[發明專利]一種光電跟蹤性能檢測方法

有效

• 申請號: 201410258920.3
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104034511A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 賈建軍;白帥;石小麗;王娟娟;楊明冬;秦文
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域：

本發明涉及光電設備的檢測技術，具體涉及一種光電跟蹤性能檢測方法，可用于空間激光通信等系統中的光電跟蹤終端的性能檢測。

背景技術：

光電跟蹤設備廣泛用于非合作目標跟蹤、合作目標的雙向通信等場景，其跟蹤性能是系統的重要指標。以空間平臺下的用于空地光通信的光電跟蹤終端為例，其面臨平臺微振動等復雜環境，同時又要保證很高的跟蹤精度，因此有必要在地面對其性能進行充分的檢測。

對光電跟蹤設備進行性能檢測的關鍵在于提供合適的動態靶標和模擬真實的工作環境。一般認為動態靶標分為跟蹤靶標和測量靶標，前者僅模擬動態空間目標，后者還可以精確測定任意時刻靶標的空間角度，用來標定待測設備的測量精度。對工作環境的模擬主要包括對終端所處的平臺運動狀態、熱環境、大氣湍流、激光的遠距離傳輸和遠場分布等因素的模擬。

目前最常見的光電跟蹤性能檢測方法有兩種，一是旋轉靶標法，二是利用平行光管加光束偏轉機構。旋轉靶標法由旋轉電機帶動平行光管轉動，通過反射鏡形成旋轉光錐，被測設備位于光錐頂點。這種方法應用廣泛，可提供跟蹤和測量靶標，但其結構龐大，控制復雜，且運動軌跡單一。第二種方法利用平行光管產生平行光，在光路中間加入雙棱鏡等光束偏轉機構使得光束發生偏折，產生二維運動軌跡。此方法常用來模擬激光的遠場分布，檢測系統的光學性能，但其運動軌跡范圍較小，機動性差，對跟蹤性能的檢測不夠充分。

另外一種與本發明較為接近的方法是利用激光光束在幕墻上的反射作為動態靶標。(參見張波，檢測光電跟蹤測量設備的激光模擬空間目標[J].光電子·激光，2003，14(3)：324-326.)這種方法利用激光的準直特性，直接將激光器產生的激光光束打在幕墻上，模擬空間目標。激光器安裝于兩軸轉臺上，轉臺按編程規律運動，形成空間目標軌跡。待測設備跟蹤靶標后，根據空間位置關系來計算其跟蹤指向精度。由于不考慮光束的遠場分布，該方法未使用平行光管，因而結構簡單，控制靈活，且目標軌跡的動態范圍大，機動性強。但此方法存在以下兩個問題：

第一，無法對光電跟蹤設備所處平臺的微振動干擾進行模擬。以星載跟蹤終端為例，衛星平臺的動量輪運動造成的微振動會對跟蹤精度造成一定影響，有必要對其進行相應的模擬和檢測。

第二，該方法針對的對象是光電跟蹤測量設備，因此它將檢測系統作為測量靶標，即利用激光器轉臺的測角值和設備的空間位置關系來計算空間目標的位置真值，以待測設備跟蹤時的自身角度作為測量值，從而對待測設備的指向精度進行檢測。此方法依賴于對空間位置的精確測量與標定，以及檢測設備和被測設備之間的準確的時間同步，并且要求檢測設備的測角精度高于被測設備。這使得測試系統難于搭建和標定，當待測光電跟蹤設備的自身精度較高時無法采用該檢測方法。

發明內容：

本發明的目的是提出一種光電跟蹤性能檢測方法，它在提供大范圍、機動性強的動態跟蹤靶標的同時，同時能夠模擬平臺的微振動干擾，解決了對光電跟蹤設備進行動態跟蹤性能檢測的問題。

本發明的裝置構成如附圖1所示，包括：二維靶標轉臺1，靶標轉臺驅動器2，靶標轉臺控制計算機3，俯仰軸工作平面4，激光器5，激光器電源6，音圈電機快速指向鏡7，音圈電機驅動控制器8，漫反射屏9，待測光電跟蹤設備10。

其中：二維靶標轉臺1為雙U型架結構，分別在方位和俯仰兩個維度轉動，俯仰軸工作平面4的表面具有孔距25mm的M6螺紋孔陣列；俯仰軸工作平面4上安放激光器5，激光器5的出射光軸與俯仰軸軸線平行；音圈電機快速指向鏡7固定安放在俯仰軸工作平面4的中心，其基準法線方向與激光器出射光軸呈45°夾角，激光光束經其反射后沿著垂直于俯仰軸軸線的方向出射；在音圈電機驅動控制器8的作用下，音圈電機快速指向鏡7在基準方向的基礎上產生高頻小角度的二維偏轉，使得激光束在原有方向上發生微小偏折；激光束由快速指向鏡反射后打在漫反射屏9上，形成靶標光斑；二維靶標轉臺1和待測光電跟蹤設備10的中心位置保持同一水平高度，且二者連線與漫反射屏9所在平面平行。

工作時，二維靶標轉臺1帶動俯仰軸工作平面4及上面安放的激光器5和音圈電機快速指向鏡7在方位軸和俯仰軸方向進行大范圍轉動，使得漫反射屏9上的靶標光斑產生大范圍運動，模擬動態靶標與待測光電跟蹤設備10之間的相對運動；在此基礎上，音圈電機快速指向鏡7進行高頻小角度二維偏轉，改變激光束出射方向，使得漫反射屏9上的靶標光斑產生小范圍抖動，模擬待測光電跟蹤設備10的光軸所受到的微振動干擾。

結合上述裝置，本發明的檢測方法如下：

1)跟蹤范圍測試，具體步驟為：