光电跟踪仪便携式性能检测设备

发布时间：2020-02-23 09:57

【摘要】：针对光电跟踪仪的检测需求及传统检测方法存在的不足,提出了一种创新的检测思路,研制出小型便携的检测设备。阐述了检测设备总体方案设计及技术指标要求。采用基于离轴非球面的二次折叠光路、高精度二维运动靶标机构及双波段可切换光源,实现了体积小、精度高的动态目标模拟器。采用工控机、步进电机驱动控制器及MPS-010602数据采集卡,实现了对目标模拟器的轨迹控制和对装备信号的采集与处理。各项指标通过了性能检测,取得了理想的应用效果。
【图文】：

总体设计方案,检测设备

木鄥范ㄎ灰约吧瓒ㄋ俣鹊墓旒?运动。根据对被测系统的分析，检测设备的设计指标有:1)目标波段，分为可见光和红外两个波段;2)模拟目标角度范围为－15～+15密位;3)目标定位精度不大于0．04°;4)目标运动角速度为0～50(°)/s;5)运动方式为二维独立运动及合成运动。检测设备包括动态目标模拟器和测控系统两大部件。前者用于模拟无穷远处静止或运动靶标，为光电跟踪仪的电视成像系统或红外成像系统提供测试目标;测控系统完成相关测试激励的产生、输出信号的采集、指标参数的计算，并提供用户交互操作界面。总体设计方案如图1所示。图1检测设备总体设计方案Fig．1Theoveralldesignschemeoftestingequipment动态目标模拟器由光源、运动靶标机构、离轴反射式平行光管等组成，负责为被测系统提供一个可控的动态靶标。光源包括红外和可见光两个波段，满足电视成像系统和红外成像系统的探测需求。运动靶标机构精确控制靶标光阑的二维运动，从而在光学系统的焦平面内模拟一个目标的二维运动轨迹。平行光管利用离轴抛物面反射镜作为物镜，使光源发出的光束经两次反射镜后沿光轴射出，用于模拟无限远目标。测控系统实现信号采集、运动控制、处理显示等功能，根据测试需求自动生成测试轨迹，驱动靶标机构的运动，精确模拟目标的位置和轨迹，再由AD采集、视频采集等单元实时采集被测装备的输出数据，获取其工作状态及各项参数指标，最终由指标算法来判定光电跟踪仪的各项参数性能。2动态目标模拟器设计2．1平行光管设计平行光管是各类光学仪器装调常用的标校设备，其作用是提供一个无限远的目标并给出一束标准出射光，根据主镜结构可分为透射式和反射式两种［6］。透射式的口径难以做大，反射式不仅主镜口径可以做大、成像像质好，而

光路,二次,主镜

仪器装调常用的标校设备，其作用是提供一个无限远的目标并给出一束标准出射光，根据主镜结构可分为透射式和反射式两种［6］。透射式的口径难以做大，反射式不仅主镜口径可以做大、成像像质好，而且由于反射成像无色差，可同时用于对可见光及红外波段的检测。离轴抛物面镜反射式平行光管的中心区域没有遮拦，相比卡塞格林平行光管，优势突出［7］。综合考虑体积、重量等因素，本文采用离轴抛物面镜作为主镜，双曲面凸镜作为次镜，光源发出的光束经过次镜反射到主镜，再由主镜二次反射输出。二次折叠光路设计如图2所示。图2二次折叠光路Fig．2Structureofdoublefoldedlightroute采用二次折叠光路设计，有效利用了系统空间，压缩了平行光管长度。通过对主镜与次镜优化组合来校正球差，，对主抛物面镜顶点曲率半径、主次镜间距、次镜高次系数等变量进行微调来改善像质。通过MTF曲线及点列图分析发现，其调制传递函数已经接近衍射极限，达到满意的效果。但是由于采用了两个反射镜，而且两镜之间距离较短，增加了光学调试的难度。最终实现离轴抛物面镜镜面口径120mm，视场1．1°，离轴量102．5mm，双曲面凸镜直径77mm，离轴量22．5mm，焦距720mm。经测试，该平行光管在点光源前后离焦100mm时均不挡光，出射光束截面基本保持圆形。在平行光管加工时，主镜采用硬铝(2A12-T4)材质代替常规的K9玻璃，降低了光学系统的重量。另外对主镜和次镜进行表面处理后镀制银反射膜，波段范围为0．4～12μm，满足了可见光和红外波段的反射要求。2．2运动靶标机构设计为模拟目标的运动，靶标机构采用X，Y二轴运动模式。对于一定口径、焦距的平行光管，模拟目标的控制精度及位移量取决于运动靶标机构的设计。被测光电跟踪仪可见光通道的跟踪

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