本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)，特別涉及一種具有防護(hù)功能的光學(xué)裝置。

背景技術(shù)：

1、小型無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中具有重要地位。由于小型無(wú)人機(jī)具有低慢小的特點(diǎn)，其雷達(dá)信號(hào)容易被背景噪聲掩蓋，這使得其探測(cè)和打擊成為當(dāng)前全球兵器研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。小型無(wú)人機(jī)在軍事上的應(yīng)用范圍廣泛，包括偵察、監(jiān)視、打擊等多種任務(wù)。然而，正是由于其低空飛行和體積小巧的特性，使得傳統(tǒng)的雷達(dá)和其他探測(cè)設(shè)備在識(shí)別和追蹤這些目標(biāo)時(shí)面臨巨大挑戰(zhàn)。

2、為了適應(yīng)航空現(xiàn)代化的發(fā)展和低空經(jīng)濟(jì)的需求，對(duì)無(wú)人機(jī)的探測(cè)、打擊和捕獲技術(shù)的研究成為必然趨勢(shì)。尤其在城市環(huán)境中，小型無(wú)人機(jī)的廣泛使用帶來(lái)了諸多潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何有效地監(jiān)控和管理小型無(wú)人機(jī)活動(dòng)成為了一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

3、在當(dāng)前技術(shù)條件下，小型無(wú)人機(jī)的探測(cè)與打擊系統(tǒng)正在不斷發(fā)展。例如，先進(jìn)的雷達(dá)技術(shù)、光學(xué)傳感器、聲學(xué)傳感器以及綜合探測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，都在提升小型無(wú)人機(jī)的探測(cè)能力。此外，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的引入，使得自動(dòng)化識(shí)別和跟蹤小型無(wú)人機(jī)成為可能，大大提高了防護(hù)系統(tǒng)的效率和準(zhǔn)確性。

4、已有研究表明，利用多傳感器融合技術(shù)可以有效提高小型無(wú)人機(jī)的探測(cè)精度和可靠性。例如，smith等人在其論文中詳細(xì)探討了多模態(tài)傳感器在無(wú)人機(jī)探測(cè)中的應(yīng)用?。另外，wang和li在專利us20190345678a1中提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的無(wú)人機(jī)識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確識(shí)別并跟蹤無(wú)人機(jī)。

5、然而上述針對(duì)個(gè)人單兵操作的小型無(wú)人機(jī)的探測(cè)和打擊仍然是一個(gè)世界性的問(wèn)題，探測(cè)到小無(wú)人機(jī)后若采用導(dǎo)彈打擊費(fèi)效比成本太高，且發(fā)射裝置體積巨大單兵無(wú)法大量配置，戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際也表明采用簡(jiǎn)單的單槍射擊也沒有任何的準(zhǔn)確性可言。另外單兵操作要求探測(cè)系統(tǒng)具有小型化、輕型化、易攜帶的特點(diǎn)，而無(wú)人機(jī)的飛行靈活、軌跡的不可琢磨均使得常規(guī)的探測(cè)和打擊措施很難取得效果。

6、公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種具有防護(hù)功能的光學(xué)裝置，快速定位無(wú)人機(jī)并打擊無(wú)人機(jī)。

2、一種具有防護(hù)功能的光學(xué)裝置，包括：主控包、設(shè)置在主控包上的光學(xué)掃描頭、能發(fā)射能量或者彈丸的發(fā)射裝置和電源，電源為發(fā)射裝置的顯示器、主控包、光學(xué)掃描頭供電；其特征在于，

3、所述光學(xué)掃描頭包括用于接收外部觀測(cè)對(duì)象反射光的光學(xué)景象接受組件，所述光學(xué)景象接受組件通過(guò)回?cái)[軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在軸向旋轉(zhuǎn)支架上，回?cái)[軸的一端傳動(dòng)連接回?cái)[馬達(dá)，軸向旋轉(zhuǎn)機(jī)架的底部通過(guò)軸承和滾動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)連接固定機(jī)架；軸向旋轉(zhuǎn)支架和固定機(jī)架的中部預(yù)留有供光學(xué)景象接受組件光路輸出的通孔；所述光學(xué)掃描頭還設(shè)置用于獲取光學(xué)掃描頭當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)方位角和偏轉(zhuǎn)俯仰角參數(shù)的三軸角度傳感器-1，所述三軸角度傳感器-1電連主控包的主控板；

4、主控包的光學(xué)探測(cè)器設(shè)在通孔的正下方、用于接收光學(xué)景象接受組件光路輸出的外部觀測(cè)對(duì)象反射光；主控包的主控板通訊連接光學(xué)探測(cè)器、三軸角度傳感器-1、回?cái)[馬達(dá)和滾動(dòng)馬達(dá)；

5、所述能量發(fā)射或者彈丸發(fā)射的發(fā)射裝置設(shè)置有光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡或/和顯示器、以及設(shè)置在光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡附近測(cè)量發(fā)射裝置相對(duì)光學(xué)掃描頭方位角和俯仰角偏差的三軸角度傳感器-2，所述光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡或/和顯示器、所述三軸角度傳感器-2通過(guò)藍(lán)牙或者線纜電氣連接主控包的主控板；

6、發(fā)射裝置的光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡或/和顯示器通訊連接主控板，主控板通信連接本地顯示屏或者遠(yuǎn)端顯示屏用于圖像信號(hào)輸出，主控板通信連接本地鍵盤或者遠(yuǎn)端的輸入設(shè)備用于指令輸入。

7、所述發(fā)射裝置既可以手持操作單兵發(fā)射，也可以安裝在萬(wàn)向平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的跟蹤瞄準(zhǔn)發(fā)射。

8、本方面進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為：

9、進(jìn)一步的，還包括用于顯示探測(cè)器采集圖像信號(hào)的顯示屏和用于給主控板輸入指令的鍵盤，所述顯示屏和鍵盤設(shè)于主控包中，或者顯示屏設(shè)置在外設(shè)頭盔上、鍵盤設(shè)置在外設(shè)穿戴設(shè)備上。

10、進(jìn)一步的，光學(xué)掃描頭包括防護(hù)罩以及防護(hù)罩內(nèi)設(shè)置的主反射鏡、次反射鏡、反射鏡組，所述主反射鏡具有弧形反射面，用于接收并匯聚觀測(cè)目標(biāo)反射的光，主反射鏡的鏡底設(shè)有通孔；所述次反射鏡設(shè)在主反射鏡匯聚出射光路中，次反射鏡的出射光路穿過(guò)主反射鏡的通孔；

11、反射鏡組由固定反射鏡和反射棱鏡組成，所述固定反射鏡設(shè)在主反射鏡的通孔后方，所述固定反射鏡與次反射鏡出射光路中心軸之間為45°設(shè)置，所述主反射鏡、次反射鏡和固定反射鏡固定連接軸向旋轉(zhuǎn)支架，所述軸向旋轉(zhuǎn)支架通過(guò)回?cái)[軸和回?cái)[馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在滾動(dòng)支架上，回?cái)[馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸向旋轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)往復(fù)擺動(dòng)；所述回?cái)[軸與主光軸經(jīng)過(guò)所述固定反射鏡反射后的光軸重合。

12、回?cái)[馬達(dá)固定連接滾動(dòng)支架，所述滾動(dòng)支架通過(guò)軸承和滾動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)連接機(jī)架，滾動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)滾動(dòng)支架圍繞光主軸旋轉(zhuǎn)；

13、反射鏡組的固定反射鏡附近設(shè)置用于獲取光學(xué)掃描頭當(dāng)前的滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)方位角和回?cái)[偏轉(zhuǎn)俯仰角參數(shù)的三軸角度傳感器-1，隨所述組件圍繞光主軸滾轉(zhuǎn)同時(shí)圍繞回?cái)[軸往復(fù)擺動(dòng)，所述三軸角度傳感器-1電氣連接主控板。

14、如此設(shè)置使得光學(xué)掃描頭能完成360°方位角的滾轉(zhuǎn)、±90°回?cái)[動(dòng)作，從而具有對(duì)頂部半球區(qū)域的掃描功能。

15、進(jìn)一步的，主控包設(shè)有適配器，所述適配器為能保持定位的導(dǎo)軌式機(jī)械結(jié)構(gòu)，發(fā)射裝置對(duì)應(yīng)與適配器貼靠的部位具有與該導(dǎo)軌式機(jī)械結(jié)構(gòu)相匹配，分別具有公或者母的機(jī)械配合；如此設(shè)置，使得電氣標(biāo)定匹配時(shí)，發(fā)射裝置的三軸角度傳感器-2與所述光學(xué)掃描頭的三軸角度傳感器-1能取得相同的方位角數(shù)據(jù)以及俯仰角數(shù)據(jù)；

16、當(dāng)單兵操作發(fā)射裝置離開主控包適配器進(jìn)行瞄準(zhǔn)或者發(fā)射時(shí)，三軸角度傳感器-2與三軸角度傳感器-1之間通過(guò)主控板保持?jǐn)?shù)據(jù)通訊。使得當(dāng)單兵操作發(fā)射裝置離開主控包適配器進(jìn)行瞄準(zhǔn)或者發(fā)射時(shí)，三軸角傳感器-2與三軸角傳感器-1能保持同步。

17、進(jìn)一步的，三軸角度傳感器-1、三軸角度傳感器-2包括軸編碼器、霍爾角度傳感器和3d陀螺儀。

18、進(jìn)一步的，能量發(fā)射或者彈丸發(fā)射的發(fā)射裝置設(shè)置在萬(wàn)向平臺(tái)上，萬(wàn)向平臺(tái)上安裝有俯仰馬達(dá)、方位旋轉(zhuǎn)馬達(dá)、光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡或/和顯示器，在光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡附近設(shè)有三軸角度傳感器-2，光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡或/和顯示器、三軸角度傳感器-2通過(guò)線纜電氣連接主控板。

19、進(jìn)一步的，光學(xué)掃描頭還包括調(diào)整鏡組，調(diào)整鏡組設(shè)在次反射鏡匯聚焦點(diǎn)的外側(cè)，用于減小次反射鏡的出射光線發(fā)散角。

20、進(jìn)一步的，光學(xué)探測(cè)器包括分光鏡和至少2個(gè)探測(cè)器，分光鏡設(shè)在反射鏡組的出射光路中，用于透射第一預(yù)設(shè)波段的光束和反射第二預(yù)設(shè)波段的光束；所述探測(cè)器分別為探測(cè)器-1和探測(cè)器-2，分別對(duì)應(yīng)第一預(yù)設(shè)波段的光束和第二預(yù)設(shè)波段的光束。

21、進(jìn)一步的，主控板對(duì)三軸角度傳感器-1、三軸角度傳感器-2電氣標(biāo)定匹配具體為兩者數(shù)值差進(jìn)行校零。

22、進(jìn)一步的，主反射鏡和次反射鏡、調(diào)整鏡組、反射鏡組、分光鏡/偏置分光鏡、鏡頭組-1、探測(cè)器-1按照光路順序構(gòu)成反射式卡塞格林望遠(yuǎn)鏡光路；卡塞格林望遠(yuǎn)鏡光路所構(gòu)成的探測(cè)器-1的視場(chǎng)角α為0.5°-1.5°。

23、進(jìn)一步的，主反射鏡和次反射鏡邊緣外側(cè)之間的反射面、調(diào)整鏡組、反射鏡組、偏置分光鏡、鏡頭組-2、探測(cè)器-2按照光路順序構(gòu)成折射式望遠(yuǎn)鏡光路；所述折射式望遠(yuǎn)鏡光路的視場(chǎng)角β為3.5°-15°。這是把大視場(chǎng)角的探測(cè)方法引入本案，提高掃描探測(cè)的效率。

24、進(jìn)一步的，發(fā)射裝置為能量發(fā)射裝置，能量發(fā)射裝置包括微波能量、激光能量；

25、或者發(fā)射裝置為彈丸發(fā)射裝置，彈丸發(fā)射裝置包括多彈丸連發(fā)或者多發(fā)式發(fā)射槍、彈丸發(fā)射網(wǎng)；

26、發(fā)射裝置的顯示器為與主控包顯示屏/頭盔顯示屏/眼鏡式顯示屏并列，根據(jù)不同的工作狀態(tài)，或者光學(xué)掃描頭跟蹤框同步跟蹤發(fā)射裝置的瞄準(zhǔn)框、或者發(fā)射裝置的瞄準(zhǔn)框同步跟蹤光學(xué)掃描頭的跟蹤框，方便發(fā)射裝置的操作人員操作；

27、光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡，為具有放大功能的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。

28、進(jìn)一步的，還包括像移補(bǔ)償單元，像移補(bǔ)償單元包括像移補(bǔ)償鏡和像移馬達(dá)，當(dāng)滾轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)光學(xué)掃描頭圍繞主光軸進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，且當(dāng)探測(cè)器需要進(jìn)行拍照時(shí)，像移馬達(dá)帶動(dòng)像移補(bǔ)償鏡進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，從而使得探測(cè)器端圖像保持穩(wěn)定，以獲得清晰的圖像信息。

29、進(jìn)一步的，像移補(bǔ)償鏡或者設(shè)置在反射鏡組的固定反射鏡處，或者像移補(bǔ)償鏡或者設(shè)置在反射棱鏡的一個(gè)反射鏡處；像移馬達(dá)帶動(dòng)像移補(bǔ)償鏡圍繞主光軸偏轉(zhuǎn)。

30、一種如前文所述具有防護(hù)功能的光學(xué)裝置的探測(cè)方法，包括：

31、模式一，發(fā)射裝置顯示器與主控包顯示屏同步的正向引導(dǎo)瞄準(zhǔn)模式；

32、模式二，主控包光學(xué)掃描頭及顯示屏與發(fā)射裝置顯示器同步的反向引導(dǎo)瞄準(zhǔn)模式；

33、其中模式一具體為：

34、掃描探測(cè)狀態(tài)：此時(shí)為防空狀態(tài)，滾轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)滾轉(zhuǎn)支架進(jìn)行360°水平方位角的旋轉(zhuǎn)、回?cái)[馬達(dá)優(yōu)選為步進(jìn)工作方式控制光學(xué)掃描頭的俯仰角，如此形成一個(gè)完整半球的掃描探測(cè)區(qū)域，器件探測(cè)器定時(shí)或者隨機(jī)地進(jìn)行拍照，獲得的圖像信號(hào)傳遞至主控板進(jìn)行分析和處理，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后在顯示屏上顯示方位角和俯仰角；

35、跟蹤探測(cè)狀態(tài)：發(fā)現(xiàn)并選定目標(biāo)后，光學(xué)掃描頭在回?cái)[馬達(dá)和滾轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)下，使得主反射鏡對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)所在的方位角和俯仰角，并使得目標(biāo)位于主顯示屏中心區(qū)域的跟蹤框內(nèi)，主控板根據(jù)探測(cè)器的信號(hào)，控制回?cái)[馬達(dá)和滾轉(zhuǎn)馬達(dá)，使得目標(biāo)始終保持在主顯示屏中心區(qū)域的跟蹤框內(nèi)，當(dāng)前目標(biāo)的方位角和俯仰角即為跟蹤框所對(duì)應(yīng)的方位角和俯仰角，方位角和俯仰角參數(shù)通過(guò)3軸角度傳感器-1獲得；

36、防衛(wèi)瞄準(zhǔn)狀態(tài)：發(fā)射裝置的顯示器帶有瞄準(zhǔn)框和跟蹤框，瞄準(zhǔn)框與發(fā)射裝置的發(fā)射軸同向，即瞄準(zhǔn)框所對(duì)應(yīng)的方位角和俯仰角，即為發(fā)射裝置瞄準(zhǔn)的方位角和俯仰角，發(fā)射裝置瞄準(zhǔn)的方位角和俯仰角參數(shù)通過(guò)3軸角度傳感器-2獲得；

37、發(fā)射裝置顯示器上的跟蹤框與主顯示屏的跟蹤框同步，操作者通過(guò)發(fā)射裝置的顯示器發(fā)現(xiàn)跟蹤框，調(diào)整發(fā)射裝置的瞄準(zhǔn)方向?qū)⒚闇?zhǔn)框靠近跟蹤框，直至重合；

38、防衛(wèi)和打擊階段，操作者通過(guò)顯示器保持瞄準(zhǔn)框與跟蹤框的重合，此時(shí)發(fā)射能量或者彈丸完成擊發(fā)，完成能量或者彈丸或者網(wǎng)的發(fā)射；

39、其中模式二具體為：

40、掃描探測(cè)狀態(tài)：此時(shí)為防空狀態(tài)，操作人通過(guò)發(fā)射裝置的光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡掃描目標(biāo)，并在顯示器上顯示，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后將瞄準(zhǔn)框?qū)?zhǔn)目標(biāo)；

41、跟蹤探測(cè)狀態(tài)：光學(xué)掃描頭在回?cái)[馬達(dá)和滾轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)下，使得主反射鏡自動(dòng)與發(fā)射裝置同步，對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)所在的方位角和俯仰角，使主屏的跟蹤框與發(fā)射顯示器瞄準(zhǔn)框重合，得目標(biāo)在主顯示屏中心區(qū)域的跟蹤框內(nèi)或者附近顯示，所述主控板根據(jù)發(fā)射裝置的信號(hào)，控制回?cái)[馬達(dá)和滾轉(zhuǎn)馬達(dá)，使得掃描頭與發(fā)射裝置保持同步；

42、防衛(wèi)瞄準(zhǔn)狀態(tài)：發(fā)射裝置的顯示器帶有瞄準(zhǔn)框和跟蹤框，瞄準(zhǔn)框與發(fā)射裝置的發(fā)射軸同向。跟蹤框與主屏跟蹤框同步，操作人通過(guò)光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡和、或顯示器，調(diào)整發(fā)射裝置的瞄準(zhǔn)方向?qū)⒚闇?zhǔn)框?qū)?zhǔn)目標(biāo)；

43、防衛(wèi)和打擊階段，操作人通過(guò)顯示器調(diào)整發(fā)射裝置的方向?qū)⒚闇?zhǔn)框?qū)?zhǔn)目標(biāo)完成擊發(fā)；

44、或者操作人員完成上述初步瞄準(zhǔn)后，啟動(dòng)模式一，利用光學(xué)掃描頭的小視場(chǎng)高精度探測(cè)重新進(jìn)行瞄準(zhǔn)，使得發(fā)射裝置瞄準(zhǔn)框與主屏跟蹤框的重合，?此時(shí)發(fā)射能量或者彈丸完成擊發(fā)，完成能量或者彈丸或者網(wǎng)的發(fā)射。

45、本案的優(yōu)勢(shì)及意義：

46、實(shí)現(xiàn)小型化和輕型化：本裝置既可以單兵操作也可以車輛安裝，具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

47、適合多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，頭盔式眼鏡式極大地減輕裝置的重量，快捷方便、萬(wàn)向平臺(tái)使得全自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)掃描探測(cè)、跟蹤瞄準(zhǔn)、激發(fā)打擊成為可能。

48、既可以由光學(xué)掃描頭發(fā)現(xiàn)目標(biāo)然后發(fā)射裝置跟蹤光學(xué)掃描頭、也可以通過(guò)發(fā)射裝置發(fā)現(xiàn)目標(biāo)然后光學(xué)掃描頭跟蹤，多種模式應(yīng)用，使用靈活方便。

49、在發(fā)射裝置上安裝設(shè)置3軸角度傳感器，光學(xué)掃描頭也設(shè)置獨(dú)立的三軸角度傳感器，

50、并利用適配器對(duì)兩個(gè)陀螺儀進(jìn)行適配和同步，通過(guò)中央控制器保持兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)通信，利用對(duì)兩個(gè)傳感器數(shù)值的差異進(jìn)行跟蹤、瞄準(zhǔn)發(fā)射使得發(fā)射裝置與光學(xué)掃描頭的同步探測(cè)和跟蹤；

51、利用具有高精度掃描探測(cè)發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)，進(jìn)而引導(dǎo)單兵發(fā)射裝置進(jìn)行瞄準(zhǔn)和擊發(fā)，使得單兵對(duì)小型無(wú)人機(jī)目標(biāo)的打擊成為可能。

52、單兵操作的實(shí)現(xiàn)，特別是個(gè)人單兵武器與探測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)同步和聯(lián)動(dòng)，能夠極大地提升單兵利用輕型武器提高對(duì)小型無(wú)人機(jī)的防護(hù)能力和打擊水平，提高士兵戰(zhàn)場(chǎng)生存能力、挽救生命。

53、將大視場(chǎng)角的折射望遠(yuǎn)鏡用于較大范圍的掃描探測(cè)與小視場(chǎng)角的卡塞望遠(yuǎn)鏡用于小范圍的跟蹤探測(cè)，兩者結(jié)合能提高裝置對(duì)無(wú)人機(jī)掃描探測(cè)的效率，縮短探測(cè)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的時(shí)間。