[发明专利]用于使激光经由大气进行指向的光学系统与方法

说明书

本发明涉及一种用于使激光经由大气指向目标(100)的光学系统，其具有四个光学通道：‑被动成像通道，其具有连接至粗略指向控制装置(2)的辅助摄像机(1)；‑照明通道，其具有脉冲照明源(5)和时间同步装置(11)，所述通道包括第一粗略指向公共光学装置(4)；‑效应器通道，其具有大功率激光源(17₁)；‑主动成像通道，其具有：高速摄像机(10₁)，其通过同步装置(11)与照明源(5)同步并且连接至精细指向控制装置(12₁)；用于使高速摄像机(10₁)与大功率激光源(17₁)协调的装置；主动成像通道和效应器通道形成为一对，并且包括：‑第二粗略指向公共光学装置(14₁)，所述粗略指向装置由粗略指向控制装置(2)控制；‑精细指向公共光学装置(16₁)，其由精细指向控制装置(12₁)控制；并且，粗略指向控制装置(2)连接至精细指向控制装置(12₁)。

技术领域

本发明涉及的领域为用于利用激光指向目标的系统，所述系统设置有主动成像装置，使得能够将目标定位在给定的环境中(所述目标可能位于空中或位于陆地上)，并且对激光指向系统进行反馈控制。

背景技术

一般地，主动成像装置利用其自身的光源，通常为脉冲激光器。由于发射的指向性和所采用的能量，能够跨越较远的距离(甚至是跨越散射介质)接收信号。这些特性尤其赋予了该项技术在安全和防御方面非常重要的地位。由激光器发射并且被电影院中的各种物体反射的光子借助接收器-成像器聚集。脉冲激光器和接收时的时窗的联合使用允许选择包含感兴趣目标的一部分空间。

感兴趣的领域尤其是需要对由于大气湍流对激光束的自由传播的影响进行校正的定向激光能量系统的指向；该湍流干扰系统并且负面地影响与准确度和指向稳定性有关的性能。此外，追踪运动的目标以及同时对由大气引起的光学干扰进行校正需要较宽的控制带宽(大约1至2kHz)以便对典型地持续大约10ms的干扰进行校正，并且需要覆盖尽可能宽的空间领域(大约一半空间)同时满足操作约束，例如鲁棒性、自主性、移动性、部署时间等等。对于需要非常高水平的性能(大约微弧度的准确度、几千米的范围)的应用，这种校正需要能够以较高的角分辨率和足够的频率来测量目标位置，以便确保对波面的变形(抖动现象)进行第一级的补偿。此外，照明系统必须以接近但不同于激光指向系统的波长操作。

可以引用各应用的其它示例，例如在固定的地面站与空气或空间中的飞行物体之间的自由空间中进行光通信，或者此外执行长距离的焊接方法，这种情况经常在用于组装大型零部件的造船厂中遇到，对于这种情况，当前的解决方法是强制使用接触或者很靠近待组装的零部件的焊接站。

当前存在一种在望远镜中采用的用于校正由于该大气干扰所产生的影响的解决方法。然而，天文仪器的例子具有不同的操作特性。具体地，被指向的物体通常为点状并且固定(或者非常缓慢地运动)，这通常不是激光指向系统所设想的目标的例子。此外，既需要在白天也需要在夜晚操作。

因此，就准确度、范围和指向稳定性、可访问领域、体积、系统成本而言，仍然需要用于激光指向目标同时满足上述一组要求的系统。

发明内容

所提出的解决方案基于这样一种光机械架构：其指向被分为两个阶段，一个称为粗略阶段，另一个称为精细阶段，第一阶段提供角度覆盖范围，第二阶段给予最终的准确度。此外，粗略的指向阶段允许采用主动成像，其允许操作精细指向。

更具体而言，本发明的主题在于一种用于使激光经由大气指向目标的光学系统。其主要特征在于，该光学系统包括四个光学通道：

-被动成像通道，其具有能够获取目标图像的辅助摄像机和连接至该摄像机的粗略指向控制装置；

-照明通道，其具有脉冲照明源和时间同步装置，

其中，所述被动成像通道和所述照明通道包括第一粗略指向公共光学装置；