阅读说明：本技术 一种基于反射镜的空间定向能反射对抗方法 (Space orientation energy reflection countermeasure method based on reflector ) 是由 杨夏 郭贵松 王杰 张新 张小虎 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于反射镜的空间定向能反射对抗方法,包括如下步骤：将相机组件、定向能反射组件安装在卫星平台上；利用相机组件探测空间中的敌方定向能武器,并获取敌方定向能武器的实时图像；基于敌方定向能武器的实时图像获取敌方定向能武器的世界坐标,并根据敌方定向能武器的世界坐标调整定向能反射组件的姿态,使其反射敌方定向能武器定向能武器发射的定向能波。通过在卫星平台上安装定向能反射组件,并根据探测到的敌方定向能武器的世界坐标调整定向能反射组件的姿态,使其反射敌方定向能武器定向能武器发射的定向能波,针对定向能武器的特点,可利用光学反射原理,在太空抵近对抗中,实现对敌方定向能武器的主动防御。(The invention discloses a space orientation energy reflection countermeasure method based on a reflector, which comprises the following steps: mounting a camera assembly and a directional energy reflecting assembly on a satellite platform; detecting enemy directional energy weapons in space by using a camera assembly, and acquiring real-time images of the enemy directional energy weapons; the method comprises the steps of acquiring world coordinates of an enemy directional energy weapon based on a real-time image of the enemy directional energy weapon, and adjusting the posture of a directional energy reflection assembly according to the world coordinates of the enemy directional energy weapon to enable the enemy directional energy weapon to reflect directional energy waves emitted by the enemy directional energy weapon. The directional energy reflection assembly is mounted on the satellite platform, the posture of the directional energy reflection assembly is adjusted according to the detected world coordinate of the enemy directional energy weapon, so that the directional energy wave emitted by the enemy directional energy weapon is reflected, and the active defense of the enemy directional energy weapon can be realized in space approaching confrontation by using an optical reflection principle according to the characteristics of the directional energy weapon.)

一种基于反射镜的空间定向能反射对抗方法

技术领域

本发明涉及空间定向能反射对抗领域，具体是一种基于反射镜的空间定向能反射对抗方法。

背景技术

进入新世纪以来，太空国际竞争愈演愈烈，夺取制空权已经涉及到国家的核心利益。随着世界各国航天技术不断发展，安全防护成为航天任务的重要内容。

定向能武器(包括定向能武器、微波武器)是一种利用沿一定方向发射的定向能攻击目标武器，具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能，在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用。定向能武器无后坐力，威力大的优点使其成为理想的太空武器。而面对敌方定向能武器攻击等，我方卫星长期以来缺乏有效的主动防御手段。

发明内容

针对上述现有技术中存在的一项或多项不足，本发明提供一种基于反射镜的空间定向能反射对抗方法，针对定向能武器的特点，可利用光学反射原理，在太空抵近对抗中，实现对敌方定向能武器的主动防御。

为实现上述目的，本发明提供一种基于反射镜的空间定向能反射对抗方法，包括如下步骤：

步骤1，将相机组件、定向能反射组件安装在卫星平台上，其中，所述定向能反射组件覆盖在卫星平台上，且所述定向能反射组件的位姿在卫星平台上可进行多自由度调整，以用于反射定向能波；

步骤2，利用相机组件探测空间中的敌方定向能武器，并获取敌方定向能武器的实时图像；

步骤3，基于敌方定向能武器的实时图像获取敌方定向能武器的世界坐标，并根据敌方定向能武器的世界坐标调整定向能反射组件的姿态，使其反射敌方定向能武器定向能武器发射的定向能波。

进一步改进的，步骤2中，所述利用相机组件探测空间中的敌方定向能武器，具体为：

利用相机组件持续获取空间中的探测图像，基于探测图像使用运动目标检测算法检测空间中的出敌方定向能武器，其中，所述运动目标检测算法包括但不限于帧差法、光流法。

进一步改进的，步骤3中，所述基于敌方定向能武器的实时图像获取敌方定向能武器的世界坐标，并根据敌方定向能武器的世界坐标调整定向能反射组件的姿态，具体为：

步骤3.1，获取敌方定向能武器的实时图像中敌方定向能武器上任意一点P的像素坐标(u_P，v_P)；

步骤3.2，基于点P的像素坐标(u_P，v_P)与相机组件的标定参数得到点P的世界坐标：

式中，(X_P，Y_P，Z_P)为点P的世界坐标，d_x、d_y表示1个像素横坐标长度、纵坐标长度，f表示焦距，z为比例因子，c_x、c_y表示第一实时图像的中心点在像素坐标系中的位置，t_x、t_y、t_z表示平移向量，r_i(i＝1～9)表示旋转矩阵；

步骤3.3，遍历敌方定向能武器的实时图像中敌方定向能武器上的所有点并重复步骤301-302，即得到敌方定向能武器的世界坐标；

步骤3.4，基于卫星平台的世界坐标与敌方定向能武器的世界坐标得到敌方定向能武器与卫星平台的相对方位，并基于该相对方位调整定向能反射组件的姿态。

进一步改进的，步骤1中，所述定向能反射组件包括若干呈阵列分布的反射单元；

所述反射单元包括两个横向反射件与两个竖向反射件，其中，两个所述横向反射件相连且相互垂直，两个所述竖向反射件相离且相互平行，所述横向反射件与所述竖向反射件相互垂直，两个所述横向反射件与两个竖向反射件围成一个楔形槽，两个横向反射件与两个竖向反射件位于楔形槽内的一面均由高反光材料制成；

定向能反射组件中，相邻的两个反射单元共用一个横向反射件或竖向反射件，在横向上相邻的两个反射单元通过横向支撑边相连，在纵向上相邻的两个反射单元通过纵向支撑边相连，即定向能反射组件中每一个横向反射件均与横向支撑边相连、每一个竖向反射件均与纵向支撑边相连。

进一步改进的，所述横向反射件、竖向反射件均由柔性材料制成，所述横向支撑边、纵向支撑边均为条形气囊，以使得定向能反射组件在卫星平台升空前体积小，重量轻，便携可折叠，在卫星平台到达太空口对横向支撑边、纵向支撑边充气即能展开定向能反射组件。

进一步改进的，所述横向反射件由刚性材料制成，所述竖向反射件由柔性材料制成，所述横向支撑边为刚性支撑柱，所述纵向支撑边均为条形气囊；

同一反射单元单元中，两个横向反射件相连的两条对应边相互铰接，两个横向反射件相离的两条对应边分别与两个横向支撑边相连；

以使得定向能反射组件在卫星平台升空前体积小，重量轻，便携可折叠，在卫星平台到达太空后对纵向支撑边充气即能展开定向能反射组件，并在定向能反射组件展开后有效的保持其构型。

进一步改进的，步骤1中还包括：

将定向能防护组件安装在卫星平台上，所述定向能防护组件环绕在卫星平台上的光学传感单元上。

进一步改进的，所述定向能防护组件为由C₆₀薄膜材料或氧化钒制成的定向能防护膜。

本发明提供的一种基于反射镜的空间定向能反射对抗方法，通过在卫星平台上安装定向能反射组件，并根据探测到的敌方定向能武器的世界坐标调整定向能反射组件的姿态，使其反射敌方定向能武器定向能武器发射的定向能波，针对定向能武器的特点，可利用光学反射原理，在太空抵近对抗中，实现对敌方定向能武器的主动防御。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所采用基于反射镜的空间定向能反射对抗系统的示意图；

图2为本发明实施例中反射的定向能波对敌方定向能武器照成打击的示意图；

图3为本发明实施例中定向能反射组件的结构示意图；

图4为本发明实施例中定向能反射组件的工作原理图；

图5为本发明实施例中基于反射镜的空间定向能反射对抗方法的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本实施例针对定向能武器的特点，可利用光学反射原理，在太空抵近对抗中，实现对敌方定向能武器的主动防御。本实施例采用如图1所示的一套基于反射镜的空间定向能反射对抗系统，其包括卫星平台与搭载在卫星平台上的相机组件、定向能反射组件与定向能防护组件。针对敌方定向能武器的攻击，定向能波由敌方定向能武器发射，卫星平台操控定向能反射组件将定向能波反射，反射的定向能波对敌方定向能武器照成打击，即如图2所示。

参考图3-4，本实施例中的定向能反射组件的第一种实施方式包括若干呈阵列分布的反射单元；反射单元包括两个横向反射件与两个竖向反射件，其中，两个横向反射件相连且相互垂直，两个竖向反射件相离且相互平行，横向反射件与竖向反射件相互垂直，两个横向反射件与两个竖向反射件围成一个楔形槽，两个横向反射件与两个竖向反射件位于楔形槽内的一面均由高反光材料制成。定向能反射组件中，相邻的两个反射单元共用一个横向反射件或竖向反射件，在横向上相邻的两个反射单元通过横向支撑边相连，在纵向上相邻的两个反射单元通过纵向支撑边相连，即定向能反射组件中每一个横向反射件均与横向支撑边相连、每一个竖向反射件均与纵向支撑边相连。

通过互相垂直设置的横向反射件与竖向反射件，无论定向能从哪个角度射入，反射单元都可以将定向能反射。反射单元在面对定向能武器攻击时最大限度的反射定向能，首先可以避免自身伤害，其次可以通过调整定向能反射单元的角度，将定向能反射回敌方定向能武器，造成对方损伤。

定向能反射组件的阵列组合结构虽然可以增大防御面积，但过大的定向能反射组件积会增大卫星在发射过程受到的空气阻力，从而导致提高卫星发射的难度。针对这个问题，本实施例给出以下定向能反射组件的第二种实施方式与第三种实施方式。

作为定向能反射组件进一步优选的第二种实施方式，在第一种实施方式的基础上，第二种实施方式中横向反射件、竖向反射件均由质轻、柔性好、可折叠、强度高的材料制成,且横向反射件、竖向反射件上位于楔形槽内的一面涂高反光层，例如铜或铜合金薄膜层。横向支撑边、纵向支撑边为柔性好的条形气囊，气囊材料选择塑料、橡胶或纤维膜等；横向反射件与横向支撑边之间、竖向反射件与纵向支撑边之间均采用粘接的连接方式，且横向支撑边、纵向支撑边设有有能够充放气的阀门。该种实施方式下的定向能反射组件在卫星平台升空前体积小，重量轻，便携可折叠，在卫星平台到达太空口对横向支撑边、纵向支撑边充气即能展开定向能反射组件。

上述定向能反射组件的第二种实施方式的工作过程具体为：在卫星平台随火箭发射时，充气式的纵向支撑边与横向支撑边处于折叠状态，使得竖向反射件与横向反射件折叠，使其获得最小的占用空间。升空到预定位置时向充气式的纵向支撑边与横向支撑边内充气，使气囊扩展，竖向反射件与横向反射件均重新展开平整。

作为定向能反射组件更进一步优选的第三种实施方式，在第一种实施方式的基础上，第三种实施方式中竖向反射件质轻、柔性好、可折叠、强度高的材料制成，且竖向反射件上位于楔形槽内的一面涂高反光层，例如铜或铜合金薄膜层；而由于在反射定向能波的过程中，横向反射件所反射的能量更多，因此横向反射件由刚性的铜或铜合金材料制成，相比于竖向反射件，在反射定向能过程中能够承受更大的热量。横向支撑边为刚性支撑柱，例如铜杆或铜合金杆等，纵向支撑边均为柔性好的条形气囊，气囊材料选择塑料、橡胶或纤维膜等；且纵向支撑边设有有能够充放气的阀门。其中。同一反射单元单元中，两个横向反射件相连的两条对应边相互铰接，两个横向反射件相离的两条对应边分别与两个横向支撑边铰接相连，且横向反射件与竖向反射件之间、竖向反射件与纵向支撑边之间均采用粘接的连接方式。该种实施方式下的定向能反射组件在卫星平台升空前体积小，重量轻，便携可折叠，在卫星平台到达太空后对纵向支撑边充气即能展开定向能反射组件，并在定向能反射组件展开后有效的保持其构型，且具有更长的使用寿命。

上述定向能反射组件的第三种实施方式的工作过程具体为：在卫星平台随火箭发射时，充气式的纵向支撑边处于折叠状态，使得竖向反射件折叠，横向反射件互相贴合，使其获得最小的占用空间。升空到预定位置时向充气式的纵向支撑边内充气，使气囊扩展，竖向反射件重新展开平整，横向反射件分离。

本实施例中定向能反射组件通过柔性支撑结构搭建在卫星平台上，定向能反射组件在柔性支撑结构的带动下均具有多自由度运动的功能，进而能够反射任意方向的定向能波。而如何设置支撑结构支撑面状结构并通过支撑结构改变面状结构朝向的结构设置与控制设置均为常规技术手段，因此本实施例中不再赘述。

在太空抵近对抗中，卫星平台上的光学传感单元是卫星平台的“眼睛”，光学传感单元在太空目标跟踪、探测等任务下起着巨大作用，但由于光学传感单元其高灵敏度，使其容易受到高能定向能的攻击，为保证光学传感单元对目标的跟踪探测，本实施例采用定向能防护组件来加固易受攻击的光学传感单元。当光学传感单元未受到定向能照射时，定向能防护组件具有高透射性，让光学传感单元持续跟踪探测任务；但当光学传感单元受到定向能照射时，定向能防护组件从高透射转变为高反射。因此本实施例中采用具有极坚硬、透明的特点和良好的红外与紫外特性，抗定向能损伤阈值极高，反应迅速的材料制备定向能防护组件。

具体的，本实施例中采用C₆₀薄膜材料或氧化钒制成的定向能防护膜作为定向能防护组件。C₆₀薄膜材料当受到弱光照射时，输出光强与输人光强成正比，即有线性关系；而当受到强光照射时，输出光强出现饱和，输出光强几乎不随输人光强变化，即有非线性关系。其中，C₆₀的制备主要通过烟火法，用大功率激光束轰击石墨使其气化，用1MPa压强的氦气产生超声波，使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并迅速冷却形成新的碳分子，从而得到了C₆₀。而氧化钒材料因定向能束照射而受热时，材料将发生半导体一金属的相变过程。伴随这个过程，其光电特性将发生较大的变化，特别是红外特性，将从高透射转变为高反射。利用氧化钒薄膜的光学性能随温度的变化而显示出大的改变这一特性可以阻挡红外光和电磁辐射的攻击，从而实现定向能防护。其中，氧化钒的制备可以通过激光诱导气相反应或者热解钒的草酸盐获得。

本实施例中，相机组件采用常规的探测相机，在探测相机投入使用前，需对探测相机进行标定，进而得到相机的内部参数与外部参数等，具体包括焦距f、像素大小、平移矩阵T与旋转矩阵R。本实施例中，探测相机的标定方法采用本领域常规的标定方法：张正友标定法。最终得到探测相机与世界坐标系之间的平移矩阵为

旋转矩阵为

参考图5，本实施例中一种基于反射镜的空间定向能反射对抗方法具体包括如下步骤：

步骤1，将相机组件、定向能反射组件、定向能防护组件安装在卫星平台上。

步骤2，利用相机组件探测空间中的敌方定向能武器，并获取敌方定向能武器的实时图像，其中，所述利用相机组件探测空间中的敌方定向能武器，具体为：

利用相机组件持续获取空间中的探测图像，基于探测图像使用运动目标检测算法检测空间中的出敌方定向能武器，其中，运动目标检测算法包括但不限于帧差法、光流法。

步骤3，基于敌方定向能武器的实时图像获取敌方定向能武器的世界坐标，并根据敌方定向能武器的世界坐标调整定向能反射组件的姿态，使其反射敌方定向能武器定向能武器发射的定向能波。其中，所述基于敌方定向能武器的实时图像获取敌方定向能武器的世界坐标，并根据敌方定向能武器的世界坐标调整定向能反射组件的姿态，具体为：

步骤3.1，获取敌方定向能武器的实时图像中敌方定向能武器上任意一点P的像素坐标(u_P，v_P)；

步骤3.2，基于点P的像素坐标(u_P，v_P)与相机组件的标定参数得到点P的世界坐标：

式中，(X_P，Y_P，Z_P)为点P的世界坐标，d_x、d_y表示1个像素横坐标长度、纵坐标长度，f表示焦距，z为比例因子，c_x、c_y表示第一实时图像的中心点在像素坐标系中的位置，t_x、t_y、t_z表示平移向量，r_i(i＝1～9)表示旋转矩阵；

步骤3.3，遍历敌方定向能武器的实时图像中敌方定向能武器上的所有点并重复步骤301-302，即得到敌方定向能武器的世界坐标；

步骤3.4，基于卫星平台的世界坐标与敌方定向能武器的世界坐标得到敌方定向能武器与卫星平台的相对方位，并基于该相对方位调整定向能反射组件的姿态。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。