專利名稱：一種模擬小角度運動激光目標(biāo)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電儀器測試技術(shù)，具體指一種模擬小角度運動激光目標(biāo)的裝 置，它用于室內(nèi)小角度光電跟蹤系統(tǒng)的性能測試。
背景技術(shù)：
在光電跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，光電跟蹤系統(tǒng)的測試與性能評估是其研制的重要組 成部分。光電跟蹤系統(tǒng)室內(nèi)測試中常采取一定的裝置在空間中模擬目標(biāo)的運動 并開啟被測光電系統(tǒng)完成跟蹤，記錄跟蹤結(jié)果分析評價光電跟蹤系統(tǒng)的跟蹤性 能。模擬目標(biāo)的運動特性和光學(xué)特性是否具有真實又成為測試系統(tǒng)的難點。
現(xiàn)有目標(biāo)模擬方法主要有用于室內(nèi)測試光電跟蹤經(jīng)緯儀性能的旋轉(zhuǎn)靶標(biāo) 裝置，采用的平行光管和旋轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖l所示。
一般而言包括平行光管1、驅(qū)動電機(jī)4、旋轉(zhuǎn)臂3、反射鏡2和支架5等部件 構(gòu)成。平行光管1出射平行光經(jīng)反射鏡2進(jìn)入被測系統(tǒng)。驅(qū)動電機(jī)4帶動懸臂 3之上平行光管1和反射鏡裝置2—起轉(zhuǎn)動，使得平行光形成光錐入射，模擬 目標(biāo)的運動。懸臂長度、反射鏡傾角等決定了模擬目標(biāo)的角度變化范圍。旋轉(zhuǎn) 靶標(biāo)半錐角一般都在15度以上，另外其懸臂長度一定，小的半錐角將導(dǎo)致測 試裝置占用大的空間，不適合用于測試小角度光電跟蹤系統(tǒng)性能。而且由于此 結(jié)構(gòu)中光學(xué)組件都位于懸臂之上一起旋轉(zhuǎn)，研制難度大、成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于室內(nèi)小角度光電跟蹤系統(tǒng)性能測試的目標(biāo) 模擬裝置，解決目前裝置存在的研制難度大、成本高的問題。本發(fā)明的目標(biāo)模擬裝置如附圖2所述包括光學(xué)和電控兩個部分。
光學(xué)部分由激光器6、能量調(diào)節(jié)裝置7、擴(kuò)束裝置8和棱鏡10組成。 電控部分是帶有控制器和角度輸出裝置的電控旋轉(zhuǎn)臺9。 所說的激光器6選用與被跟蹤激光目標(biāo)波段相同的激光器。 所說的能量調(diào)節(jié)裝置7固定于激光器6出射口，能量調(diào)節(jié)裝置7采用光學(xué)
衰減片，用于調(diào)節(jié)出射激光能量。
所說的擴(kuò)束裝置8固定于能量調(diào)節(jié)裝置7之后，其光軸與激光器光線中心
同一直線放置，按一定比例縮小激光光束發(fā)散角和擴(kuò)大激光光束的寬度。
所說的電控旋轉(zhuǎn)臺9為電機(jī)9-1和減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成的中心空心的旋轉(zhuǎn)臺，其
旋轉(zhuǎn)軸與激光器擴(kuò)束裝置光軸同一直線放置。電控旋轉(zhuǎn)臺配備有控制器和角度
輸出裝置。
所說的棱鏡10為具有一定頂角的圓型棱鏡，固定于電控旋轉(zhuǎn)臺9旋轉(zhuǎn)中 心，隨電控旋轉(zhuǎn)臺9一起轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的裝置的工作原理如下
激光器6發(fā)出的光束經(jīng)能量調(diào)節(jié)裝置7調(diào)節(jié)后入射擴(kuò)束裝置8，出射光線 經(jīng)電控旋轉(zhuǎn)臺9中心棱鏡10偏折，出射進(jìn)入被測光電跟蹤系統(tǒng)。
棱鏡10頂角為^時，對入射平行光偏折的角度"可由式(1)表示<formula>formula see original document page 4</formula>
其中n為棱鏡制作材料的折射率。
被測光電跟蹤系統(tǒng)成像系統(tǒng)等效示意圖如附圖5所小，包括光學(xué)系統(tǒng)和探測 器系統(tǒng)，系統(tǒng)焦距為f，探測器像元大小為d?？紤]一維情況，如圖所示與主光 軸成角度"的平行光入射光學(xué)系統(tǒng)，理想情況下像點中心應(yīng)位于向上第n像元， n由式(2)表示。<formula>formula see original document page 5</formula>
定義三維坐標(biāo)系xyz，激光出射方向為z軸方向，y軸為垂直各部件放置平面向
上，x軸與上述兩軸構(gòu)成右手定則。
初始狀態(tài)棱鏡頂角傾斜方向與y軸重合。電控旋轉(zhuǎn)臺逆時針旋轉(zhuǎn)角度Q，棱
鏡偏折平行光角度為"，則計算可得理想情況下像點中心在探測器所在位置像元
編號為式(3) (4)表示。
n _ tan or sin Q f _ tan(arcsin(w sin 6>) — 60 sin O f ( 3 )
n — tana*cosQ*f — tan(arcsin("sin。-e) cosQ*f (4)
ny— ^ — ^
可見某一時刻被跟蹤系統(tǒng)成像光斑中心位置與電控旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度、棱鏡頂角、 被測系統(tǒng)焦距和像元大小之間的關(guān)系。對于固定的被測系統(tǒng)，f禾口d—定，選擇 一定頂角"的棱鏡，控制電控旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度Q的變化軌跡即可推算出模擬目標(biāo) 成像中心的運動軌跡。
若電控旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角速度為w，則對被測光電跟蹤系統(tǒng)而言目標(biāo)的運動角速 度由式(5)表示，在y方向和x方向分解速度分別為式(6)和式(7)表示
<s/ = sin(") * <s> = sin(arcsin(w sin 0 -19" w ( 5 )
ft^' = sin(a) * ft) * sin Q = sin(arcsin(" sin <9) - (9) * w * sin Q ( 6 )
0義，=sin(a) * w * cos Q = sin(arcsin(n sin 60 - <9) * " * cos Q ( 7 )
本發(fā)明的激光目標(biāo)模擬裝置使用的具體步驟如下
1.固定激光器6、能量調(diào)節(jié)裝置7、擴(kuò)束裝置8和包括棱鏡10的電控旋 轉(zhuǎn)臺9的相對位置，使各部件光軸或旋轉(zhuǎn)軸在同一直線之上，固定方法可以采 用支架螺接或膠接。
2.光路調(diào)整打開激光器6，靜止電控旋轉(zhuǎn)臺9于零位，棱鏡10偏折后的 出射光線進(jìn)入被跟蹤系統(tǒng)成像，觀察被跟蹤系統(tǒng)成像光斑中心位置，根據(jù)成像系統(tǒng)幾何位置關(guān)系比較光斑中心位置對應(yīng)的入射光角度與棱鏡偏折光角度以 調(diào)整光路。當(dāng)成像幾何關(guān)系成立時系統(tǒng)調(diào)整完畢。
3.開啟激光，按照一定速度控制電控旋轉(zhuǎn)臺9運行，棱鏡10出射光入射被
測跟蹤系統(tǒng)入瞳，根據(jù)成像系統(tǒng)幾何關(guān)系可得模擬的運動目標(biāo)的運動特性。開 啟被測跟蹤系統(tǒng)跟蹤模擬目標(biāo)，記錄跟蹤系統(tǒng)跟蹤結(jié)果與電控旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)角度 用于評價被測系統(tǒng)的跟蹤性能。
本發(fā)明有如下有益效果
1. 本發(fā)明的激光目標(biāo)模擬裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、緊湊。對于小角度光 電跟蹤系統(tǒng)測試，實現(xiàn)本發(fā)明的成本相對于傳統(tǒng)的懸臂式旋轉(zhuǎn)靶標(biāo)裝置大幅降 低。
2. 本發(fā)明的目標(biāo)模擬裝置，對不同用途的小視場光電跟蹤系統(tǒng)測試都適用。


圖1傳統(tǒng)懸臂式旋轉(zhuǎn)靶標(biāo)裝置示意圖。
圖2為本發(fā)明的目標(biāo)模擬裝置示意圖。 圖3為本發(fā)明的棱鏡與電控旋轉(zhuǎn)臺安裝示意圖。 圖4為本發(fā)明的棱鏡示意圖。 圖5為成像幾何示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的洋細(xì)說明-本發(fā)明的激光目標(biāo)模擬裝置如圖2所示，激光器6、能量調(diào)節(jié)裝置7、擴(kuò)
束裝置8、棱鏡10光軸與電控旋轉(zhuǎn)臺9旋轉(zhuǎn)軸在同一直線之上。
電控旋轉(zhuǎn)臺9結(jié)構(gòu)如圖3所示，由電機(jī)9-1、臺體固定部分9-2和臺體旋轉(zhuǎn)部分9-3構(gòu)成。電機(jī)9-1轉(zhuǎn)軸通過臺體固定部分9-2內(nèi)部所裝傳動機(jī)構(gòu)與臺 體旋轉(zhuǎn)部分9-3構(gòu)成傳動關(guān)系。臺體旋轉(zhuǎn)部分9-3內(nèi)部為空心，具有一定空間 用于安裝棱鏡。電控旋轉(zhuǎn)臺角度輸出裝置可以輸出臺體旋轉(zhuǎn)部分9-3相對于臺 體固定部分9-2的相對角度。棱鏡10為圓型棱鏡，頂角一定，如圖4所示， 棱鏡頂角傾斜方向定義為圖中A點方向。棱鏡5固定于電控旋轉(zhuǎn)臺臺體旋轉(zhuǎn)部 分9-3中心圓孔內(nèi)，可隨著旋轉(zhuǎn)部分9-3 —起繞光軸轉(zhuǎn)動。
激光器6發(fā)出的光束經(jīng)能量調(diào)節(jié)裝置7調(diào)節(jié)后入射擴(kuò)束裝置8，出射光線 經(jīng)電控旋轉(zhuǎn)臺9中心棱鏡10透射出進(jìn)入被測光電跟蹤系統(tǒng)。能量調(diào)節(jié)裝置7 主要調(diào)整激光器6出射光功率，可以選擇不同衰減倍數(shù)的能量調(diào)節(jié)裝置7以獲 得模擬系統(tǒng)所需的激光功率，同時也避免激光功率過大而致盲探測器。根據(jù)實 際需求選用衰減片倍率。擴(kuò)束裝置8主要用于減小激光束發(fā)散角。當(dāng)激光器出 射激光發(fā)散角為A，擴(kuò)束裝置擴(kuò)束倍數(shù)為m，則擴(kuò)束鏡出射激光發(fā)散角為A/附， 發(fā)散角進(jìn)一步減小使得出射光更接近于平行光?？梢圆捎蒙逃闷胀〝U(kuò)束鏡或透 鏡放大裝置。
電控旋轉(zhuǎn)臺電機(jī)由電機(jī)控制器控制，根據(jù)精度和速度要求可以采用伺服電 機(jī)和角度傳感器的閉環(huán)控制，也可以采用步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制。
當(dāng)電控旋轉(zhuǎn)臺停止旋轉(zhuǎn)時，由于棱鏡角度固定不變，出射光束將向棱鏡頂 角方向偏離一定角度。當(dāng)電控旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)時，棱鏡頂角指向隨之變化，即可使 得出射平行光根據(jù)電控旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)按照光錐型出射旋轉(zhuǎn)掃描。從被測光電跟蹤 系統(tǒng)角度觀察，此旋轉(zhuǎn)的平行光即代表一個運動的目標(biāo)，控制此平行光運動特 性即可得到不同的模擬目標(biāo)運動特性。
綜上所述，本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、光路調(diào)整簡便、使用靈活、成 本低廉、實用性強(qiáng)等特點。
權(quán)利要求
1.一種模擬小角度運動激光目標(biāo)的裝置，包括光學(xué)部分和電控部分，其特征在于光學(xué)部分由激光器(6)、能量調(diào)節(jié)裝置(7)、擴(kuò)束裝置(8)和棱鏡(10)組成；電控部分是帶有控制器和角度輸出裝置的電控旋轉(zhuǎn)臺(9)；所說的激光器(6)選用與被跟蹤激光目標(biāo)波段相同的激光器；所說的能量調(diào)節(jié)裝置(7)固定于激光器(6)出射口，用于調(diào)節(jié)出射激光能量；所說的擴(kuò)束裝置(8)固定于能量調(diào)節(jié)裝置(7)之后，其光軸與激光器光線中心同一直線放置；所說的電控旋轉(zhuǎn)臺(9)為電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成的中心空心的旋轉(zhuǎn)臺，其旋轉(zhuǎn)軸與激光器擴(kuò)束裝置光軸同一直線放置，電控旋轉(zhuǎn)臺(9)還配置電機(jī)驅(qū)動控制器和角度位置信號輸出裝置；所說的棱鏡(10)為具有一定頂角的圓型棱鏡，固定于電控旋轉(zhuǎn)臺(9)旋轉(zhuǎn)中心，并隨之一起轉(zhuǎn)動；激光器(6)發(fā)出的光束經(jīng)能量調(diào)節(jié)裝置(7)調(diào)節(jié)后入射擴(kuò)束裝置(8)，出射光線經(jīng)電控旋轉(zhuǎn)臺(9)中心棱鏡(10)偏折，出射進(jìn)入被測光電跟蹤系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬小角度運動激光目標(biāo)的裝置，其特征 在于所述的能量調(diào)節(jié)裝置(7)是光學(xué)衰減片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬小角度運動激光目標(biāo)的裝置，該裝置包括光學(xué)部分和電控部分。光學(xué)部分由激光器、能量調(diào)節(jié)裝置、擴(kuò)束裝置和棱鏡組成。電控部分電控旋轉(zhuǎn)臺裝置及其控制器和角度輸出裝置。激光器發(fā)出的光束經(jīng)能量調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)后入射擴(kuò)束裝置，出射光線經(jīng)電控旋轉(zhuǎn)臺中心棱鏡偏折，出射進(jìn)入被測光電跟蹤系統(tǒng)，控制電控旋轉(zhuǎn)臺即可控制平行光按一定的偏折角度旋轉(zhuǎn)模擬運動目標(biāo)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，裝調(diào)簡單，成本低廉，模擬目標(biāo)方位易于計算，可以應(yīng)用于航天、軍事等小角度光電跟蹤系統(tǒng)室內(nèi)測試。
文檔編號G01M11/00GK101526420SQ20091004817
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者剛 呂, 吳金才, 廖勝凱, 亮 張, 佳 強(qiáng), 王建宇, 蘇周華, 賈建軍 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所