一种激光镇暴无人机及其工作方法与流程

本发明涉及一种能够对暴力疑犯实施激光短暂致盲致眩的警用镇暴无人机应用系统，尤其涉及一种通过对暴力疑犯实施短暂的激光致盲致眩以压制甚至消除暴力疑犯犯罪能力的激光镇暴无人机及其工作方法。

背景技术：

民警在处警时，有时只能跟暴恐分子近距离接触，处理案情。民警在处警时被暴恐分子打伤、砍伤、砍死的案例时有发生，给民警的生命造成很大的威胁。与此同时，无人机技术取得了突飞猛进的发展，已经可以承担航拍、侦查等多种任务，但是目前主要还局限于较为初级的活动。

技术实现要素：

本发明提出一种激光镇暴无人机及其工作方法，可以用激光束对暴力恐怖分子实施远程武力压制，使其丧失或部分丧失施暴能力，便于警方控制局面、抓捕犯罪嫌疑人，可以实现所见即所打的远程武力压制功能，给一线警员提供远程武力支援。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种激光镇暴无人机，包括无人机，所述无人机机体下方设有三轴云台，所述三轴云台上设有激光镇暴集成模块，所述激光镇暴集成模块包括侦查相机、激光镇暴枪和激光测距仪，所述侦查相机、激光镇暴枪和激光测距仪相互之间采用同轴或准同轴安装方式。

作为进一步优化，所述侦查相机为短焦距相机或变焦相机，所述变焦相机上设有自动变焦机构，所述自动变焦机构包括平行设置的导向杆和同轴设置在导向杆上的镜架，所述导向杆至少有3根，所述镜架至少有2个，所述镜架上皆设有镜片，所述导向杆一端还设有驱动马达。

作为进一步优化，所述变焦机构中的镜片至少有1个是液体透镜，可以减少变焦过程中的机械运动，或者完全不依赖机械运动来实现变焦。

作为进一步优化，所述自动变焦机构包括3根平行设置的导向杆及同轴设置在导向杆上的第一镜架和第二镜架，所述导向杆上设有外螺纹，所述第二镜架上设有与外螺纹相配合的螺纹孔，所述第一镜架与导向杆固定连接，所述第一镜架和第二镜架上分别设有第一镜片和第二镜片。

作为进一步优化，所述激光镇暴枪上设有可调焦的镜头。

作为进一步优化，所述侦查相机、激光镇暴枪和激光测距仪相互之间采用准同轴安装方式，所述侦察相机、激光测距机和激光镇暴枪各自的光轴之间的间距均小于5厘米。

作为进一步优化，所述侦查相机、激光镇暴枪和激光测距仪相互之间采用同轴安装方式；所述激光镇暴枪的光路上设有第一反射镜，所述侦查相机与激光镇暴枪激光光路的相交点处设有第一窄带反射镜；所述激光测距仪的激光光路上设有第二反射镜，所述侦查相机与激光测距仪激光光路的相交点处设有第二窄带反射镜；所述激光镇暴枪的光路上还设有第三反射镜，所述激光测距仪与激光镇暴枪激光光路的相交处设有第三窄带反射镜。

作为进一步优化，所述三轴云台上设有安装孔，所述三轴云台通过螺钉安装在无人机机体下方。

作为进一步优化，所述激光镇暴枪采用脉冲驱动模式，驱动电流的频率为3～9赫兹；激光激发时间为60～120毫秒。

作为进一步优化，所述激光镇暴枪的驱动电流的频率为6赫兹，所述激光激发时间为80毫秒。

所述激光镇暴无人机的工作方法为：

(1)目标锁定：激光镇暴无人机在接受镇暴任务后，迅速飞抵事发现场，操作员通过远程视频判断出目标，按下锁定键将目标锁定在视场内；

(2)脸部识别及锁定：目标被锁定后，启动脸部寻找及锁定程序，无人机根据自身所在的位置坐标以及与被锁定的目标之间的方位角和距离，确定目标的位置坐标，然后自行规划路线，实现以目标为中心的绕飞，寻找并锁定目标脸部；

(3)压制打击：一旦目标脸部被发现并锁定，激光镇暴无人机即进入攻击待命状态，然后利用脉冲激光打击目标脸部，对目标实施短暂而非永久性的致盲，打击过程中调节脉冲激光开关的时间，使目标反复处于致盲-视觉恢复-再致盲-再视觉恢复的循坏，使目标产生晕眩甚至呕吐的效果，从而解除目标的犯罪能力。

本发明的有益效果如下：本发明提供了一种激光镇暴无人机及其工作方法，将侦察相机、激光镇暴枪、激光测距仪整合挂载到无人机下面的云台上，通过使激光镇暴枪、激光测距仪与侦察相机实现同轴或准同轴的整合，可以实现所见即所打的远程武力压制功能，赋予了无人机的最新内容，即可以用激光束对暴力恐怖分子实施远程武力压制，使其丧失或部分丧失施暴能力，便于警方控制局面、抓捕犯罪嫌疑人，给一线警员提供了远程武力支援；其次本发明将激光镇暴枪安装到小型无人机，应用到警务镇暴反恐领域，跟军用激光枪、激光炮所要达到的目的是有区别的，执法强度远小于军事行动，不以从肉体上消灭对方为目的，也不以从肉体上给犯罪嫌疑人造成永久残疾为行动目的，对犯罪嫌疑人实施的是短暂的非永久伤害的致盲攻击，使犯罪嫌疑人短时间内突然丧失视觉能力，从而约束犯罪嫌疑人有针对性地实施暴力犯罪的行为，便于警务人员第一时间将其制服。

附图说明

图1为本发明侦察相机工作原理示意图。

图2为本发明激光镇暴枪工作原理示意图。

图3为本发明激光测距仪工作原理示意图。

图4为本发明侦察相机、激光镇暴枪、激光测距仪准同轴安装示意图。

图5为本发明侦察相机和激光镇暴枪同轴安装示意图。

图6为本发明侦察相机和激光测距仪同轴安装示意图。

图7为本发明激光测距仪和激光镇暴枪同轴安装示意图。

图8为本发明激光镇暴枪工作时序设计图。

图9为本发明自动变焦机构原理结构图。

图10为本发明激光镇暴集成模块与三轴云台安装示意图。

图11为本发明犯罪嫌疑人脸部自动搜寻和锁定方案示意图。

图中：101，侦察相机；102，侦察相机的视场方向；201，激光镇暴枪；202，激光镇暴枪的打击方向；203，激光镇暴枪的镜头；301，激光测距仪；302，激光测距的方向；501，第一反射镜；502，第一窄带激光束发射镜；601，第二反射镜；602，第二窄带激光束反射镜；701，第三反射镜；702，第三窄带激光束反射镜；901，第一镜片架；902，第二镜片架；903，第一镜片；904，第二镜片；905，导向杆；906，外螺纹；907，驱动马达；908，螺纹孔；1001，激光镇暴集成模块；1002，第一马达；1003，第二马达；1004，第三马达；1005，安装孔；1101，犯罪嫌疑人；1102，无人机。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

本发明将激光镇暴枪安装到小型无人机，应用到警务镇暴反恐领域，跟军用激光枪、激光炮所要达到的目的是有区别的，执法强度远小于军事行动，不以从肉体上消灭对方为目的，也不以从肉体上给犯罪嫌疑人造成永久残疾为行动目的，对犯罪嫌疑人实施的是短暂的非永久伤害的致盲攻击，使犯罪嫌疑人短时间内突然丧失视觉能力，从而约束犯罪嫌疑人有针对性地实施暴力犯罪的行为，便于警务人员第一时间将其制服。脉冲形式的、非永久伤害的短暂致盲，最直接的效果是使犯罪嫌疑人短时间内丧失视觉能力。研究表明，对于一个视觉正常的人而言，突然丧失视觉能力，将极大地约束犯罪嫌疑人的行为能力，也消除了犯罪嫌疑人有针对性地实施暴力犯罪的能力。研究还表明，人体的身体平衡主要由耳朵和眼睛来维持，对正常人而言，突然丧失视觉，身体平衡就会出现问题，可达到压制犯罪嫌疑人实施犯罪的目的。

为了最有效地压制和解除犯罪嫌疑人实施犯罪的能力，如图1至图10所示，本发明提供的一种激光镇暴无人机，包括无人机，所述无人机机体下方设有三轴云台，所述云台上设有激光镇暴集成模块1001，所述激光镇暴集成模块1001包括侦查相机101、激光镇暴枪201和激光测距仪301，所述侦查相机101、激光镇暴枪201和激光测距仪301相互之间采用同轴或准同轴安装方式，以实现同轴或准同轴的侦查和打击功能。

如图10所示，本发明所述的三轴云台上设有安装孔1005，所述三轴云台通过螺钉安装在无人机机体下方，激光镇暴集成模块安装在三轴云台上，通过第一马达1002、第二马达1003和第三马达1004使激光镇暴集成模块1001可以沿着x、y、z轴自由运动，使激光镇暴枪201可以实现全向的稳定瞄准和攻击。侦察相机101、激光镇暴枪201和激光测距仪301的控制信号则接入到无人机的飞控软件，借用无人机的信道实现远程控制和远程侦察打击任务。

如图1所示，为了使警用镇暴无人机发挥作用，首先要做的是在案发现场搜寻、找到并锁定犯罪嫌疑人，所以警用镇暴无人机的第一个功能模块就是侦查相机101。具体地，本发明所述侦查相机101采用短焦距相机或变焦相机，可以获得非常大的景深，使镜头视场内的景物时刻保持清晰成像，同时添加了自动变焦机构，它能够对远距离的景物实现高分辨率的成像，所述自动变焦机构包括平行设置的导向杆905和同轴设置在导向杆905上的镜架，所述导向杆905至少有3根，所述镜架至少有2个，所述镜架上皆设有镜片，所述导向杆905一端还设有驱动马达907。在本发明的一些具体实施中，所述自动变焦机构包括3根平行设置的导向杆905及同轴设置在导向杆905上的第一镜架901和第二镜架902，所述导向杆905上设有外螺纹906，所述镜架902上设有与外螺纹906相配合的螺纹孔908，所述第一镜架901与导向杆905固定连接，所述第一镜架901和第二镜架902上分别设有第一镜片903和第二镜片904。当驱动马达907旋转时，第二镜架902会左右移动，从而实现整个镜头的调焦。在拥有三个镜片或以上的镜头中，或者需要对多个镜片进行调节时，同样可以采用上述的调节机构进行调节。另一个实现调焦的方法是采用液体透镜，其优点是无机械运动，体积小，结构紧凑。

如图2所示，本发明所述的镇暴无人机的第二个功能模块是激光测距仪301，它是确保激光镇暴枪201既安全又有效地达致效果的一个保障。以非调焦的激光镇暴枪201为例，它是以一定的工作距离作为基本参数进行设计的，例如20米的工作距离上要求工作光斑的直径为40厘米，可完全覆盖犯罪嫌疑人的脸部。那么在5米的距离上，激光光斑的功率密度将是20米距离上的16倍，远远高于激光致盲的阈值，此时如果激发，将造成永久性致盲的严重后果，这是警用装备所不希望看到结果。在激光测距仪的辅助下，软件可以在可能造成永久性伤害的距离上将激光镇暴枪进行锁定而免于激发，除非因情势所迫，必须实施武力压制，那就启动手动模式，解除对激光镇暴枪的锁定，然后实施攻击。而如果配备可调焦的激光镇暴枪201，通过调节激光光斑的大小，可以使得在相当宽泛的工作距离上，维持激光攻击的能量密度的稳定。

如图3所示，本发明所述的激光镇暴无人机最核心的功能部件是激光镇暴枪201。为了确保对犯罪嫌疑人实施既安全又有效的激光打击，就必须对激光视场内的光场密度进行控制。因为光场太强会导致永久伤害，这不是警用装备的设计目的；而光场太弱又达不到打击效果。为了实现在较宽的打击距离范围内保持相同的打击效果，本发明采用了可调焦的镜头203，可以随打击距离的远近，通过调节激光光斑的大小来确保光功率密度的一致性。

如图4所示，在本发明的一些实施中，为了使侦察相机101、激光测距机301和激光镇暴枪201能够有效地协同工作，本发明将它们集成整合成一个独立的激光镇暴集成模块1001，将它们彼此紧靠安装，形成准同轴配置。这是由于在本发明所使用的元器件的尺寸都非常小，通常都小于5厘米，而元器件的通光孔通常都在器件的中心。所以，按照图4中的安装方式，侦察相机101、激光测距机301和激光镇暴枪201各自的光轴之间的间距均小于5厘米，这完全能够胜任诸如激光镇暴等针对大目标的任务。

在本发明的另一些实施中，在需要侦察相机101、激光测距仪301和激光镇暴枪201严格同轴工作的场合，本发明设计了同轴安装方案，虽然同轴安装的技术方案的结构设计跟图4类似，但是为了方便起见将逐一对两个元器件之间的同轴设计方案进行说明。

如图5所示，侦查相机101和激光镇暴枪201的同轴安装，使侦察相机101的光轴和激光镇暴枪201的光轴平行。在激光镇暴枪201的光路上设置一个第一反射镜501，使激光光束向侦察相机101的光轴方向折弯，并以侦察相机101的光轴相交。然后在侦察相机101的光轴与激光光束的相交点处，安装一个第一窄带反射镜502，使激光光束沿着侦察相机101的光束前进。特别地，第一窄带反射镜502仅对很窄的激光谱线范围内的光进行反射，反射光的谱线宽度跟激光束的谱线宽度一致，可小于一个埃。比如对于532纳米的打击激光，一般来说其谱线宽度均小于一个埃，那么本发明将第一窄带反射镜502的反射带就设定在532纳米±0.5纳米。第一窄带反射镜502的采用，既有效地将激光束合成到侦察相机101的光轴上，又因为被反射的带宽非常的窄，绝大部分来自景物的光仍然能够通过第一窄带反射镜502进入到侦察相机101的镜头成像，形成彩色图像。这样的同轴配置，实现了“所见即所打击”的效果，也就是，只要镜头看到的地方，就是激光镇暴枪201打击的地方，从而非常适合远程侦察和远程打击的使用需要。

如图6所示，侦察相机101和激光测距仪301之间同轴安装，在激光测距仪301的光路上放置一个第二反射镜601，使激光光束向侦察相机101的光轴方向折弯，并以侦察相机101的光轴相交。然后在侦察相机101的光轴与激光光束的相交点处，安装一个第二窄带反射镜602，使激光光束沿着侦察相机101的光束前进。特别地，第二窄带反射镜602仅对很窄的激光谱线范围内的光进行反射，反射光的谱线宽度跟激光束的谱线宽度一致，可小于一个埃。比如仍然采用532纳米的测距激光，一般来说其谱线宽度均小于一个埃，那么本发明采用得第二窄带反射镜602的反射带就设定在532纳米±0.5纳米。第二窄带反射镜602的采用，既有效地将激光束合成到侦察相机101的光轴上，又因为被反射的带宽非常的窄，绝大部分来自景物的光仍然能够通过第二窄带反射镜602进入到侦察相机101的镜头成像，形成彩色图像。这样的同轴配置，实现了“所见即所测”的效果，也就是，只要是镜头中看到的地方，就是激光测距仪301测量的地方，从而非常适合远程侦察和远程测距的使用需要。

如图7所示，激光测距仪301和激光镇暴枪201同轴安装，为了实现两束激光的同轴工作，特别是不降低激光镇暴枪201所发射激光束的强度，在激光镇暴枪201的光路上设有第三反射镜701，所述激光测距仪301与激光镇暴枪201激光光路的相交处设有第三窄带反射镜702。让激光镇暴枪201的激光束通过第三反射镜701向激光测距仪301的光轴方向折弯并相交，在相交处安装第三窄带反射镜702实现激光镇暴枪201的激光束与激光测距仪301的同轴；激光镇暴枪201的发射光谱必须与激光测距仪301的发射光谱范围错开，但是因为第三窄带反射镜702的发射谱带宽非常窄，可以达到压埃量级，所以激光镇暴枪201的发射光谱与激光测距仪301的发射光谱范围错开的数值可以非常的小，大于激光谱线的半高宽就可以了。当然激光镇暴枪201的发射光谱与激光测距仪301的发射光谱错开的值越大，在技术上越容易实现，比如激光镇暴枪工作在532纳米，而激光测距仪301则工作在650纳米。

如图8和图9所示，本发明采用人眼视觉敏感的可见光激光(400纳米到700纳米的范围)，而最敏感的是532纳米的激光，本发明所述激光镇暴枪201采用脉冲驱动模式，驱动电流的强度控制在既能产生致盲效果又不至于对人眼产生永久伤害的范围内，频率为3～9赫兹，优选地为6赫兹。激光脉冲的激发时间宽度t_on原则上以人眼对光照的响应时间为参考值，只要大于人眼对光照的响应时间就可以了。在本发明所采用的激光激发时间t_on设定在60～120毫秒，优选地为80毫秒。以1w激光输出作为设计基准，在20米处形成直径40厘米的光斑，实测光斑中心的光功率为10mw，探测器受光面直径为12毫米，计算得到光斑中心的光功率密度约为8.8w/m2。如果没有激光发散角的调节镜头，那么在10米的工作距离上，光斑的直径比20米处小了一半，仅为20厘米，而实测光斑中心的光功率达到40mw，为20米处的4倍，换算得到光斑中心处的光功率密度约为35.5w/m2，远远超过了对人眼的永久损伤阈值。为谨慎起见，确保不会‘打爆’犯罪嫌疑人的眼睛，本发明采用实测的办法，在20米以内的范围内，如果不能对激光光斑的直径进行调节，那么在不同的工作距离处，根据实测光功率密度而降低激光的驱动电流。一种简单而有效的控制方法就是“查表法”，即根据实际测量得到的距离-激光功率密度-驱动电流之间的关系，设定激光的驱动电流。

本发明工作时，镇暴无人机在接受镇暴任务后迅速飞抵事发现场，操作员通过远程视频判断出犯罪嫌疑人，按下锁定键将犯罪嫌疑人锁定在视场内。在5米以上的工作距离上，由于犯罪嫌疑人的移动速度远小于侦察镜头的扫描速度，所以，把犯罪嫌疑人锁定在侦察相机101的视场内从技术上是可以得到保证的。

犯罪嫌疑人1101被锁定后，如图11所示，无人机系统将自动寻找并锁定犯罪嫌疑人1101的脸部。在本发明的飞控系统中，设计有自动的人脸识别技术，当飞控软件发现虽然犯罪嫌疑人1101被锁定，但其脸部并没有面向镇暴无人机1102，即启动脸部寻找并锁定程序。在gps或者北斗坐标系中，无人机的坐标(x0,y0)是已知的，在犯罪嫌疑人1101被锁定在镜头中的情况下，犯罪嫌疑人1101相对于无人机1102的方位角是可以测知的，而无人机1102和犯罪嫌疑人1101之间的距离也是可以被测量到的。此时，无人机1102的飞控就可以自己计算并规划出以犯罪嫌疑人1101为圆心的绕飞路线，在绕飞时始终保持侦察相机101面向犯罪嫌疑人1101，同时寻找并锁定犯罪嫌疑人1101的脸部。一旦犯罪嫌疑人1101的脸部被发现并锁定，无人机1102即原地悬停，进入攻击位置待命。在警察和犯罪嫌疑人对阵的情况下，飞控程序并没有如此复杂，因为此时犯罪嫌疑人脸部应该是面向警察一方的，所以镇暴无人机只要在警察一侧就可以轻易锁定犯罪嫌疑人的脸部并在必要时实施攻击。

本发明通过短暂剥夺犯罪嫌疑人的视觉，干扰其身体平衡系统，降低其身体平衡能力；然后再让犯罪嫌疑人短暂恢复视觉，由于视觉残留的作用，视觉恢复有一个延时过程，身体平衡能力也逐渐恢复。旋即，再次短暂剥夺犯罪嫌疑人的视觉，接着让其视觉逐渐恢复，身体平衡能力也逐渐恢复。如此周而复始，将使犯罪嫌疑人的身体平衡出现问题，并出现头晕、甚至呕吐等生理现象，对犯罪嫌疑人进行极大的心理震慑，可达到压制犯罪嫌疑人实施犯罪的目的，便于警务人员第一时间将其制服。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护范围之内。