本發(fā)明涉及無人機(jī)試驗(yàn)，具體涉及到一種陣列式高能激光反制無人機(jī)試驗(yàn)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，無人機(jī)反制已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工程面臨的重要問題。高功率激光武器具備成本低和快速打擊的優(yōu)點(diǎn)，在無人機(jī)反制領(lǐng)域逐漸得到了重視。當(dāng)采用高能激光對(duì)無人機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行燒蝕時(shí)，需要保證激光在單位面積上達(dá)到一定的能量密度才能達(dá)到燒蝕的目的。

2、基于遠(yuǎn)程目標(biāo)跟蹤的需求，激光武器需結(jié)合雷達(dá)或光學(xué)圖像跟蹤設(shè)備，跟蹤確定的目標(biāo)點(diǎn)一般為高能激光的打擊中心點(diǎn)。盡管圖像識(shí)別系統(tǒng)可以對(duì)無人機(jī)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，但是在面對(duì)距離較遠(yuǎn)的小尺寸無人機(jī)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致成像不清晰。同時(shí)，當(dāng)采用單束激光設(shè)計(jì)方案時(shí)，由于圖像跟蹤不清晰，單束激光難以準(zhǔn)確打擊到無人機(jī)的特定部位，容易造成打擊不精確。為了彌補(bǔ)圖像跟蹤設(shè)備的不足，需要發(fā)展打擊范圍更大的激光設(shè)備。由多個(gè)高能激光器組成的陣列式高能激光能解決打擊不精確的問題，但是高能激光器越多，成本越高，因此需要通過試驗(yàn)來分析陣列式高能激光打擊無人機(jī)的機(jī)理，以優(yōu)化陣列式高能激光的結(jié)構(gòu)，在保證打擊效率的同時(shí)，降低成本。

3、因此，有必要設(shè)計(jì)一種陣列式高能激光反制無人機(jī)試驗(yàn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種陣列式高能激光反制無人機(jī)試驗(yàn)方法及裝置。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種陣列式高能激光反制無人機(jī)試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

3、步驟1，準(zhǔn)備試驗(yàn)裝置和無人機(jī)；所述試驗(yàn)裝置包括高能激光陣列組件、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)、高速攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)、激光瞄準(zhǔn)器，所述高能激光陣列組件包括承載盒、若干高功率激光器，若干所述高功率激光器平行的設(shè)置在所述承載盒中以形成激光整列，所述激光整列用于向所述無人機(jī)發(fā)射高功率激光束以燒蝕所述無人機(jī)，所述自動(dòng)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)所述承載盒轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整高功率激光束的發(fā)射方向，所述高速攝像機(jī)用于拍攝試驗(yàn)過程的圖像，所述紅外攝像機(jī)用于拍攝所述無人機(jī)被燒蝕時(shí)的熱量分布圖，所述激光瞄準(zhǔn)器用于發(fā)射與高功率激光束平行的瞄準(zhǔn)激光以偵查所述無人機(jī)；

4、步驟2，進(jìn)行激光反制無人機(jī)試驗(yàn)；開啟所述自動(dòng)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)、高速攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)、激光瞄準(zhǔn)器，遠(yuǎn)程操控所述無人機(jī)飛行進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)域，當(dāng)所述激光瞄準(zhǔn)器偵查到所述無人機(jī)時(shí)，遠(yuǎn)程操控所述激光整列向所述無人機(jī)發(fā)射高功率激光束以燒蝕所述無人機(jī)；

5、步驟3，觀察燒蝕過程并分析無人機(jī)被燒蝕的形貌，獲取試驗(yàn)的無人機(jī)燒蝕區(qū)域半徑、燒蝕深度；

6、步驟4，對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行有限元模擬，獲取模擬的無人機(jī)燒蝕區(qū)域半徑、燒蝕深度；

7、步驟5，?對(duì)比模擬和試驗(yàn)得到的無人機(jī)燒蝕區(qū)域半徑、燒蝕深度，調(diào)整有限元模擬參數(shù)使得模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相吻合，導(dǎo)出模擬的燒蝕區(qū)域關(guān)鍵點(diǎn)的燒蝕深度-時(shí)間變化曲線。

8、進(jìn)一步的，在所述步驟1中，所述高能激光陣列組件還包括若干水冷散熱器，所述水冷散熱器用于對(duì)高功率激光器進(jìn)行散熱。

9、進(jìn)一步的，在所述步驟3中，觀察燒蝕過程具體包括：

10、根據(jù)高速攝像機(jī)的拍攝圖像，記錄無人機(jī)從被高能激光陣列照射開始到跌落的過程，獲取關(guān)鍵時(shí)間參數(shù)和；

11、其中，為從激光開始燒蝕到無人機(jī)開始急速跌落的總時(shí)間；為激光開始燒蝕到無人機(jī)開始出現(xiàn)滾轉(zhuǎn)、側(cè)傾和尾旋的非平衡狀態(tài)的時(shí)間。

12、進(jìn)一步的，在所述步驟3中，分析無人機(jī)被燒蝕的形貌具體包括：

13、分析高速攝像機(jī)的拍攝圖像，觀察無人機(jī)是否多部位被燒蝕以及被燒蝕部位分布；

14、在光學(xué)顯微鏡下觀測(cè)無人機(jī)被燒蝕部位的微觀形貌，對(duì)比不同部位的燒蝕程度，將燒蝕程度最高的區(qū)域定義為核心燒蝕區(qū)，將其余受燒蝕程度低的區(qū)域定義為次級(jí)燒蝕區(qū)，將未受到燒蝕的區(qū)域定義為完好區(qū)域；

15、分析各被燒蝕部位的燒蝕區(qū)中心和邊界形貌，得到無人機(jī)燒蝕區(qū)域半徑、燒蝕深度。

16、進(jìn)一步的，在所述步驟4中，具體包括：

17、在comsol軟件中建立無人機(jī)外殼的二維幾何模型，并劃分網(wǎng)格；

18、設(shè)置有限元模擬參數(shù)并輸入激光譜振腔中的高斯光束算法，對(duì)燒蝕過程進(jìn)行有限元模擬分析；

19、輸出模擬結(jié)果，獲取模擬的無人機(jī)燒蝕區(qū)域半徑、燒蝕深度，導(dǎo)出模擬的燒蝕區(qū)域關(guān)鍵點(diǎn)的燒蝕深度-時(shí)間變化曲線。

20、進(jìn)一步的，所述激光譜振腔中的高斯光束算法，具體包括：

21、高斯光束q參數(shù)通過變換矩陣為 m=的光學(xué)系統(tǒng)，其變換亦遵循?abcd?定律，即：

22、；

23、；

24、式中：和為傳輸變換前的q參數(shù);和為傳輸變換后的q參數(shù)；若高斯光束通過具有多個(gè)光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng),則變換矩陣 m由各光學(xué)元件變換矩陣的乘積所確定；

25、當(dāng)或參數(shù)和已知時(shí),由abcd?定律就可以求出任意位置z處的q或參數(shù),然后根據(jù)該參數(shù)進(jìn)行分離實(shí)、虛部的運(yùn)算,就得到此位置的等相面曲率半徑r(z)、光斑半徑?w(z)、距離束腰的位置和束腰半徑；

26、設(shè)激光譜振腔中的高斯光束用q參數(shù)表示,設(shè)腔鏡1處往返一周的傳輸矩陣為，諧振光束的q和參數(shù)滿足自再現(xiàn)條件：

27、；

28、；

29、求解的參數(shù)，可得：

30、；

31、；

32、求解q參數(shù)，可得：

33、；

34、；

35、其中，i為單位矩陣；

36、在數(shù)值求解q參數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)多解,選解法則為:應(yīng)取使光束束半寬平方為正的解；

37、求出q參數(shù)后,將其實(shí)部和虛部分開,實(shí)部、虛部分別對(duì)應(yīng)于光束的束腰位置和束腰半徑；利用abcd定律,求出高斯光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)變換后的光束參數(shù),從而得到光束傳輸變換后的束腰位置和束腰半徑；

38、求出參數(shù)后,將其實(shí)部和虛部分開,實(shí)部、虛部分別對(duì)應(yīng)于光束的等相面曲率半徑和光斑半徑；利用abcd定律,求出高斯光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)變換后的光束參數(shù),從而得到光束傳輸變換后的等相面曲率半徑和光斑半徑。

39、本發(fā)明還提供了一種陣列式高能激光反制無人機(jī)試驗(yàn)裝置，包括高能激光陣列組件、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)、高速攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)、激光瞄準(zhǔn)器，

40、所述高能激光陣列組件包括承載盒、若干高功率激光器，若干所述高功率激光器平行的設(shè)置在所述承載盒中以形成激光整列，所述激光整列用于向所述無人機(jī)發(fā)射高功率激光束以燒蝕所述無人機(jī)；

41、所述自動(dòng)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)設(shè)置在承載盒的底部，用于驅(qū)動(dòng)所述承載盒轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整高功率激光束的發(fā)射方向；

42、所述高速攝像機(jī)和所述紅外攝像機(jī)均設(shè)置在高能激光陣列組件的附近，所述高速攝像機(jī)用于拍攝試驗(yàn)過程的圖像，所述紅外攝像機(jī)用于拍攝所述無人機(jī)被燒蝕時(shí)的熱量分布圖；

43、所述激光瞄準(zhǔn)器設(shè)置在承載盒的頂部，所述激光瞄準(zhǔn)器用于發(fā)射與高功率激光束平行的瞄準(zhǔn)激光以偵查所述無人機(jī)。

44、進(jìn)一步的，所述高能激光陣列組件還包括若干水冷散熱器，所述水冷散熱器與對(duì)應(yīng)的所述高功率激光器抵接，所述水冷散熱器用于對(duì)高功率激光器進(jìn)行散熱。

45、由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下有益效果：

46、1.本發(fā)明提出了可彌補(bǔ)遠(yuǎn)程圖像跟蹤設(shè)備的清晰度不足的方案，增加高功率激光器數(shù)量，在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的打擊；實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)無人機(jī)的多點(diǎn)高溫?zé)g，增加了打擊無人機(jī)易損部位的概率；

47、2.本發(fā)明通過試驗(yàn)來分析陣列式高能激光打擊無人機(jī)的機(jī)理，以優(yōu)化陣列式高能激光的結(jié)構(gòu)，在保證打擊效率的同時(shí)，降低成本；

48、3．本發(fā)明的試驗(yàn)方法結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)和有限元模擬，即確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，又通過有限元模擬降低了試驗(yàn)成本。