[發(fā)明專利]一種測量激光測距系統(tǒng)收發(fā)軸配準(zhǔn)度的測試裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710040397.7
• 申請日: 2007-05-08
• 公開（公告）號: CN101059564A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 狄慧鴿;方抗美;舒嶸;王建宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光測距系統(tǒng)的性能測試，特別是指一種檢測激光測距系統(tǒng)裝機(jī)完成后其發(fā)射軸和接收軸配準(zhǔn)度的測試裝置及方法。

背景技術(shù)

激光測距系統(tǒng)的基本工作原理是：通過測量發(fā)射激光與接收激光回波的時間差得到期間光走過的距離，進(jìn)而得到距離值。

隨著激光器技術(shù)及回波探測技術(shù)的發(fā)展，激光測距可以測定的測程也越來越遠(yuǎn)。不僅可以搭載到飛機(jī)平臺上，而且有越來越多的國家將它搭載到星載平臺上。根據(jù)測得的距離數(shù)據(jù)，并經(jīng)過相應(yīng)的處理，就可以獲得被測物的形狀、表面反射率和高度等信息。

激光測距系統(tǒng)屬主動式遙感儀器，其主要由激光發(fā)射模塊、激光接收模塊和數(shù)據(jù)處理模塊三部分組成。系統(tǒng)需要接收到發(fā)射回波才能實(shí)現(xiàn)其功能。對于遠(yuǎn)距離測量的機(jī)載或星載激光測距系統(tǒng)來說，其發(fā)射角通常很小，只有幾個毫弧度；為避免雜散光影響，接收系統(tǒng)的接收角也要盡量小。因此，激光測距系統(tǒng)對其發(fā)射軸和接收軸的平行度要求很高，收發(fā)軸的配準(zhǔn)度是實(shí)現(xiàn)測距功能的重要關(guān)鍵之一。

并且對于星載激光測距系統(tǒng)，其工作環(huán)境嚴(yán)酷，工作時間長。并且遠(yuǎn)離地面，一旦發(fā)射，不能實(shí)時的對其進(jìn)行調(diào)校。所以必須在地面對其工作性能進(jìn)行測試，以確定技術(shù)狀態(tài)，保證激光測距系統(tǒng)在軌時正常運(yùn)行。

在系統(tǒng)的裝配過程中，已有行之有效的裝調(diào)方法(平行光管法)來保證收發(fā)軸的配準(zhǔn)度。但是，在整機(jī)裝配完成后，系統(tǒng)輸出為電信號，不能用原有的方法來檢測系統(tǒng)收發(fā)軸的配準(zhǔn)度。并且對于星載激光測距系統(tǒng)，在整機(jī)完成以后需要在地面實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行環(huán)境模擬試驗(yàn)。環(huán)境模擬試驗(yàn)包括熱真空、冷黑、太陽輻照、電磁輻射以及振動、沖擊、和速度等衛(wèi)星運(yùn)輸、發(fā)射時的動力學(xué)環(huán)境模擬。激光測距系統(tǒng)在經(jīng)歷這些試驗(yàn)時，特別是熱真空、動力學(xué)環(huán)境模擬時，其收發(fā)軸配準(zhǔn)度很有可能會受到影響。所以整機(jī)完成后的地面同軸配準(zhǔn)度的檢測是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高精度的激光測距系統(tǒng)收發(fā)軸配準(zhǔn)度的測試裝置及方法。

本發(fā)明的測試裝置，包括：光路測試和模擬回波發(fā)生器二部分，光路測試部分由二片夾角為90°的第一半透半反鏡1和第二半透半反鏡2、調(diào)整基準(zhǔn)光束和測量光束平行的平行光管9、CCD攝像頭10、衰減入射激光能量的衰減片8、調(diào)整光束方向的角度微調(diào)器7組成。

角度微調(diào)器7由兩對光楔組成，分別安裝在兩個轉(zhuǎn)臺上，用于光束的水平和垂直調(diào)節(jié)。

模擬回波發(fā)生器由依次成光連接的激光-光纖耦合器3、多模光纖4、可調(diào)光纖衰減器5和光纖準(zhǔn)直鏡6構(gòu)成。

利用所述裝置測量激光測距系統(tǒng)收發(fā)軸配準(zhǔn)度的方法，包括下列步驟：

§1.調(diào)整光路

將激光測距系統(tǒng)的發(fā)射部分發(fā)出的激光入射至第二半透半反鏡2，由第二半透半反鏡2將入射激光分為二路：一路透射光作為基準(zhǔn)光依次進(jìn)入衰減片8、平行光管9和CCD攝像頭10；另一路反射光進(jìn)入依次成光連接的光纖耦合器3、多模光纖4、可調(diào)光纖衰減器5和光纖準(zhǔn)直鏡6構(gòu)成的模擬回波發(fā)生器，光纖準(zhǔn)直鏡6輸出的是一束模擬回波激光，該模擬回波激光依次經(jīng)角度微調(diào)器7透射、第一半透半反鏡1和第二半透半反鏡2反射、進(jìn)入衰減片8、平行光管9和CCD攝像頭10；調(diào)節(jié)角度微調(diào)器7，觀察CCD攝像頭，當(dāng)基準(zhǔn)光和模擬回波激光在平行光管焦面上重合為同一點(diǎn)，則表明模擬回波激光與基準(zhǔn)光平行，并記下角度微調(diào)器7的初始刻度值。模擬回波激光經(jīng)第一半透半反鏡1的透射光直接進(jìn)入激光測距系統(tǒng)的接收部分。

§2.對激光測距系統(tǒng)的收發(fā)軸配準(zhǔn)度進(jìn)行測試

調(diào)節(jié)光纖衰減器5，將模擬回波能量衰減至激光測距系統(tǒng)接收靈敏度大小。調(diào)節(jié)角度微調(diào)器7，以完成回波激光在水平和垂直方向的掃描。根據(jù)角度微調(diào)器7上的刻度可以標(biāo)定光束偏轉(zhuǎn)的方向和大小。同時觀察被測系統(tǒng)的輸出情況。記錄被測激光測距系統(tǒng)剛好無輸出時，角度微調(diào)器7的讀數(shù)。記錄水平方向從無信號到有再到無兩個讀數(shù)，垂直方向從無信號到有再到無兩個讀數(shù)。分別計(jì)算在垂直方向和水平方向二個讀數(shù)的平均值，將此平均值與角度微調(diào)器7的初始刻度值相比較就可得出激光測距系統(tǒng)的發(fā)射軸與接收軸在水平和垂直方向上的偏離。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，精度高；

將光束夾角與被測系統(tǒng)輸出信號聯(lián)系起來，測試結(jié)果更具有可靠性；

利用平行光管和CCD攝像頭將基準(zhǔn)光和模擬回波激光調(diào)平行，實(shí)現(xiàn)了模擬回波初始位置的精確標(biāo)定；

采用雙光楔來改變和標(biāo)定光束的方向，并且可以控制光楔使光束在水平和垂直方向上微調(diào)；