出端分别连接所述半导体阵列组件和激光器组件。

进一步地,所述激光器控制电路包括主控芯片、计时模块和整形模块;整形模块输入端连接所述测距系统组件的输出端;计时模块的输入端连接整形模块的输出端,计时模块的输出端连接主控芯片;主控芯片连接所述激光器驱动电路的输入端。

进一步地,所述激光器驱动电路包括泵浦激励模块和调Q控制信号模块;主控芯片分别与泵浦激励模块的输入端和调Q控制信号模块的输入端连接;泵浦激励模块的输出端与所述半导体阵列组件的输入端连接;调Q控制信号模块的输出端与调Q晶体连接。

进一步地,所述激光器组件包括长方体形的壳体和顺序排列设置在壳体内部的汇聚镜、全反镜、工作物质、调Q晶体和半反镜;壳体的下方设置有机械接口。

进一步地,所述半导体阵列组件包括半导体阵列、温度传感器和散热翅片;泵浦激励模块与半导体阵列连接,温度传感器与主控芯片连接;半导体阵列安装在所述激光器组件的后端,用于产生泵浦光;温度传感器安装在半导体阵列的后端,用于采集半导体阵列的温度;散热翅片安装在温度传感器的后端,用于对半导体阵列散热。

进一步地,所述测距系统组件包括依次顺序连接的接收天线、光电探测器和信号处理电路;接收天线用于接收被测目标反射的激光回波信号信号处理电路连接整形模块的输入端。

进一步地,所述发射天线组件包括依次顺序排列的发射目镜、发射中物镜和发射大物镜。

进一步地,适用于无人机平台的小型激光测照器还包括上位机,上位机通过RS422接口与主控芯片连接,其用于发送测距指令和接收被测目标的距离信息。

本申请采用以上技术方案,至少具备以下有益效果:

通过本申请提供的适用于无人机平台的小型激光测照器,其包括激光器组件、发射天线组件、激光器驱动与控制电路组件、测距系统组件和半导体阵列组件;所述发射天线组件通过螺钉固定安装在所述激光器组件的前端;所述激光器驱动与控制电路组件通过螺钉固定安装在所述激光器组件外部的两侧和上方;所述测距系统组件通过螺钉固定在所述激光器驱动与控制电路组件的顶部;所述半导体阵列组件通过螺钉固定安装在所述激光器组件的后端;所述发射天线组件与所述激光器组件电连接;所述激光器组件与所述半导体阵列组件电连接;所述半导体阵列组件与所述激光器驱动与控制电路组件电连接;所述激光器驱动与控制电路组件与所述测距系统组件电连接。本申请方案将激光器组件、发射天线组件、激光器驱动与控制电路组件、测距系统组件和半导体阵列组件集成为一体,在该设置下,利用激光器驱动与控制电路组件驱动半导体阵列组件按照一定频率产生泵浦光,激光器组件吸收泵浦光后形成激光振荡,再通过发射天线组件向被测目标发射激光脉冲信号;同时,激光器驱动与控制电路组件以泵浦脉冲信号上升沿为时间基准,产生调Q控制信号来对半导体阵列组件进行调Q控制,实现对激光器脉冲宽度的压缩,产生ns脉冲;最后激光器驱动与控制电路组件对发射激光脉冲信号和回波激光脉冲信号进行处理得到被测目标的距离信息。本申请方案提供的小型激光测照器在保证激光出光能量≥10mJ的同时,将重量控制在≤500g,有助于解决传统激光测照器体积和重量过大的问题,适用于多种微小无人机系统。

应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的组成框图;

图2是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的正等轴测图;

图3是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的左视图;

图4是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的俯视图;

图5是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的左视剖视图;

图6是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的主视图;

图7是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器去除封盖的正等轴测图;

图8是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的激光器控制电路组成原理框图;

图9是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的激光器驱动电路组成原理框图;

图10是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的激光器组件组成原理框图;

图11是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的发射天线组件组成原理框图;

图12是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的测距系统组件组成原理框图;

图13是本发明所述一种适用于无人机平台的小型激光测照器的半导体阵列组件组成原理框图;

附图中:1-激光器组件,2-发射天线组件,3-激光器驱动与控制电路组件,4-测距系统组件,5-半导体阵列组件。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本申请所保护的范围。

请参阅图1~图7,图1是根据一示例性实施例示出的一种适用于无人机平台的小型激光测照器的组成框图,图2~图7是适用于无人机平台的小型激光测照器的结构示意图。如图1~图7所示,该激光测照器包括:

激光器组件、发射天线组件、激光器驱动与控制电路组件、测距系统组件和半导体阵列组件。其中,所述发射天线组件通过螺钉固定安装在所述激光器组件的前端;所述激光器驱动与控制电路组件通过螺钉固定安装在所述激光器组件外部的两侧和上方;所述测距系统组件通过螺钉固定在所述激光器驱动与控制电路组件的顶部;所述半导体阵列组件通过螺钉固定安装在所述激光器组件的后端;发射天线组件与所述激光器组件电连接;所述激光器组件与所述半导体阵列组件电连接;所述半导体阵列组件与所述激光器驱动与控制电路组件电连接;所述激光器驱动与控制电路组件与所述测距系统组件电连接。

进一步地,在一个实施例中,所述激光器驱动与控制电路组件包括激光器控制电路和激光器驱动电路;所述测距系统组件的输出端连接激光器控制电路的输出端;激光器控制电路的输出端连接激光器驱动电路的输入端;激光器驱动电路的输出端分别连接所述半导体阵列组件和激光器组件。其中,激光器驱动与控制电路组件用于通过泵浦激励模块驱动半导体阵列按一定频率发出泵浦光,并对发射激光脉冲信号和回波激光脉冲信号进行处理得到被测目标的距离信息,再经由通讯接口传送到上位机。

进一步地,如图8所示,所述激光器控制电路包括主控芯片、计时模块和整形模块;整形模块输入端连接所述测距系统组件的输出端;计时模块的输入端连接整形模块的输出端,计时模块的输出端连接主控芯片;主控芯片连接所述激光器驱动电路的输入端。

进一步地,如图9所示,所述激光器驱动电路包括泵浦激励模块和调Q控制信号模块;主控芯片分别与泵浦激励模块的输入端和调Q控制信号模块的输入端连接;泵浦激励模块的输出端与所述半导体阵列组件的输入端连接;调Q控制信号模块的输出端与调Q晶体连接。

进一步地,如图10所,所述激光器组件包括长方体形的壳体和顺序排列设置在壳体内部的汇聚镜、全反镜、工作物质、调Q晶体和半反镜;壳体的下方设置有机械接口。其中,汇聚镜、全反镜、工作物质、调Q晶体和半反镜整体在壳体内构成谐振腔。壳体侧面用于安装电路部件,如激光器控制电路、激光器驱动电路等。

其中,激光器组件内的工作物质吸收半导体阵列产生的泵浦光,在谐振腔内振荡形成激光,并通过半反镜输出。同时,激光器驱动与控制电路组件以泵浦脉冲信号上升沿为时间基准,通过调Q控制信号模块产生调Q控制信号,经一定延时后发送给调Q晶体,控制高压的产生和消除,进而使LN晶体电极两端产生、消除高压,实现对激光器脉冲宽度的压缩,产生ns脉冲,提高了测距的精度。

进一步地,如图13所示,所述半导体阵列组件包括半导体阵列、温度传感器和散热翅片;泵浦激励模块与半导体阵列连接,温度传感器与主控芯片连接;半导体阵列安装在所述激光器组件的后端,用于产生泵浦光;温度传感器安装在半导体阵列的后端,用于采集半导体阵列的温度;散热翅片安装在温度传感器的后端,用于对半导体阵列散热。

其中,半导体阵列工作过程中产生的热量会导致阵列温度升高,产生泵浦光波长漂移,为了使工作物质具有高的吸收效率,需要将半导体阵列的温度控制在特定的温度点,本发明利用散热翅片对半导体阵列进行温度调节,可在全温段将半导体阵列控制在合适的温度范围内。

进一步地,如图12所示,所述测距系统组件包括依次顺序连接的接收天线、光电探测器和信号处理电路;接收天线用于接收被测目标反射的激光回波信号信号处理电路连接整形模块的输入端。

其中,测距系统组件用于接收反射回来的激光回波,将光信号转化为电信号,经过数据处理后传输给激光器驱动与控制电路组件。具体为:光电探测器通过接收天线对经过反射的回波激光脉冲信号进行探测和接收,并将探测接收到的回波脉冲信号传输给信号处理电路,信号处理电路将其转为对应的电信号并发送至激光器控制电路。

进一步地,如图11所示,所述发射天线组件包括依次顺序排列的发射目镜、发射中物镜和发射大物镜。发射目镜、发射中物镜和发射大物镜依次将经过半反镜输出的激光进行放大后发射。

进一步地,在一个实施例中,本申请方案提供的适用于无人机平台的小型激光测照器还包括上位机,上位机通过RS422接口与主控芯片连接,其用于发送测距指令和接收被测目标的距离信息。

具体的,在本申请方案中,小型激光测照器在进行工作时,激光器驱动与控制电路组件通过RS422接口与上位机通讯,当收到开始测距命令后,激光器驱动与控制电路组件给半导体阵列组件发送控制信号控制激光发射,激光发射时,光电探测器向激光器驱动与控制电路组件发送回波信号(即开门信号)用于开门,当激光遇到目标反射到光电探测器后,光电探测器向激光器驱动与控制电路组件发送回波信号(即关门信号)用于关门,开门信号和关门信号经过整形连接到计时模块,分析获得激光脉冲信号的飞行时间,主控芯片查询到飞行时间并计算出被测目标的距离。

本申请方案提供的小型激光测照器在保证激光出光能量≥10mJ的同时,将设备重量控制在≤500g,解决了传统激光测照器重量过大的问题,同时还提高测距精度,因此适用于多种微小无人机系统。

需要说明的是,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”、“多”的含义是指至少两个。

应该理解,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件;当一个元件被称为“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件,此外,这里使用的“连接”可以包括无线连接;使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为:表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解,本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术分类

06120115636095