[發(fā)明專利]二維指向鏡動態(tài)性能檢測裝置及檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010298621.4
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN102023082A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高敏;卞正蘭;董作人;葉青;方祖捷;瞿榮輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00;G01M11/02;G01C1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種二維指向鏡動態(tài)性能檢測裝置及檢測方法。本發(fā)明可用于二維指向鏡等大角度光束導(dǎo)向裝置的靜、動態(tài)性能的室內(nèi)檢測與驗證。

背景技術(shù)

光電捕獲跟蹤瞄準(zhǔn)技術(shù)在激光雷達、自由空間激光通信、光電對抗等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)特點來看，跟蹤瞄準(zhǔn)機架可分為兩類：一類是旋轉(zhuǎn)機架，即將望遠鏡系統(tǒng)整個安裝在萬向支架上，跟蹤瞄準(zhǔn)目標(biāo)時，需轉(zhuǎn)動機架；另一類是旋轉(zhuǎn)指向鏡(也稱掃描鏡或轉(zhuǎn)鏡)，即固定望遠鏡系統(tǒng)，只控制指向鏡轉(zhuǎn)動實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。旋轉(zhuǎn)機架結(jié)構(gòu)在各類經(jīng)緯儀和空間激光通信終端中得到成熟應(yīng)用；而指向鏡相對質(zhì)量較輕，響應(yīng)頻率較高，目前也得到越來越廣泛的重視和應(yīng)用，特別是在激光雷達、航空相機等領(lǐng)域，用來指向和穩(wěn)定激光束或相機的視線。光電跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)是一個集光學(xué)、機械、電子、計算機等綜合的復(fù)雜系統(tǒng)，在系統(tǒng)的研制過程中，必須建立高精度的性能檢測和驗證平臺，對系統(tǒng)和各關(guān)鍵單元的靜態(tài)、動態(tài)的精度進行分析和檢測，以及時掌握其各個階段的特性變化。外場使用前，也必須對其性能進行室內(nèi)檢測和驗證。對跟蹤系統(tǒng)的性能檢測，主要是建立高精度的光束導(dǎo)向裝置以模擬空間目標(biāo)，跟蹤系統(tǒng)閉環(huán)跟蹤目標(biāo)運動，實現(xiàn)其自身性能的檢測。而針對二維指向鏡這樣一個自身不帶目標(biāo)探測功能的轉(zhuǎn)動執(zhí)行機構(gòu)，還必須為其配備高精度的目標(biāo)位置探測單元，以實現(xiàn)閉環(huán)跟蹤檢測。

目前針對旋轉(zhuǎn)機架結(jié)構(gòu)的經(jīng)緯儀系統(tǒng)和光通信終端以及二維指向鏡性能的檢測有以下幾種方法。

現(xiàn)有檢測方案之一(參見張波，可編程動態(tài)靶標(biāo)的研究[D].中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所工學(xué)碩士論文，2003)，是檢測光電經(jīng)緯儀跟蹤性能普遍使用的光學(xué)動態(tài)靶標(biāo)方法，即用精密電機帶動平行光管旋轉(zhuǎn)以模擬空間運動目標(biāo)，經(jīng)緯儀閉環(huán)跟蹤該目標(biāo)即可實現(xiàn)其跟蹤性能的檢測。

現(xiàn)有檢測方案之二(參見李安虎，孫建鋒，劉立人等，星間激光通信光束微弧度跟瞄性能檢測裝置的設(shè)計原理[J].光學(xué)學(xué)報，2006，26(7)：975～979)，是為解決星間激光通信光束微弧度跟瞄性能檢測需求，利用兩個相同的級聯(lián)棱鏡正交旋轉(zhuǎn)來模擬光束的偏轉(zhuǎn)，并實現(xiàn)對激光通信終端跟蹤性能的檢測。

現(xiàn)有檢測方案之三(參見秦誼，王建民，王麗麗，徐泉.衛(wèi)星激光通信跟瞄精度測試方法及其實驗研究[J].光學(xué)技術(shù)，2007，33(4)：557～563)，提出用壓電陶瓷(PZT)驅(qū)動點光源在長焦距透鏡焦平面上做線性運動，實現(xiàn)微弧度量級的光束偏轉(zhuǎn)。

現(xiàn)有檢測方案之四(參見Ramuhalli?Krishna，“Improved?pointing?accuracy?usinghigh?precision?theodolite?measurements”，Proc.SPIE?vol.2812，199-209，1996)，是利用高精度自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀對二維指向鏡的指向精度進行檢測。

現(xiàn)有檢測方案之五(參見張國玉，姜會林，徐熙平，于化東，王凌云，劉旭力，黃瀾，岳世新，彭慧.紅外地球敏感器掃描鏡擺角激光動態(tài)測試方法[J].光學(xué)學(xué)報，2007，27(5)：875～881)，是基于激光檢測技術(shù)和CCD探測技術(shù)，提出一種對掃描鏡擺角的動態(tài)測試方法。

現(xiàn)有檢測方案之六(參見Darryll?J.Pines.A?lightweight?high?performancedual-axis?gimbal?for?space?applications[C].SPIE，1995，2468：261～273)，針對指向鏡跟蹤性能的室內(nèi)檢測，提出用點光源沿直線軌道往返運動模擬光學(xué)運動目標(biāo)，采用攝像機實時探測運動目標(biāo)位置，為指向鏡提供位置脫靶量的檢測方法，獲得了指向鏡的階躍響應(yīng)曲線和閉環(huán)跟蹤誤差曲線。

以上方案(一)(二)(三)主要是針對自身帶有目標(biāo)探測功能的跟蹤系統(tǒng)的檢驗，如經(jīng)緯儀系統(tǒng)，空間激光通信終端等。這些方法不能直接用于自身不帶目標(biāo)探測系統(tǒng)的指向鏡的性能檢測。方案(四)(五)分別是對指向鏡的指向精度和動態(tài)擺角性能的測試方法，而不能用于其動態(tài)跟蹤性能的檢測。方案(六)雖然可以實現(xiàn)對指向鏡階躍響應(yīng)和室內(nèi)連續(xù)跟蹤性能的檢測，但它有以下兩點不足：

1.采用攝像機直接拍攝目標(biāo)，目標(biāo)位置探測誤差較大，測量速度有限，這些都會導(dǎo)致較大的跟蹤誤差，影響到轉(zhuǎn)鏡的動態(tài)跟蹤性能的分析；

2.目標(biāo)運動形式單一，難以實現(xiàn)二維大角度同時偏轉(zhuǎn)的性能檢測和各種復(fù)雜運動狀態(tài)的模擬。

發(fā)明內(nèi)容