一種基於雷射駕束的無人機回收系統的製作方法

2023-05-21 19:47:41

本發明涉及無人機回收技術領域，特別是一種基於雷射駕束的無人機回收系統，用於引導無人機自主精確著艦/著陸。

背景技術：

目前無人機典型的自動回收導引技術有：雷達導引、遙測設備導引和GPS組合導引。

雷達導引是在能見度極差的情況下提供類似於光學成像的高解析度圖像，把測得的雷達成像信息與儲存的無人機數字圖像信息進行辨識就可確定無人機的實時位置，當無人機偏離預定航線時，地面站發出控制指令使無人機按照預定回收航線飛行，雷達導引存在不足之處：一是定位精度受限於雷達的定向精度；二是機載航向陀螺也存在隨飛行距離增大的積累誤差；三是回收需採用地面雷達站，使用範圍受到限制，且價格昂貴。

遙測設備導引是使用地面無線電遙測設備測得無人機姿態、距離以及高度，利用無人機的姿態、距離和高度確定無人機飛行參數，當無人機偏離航線時，通過遙控系統，將無人機引向預定地點，遙測導引的缺點是受地面測量設備精度的限制，只適合近程使用，遠距離定位具有無線電信號延時。

GPS組合導引系統有：GPS/INS組合導航、DGPS/SINS/RA組合導引系統，這種導引方式存在的不足之處：民用精度差，特別是無人機艦載導航方面，軍用方面戰時信號受幹擾。

綜上所述，現有的無人機回收系統由於其採用的導引技術固有的缺陷，使得艦上無人機回收的事故率高，且系統複雜，在無人機的回收過程中存在較大安全隱患，不但會造成無人機本身的損壞，還有可能因無人機的摔機而導致艦上裝置以及飛行甲板的損壞。

技術實現要素：

針對現有無人機回收技術的缺點，本發明採取的技術方案是：一種基於雷射駕束的無人機回收系統，該系統在無人機回收全程無需任何人工幹預，而且引導信號具有精度高、不受電磁幹擾、可靠性高、低成本等特點，可以大大降低無人機著艦/著陸的事故率。

為實現上述目的，本發明提出了基於雷射駕束的無人機回收系統，其包括雷射引導光束髮射系統和雷射引導光束接收系統。

所述雷射引導光束髮射系統位於無人機著艦/著陸的目標位置，其包括伺服系統、雷射器、引導光束形成裝置，伺服系統用於調整雷射引導光束的空間指向，引導光束形成裝置包括準直光學系統和變焦光學系統，變焦光學系統的作用是實現雷射引導光束髮散角的在要求範圍內的連續調節確保在導引範圍內的光斑大小保持恆定。

所述的雷射引導光束接收系統位於回收的無人機上，其包括接收光學系統、探測器、信號處理單元、與無人機的通信單元，接收光學系統用於匯聚雷射信號，探測器根據光斑能量輸出相應光電流，信號處理電路對探測器輸出光電流進行放大和解算，形成偏差信號經通信單元與機載系統進行通信。

與現有技術相比，本發明的有益效果在於：

本發明的基於雷射駕束的無人機回收系統在引導無人機準確著艦/著陸的同時，還具有以下優點：雷射導引方法不受周圍電磁環境的幹擾，可靠性高，光學導引系統的結構簡單，對信號處理單元硬體的要求較低。

附圖說明

圖1 為本發明的基於雷射駕束的無人機回收系統引導示意圖。1、雷射引導光束髮射系統、2是雷射束/引導場、3是無人機，4是雷射引導光束接收系統，5是降落面。

圖2為本發明的基於雷射駕束的無人機回收系統組成和連接關係示意圖。

具體實施方式

為了更好地說明本發明涉及的雷射駕束無人機回收系統，下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的說明。

如圖1所示，本發明公開基於雷射駕束的無人機回收系統，其雷射引導光束髮射系統和雷射引導光束接收系統，雷射引導光束髮射系統包括伺服系統、雷射器、引導光束形成裝置，雷射引導光束接收系統包括接收光學系統、探測器、信號處理單元以及和無人機飛行控制系統通信的通信單元；

所述的雷射引導光束髮射系統位於無人機著陸目標位置，雷射引導光束髮射系統的伺服系統的俯仰調節範圍為0°~30°，引導光束形成裝置包括準直光學系統和變焦光學系統，用於輸出能量均勻且發散角連續可調的雷射引導光束。

所述的雷射引導光束接收系統位於無人機上，雷射引導光束接收系統為接收光學系統並在光電探測器光敏面上成像，探測器四個象限輸出的相電流的大小和各象限所接收的雷射能量成正比，信號處理單元的作用是對探測器輸出的相電流進行放大，並進行相應的解算，輸出無人機相對於引導光束光軸的橫向和縱向偏差，偏差信號經通信單元與無人機飛行控制系統進行通信。

使用基於雷射駕束的無人機回收系統回收無人機的方法，結合附圖2，包括以下四個步驟：

在無人機回收之前，通過無人機地面監控系統可知道要回收無人機的位置，通過伺服系統來調節雷射器的光軸指向，使雷射光束指向無人機。

雷射器根據地面控制計算機指令啟動雷射器，雷射器發出一束極窄的光，經準直光學系統和變焦光學系統，形成發散角在一定範圍內連續可調的雷射引導光束，確保無人機處雷射光束的橫截面半徑為定值。

無人機上的雷射接收器接收到雷射引導信號，經接受光學系統聚焦，在四象限探測器上形成一個近似圓形的雷射光斑探測器四個獨立的光電二極體都能接收到一定的光能量，並輸出一定的相電流，輸出電流的大小和每個二極體（光敏器件）上的入射雷射能量成比例。

信號處理電路對探測器輸出的相電流進行放大，並進行相應的解算，得出無人機位置和光軸的橫向和縱向航偏差，並通過通信單元發送給無人機的飛行控制系統，通過控制無人機的舵機來實現引導無人機精確著艦/著陸。

本發明所提出的技術方案利用雷射駕束對無人機著艦/著陸實施導引，該系統具備導引導精度高，抗幹擾能力強，控制簡單等特點，具有較為廣闊的預期應用前景和較好的預期應用效果。

以上對本發明所提供的基於雷射駕束的無人機回收系統進行了詳細介紹，對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。