李 娜，王 紅

（1.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，光學系統(tǒng)先進制造技術中國科學院重點實驗室，吉林 長春 130033；2.中國科學院研究生院，北京 100039）

激光駕束觀瞄制導儀參數(shù)檢測系統(tǒng)

李 娜1，2，王 紅1

（1.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，光學系統(tǒng)先進制造技術中國科學院重點實驗室，吉林 長春 130033；2.中國科學院研究生院，北京 100039）

為使激光駕束觀瞄制導儀各項性能參數(shù)能夠在室內(nèi)完成全面檢測，提出了一種參數(shù)檢測系統(tǒng)的設計方案。對參數(shù)檢測系統(tǒng)的各組成部分分別進行了論述。該系統(tǒng)可檢測固定焦距的激光通道與瞄準通道兩軸線平行度、典型位置的輸出特性、全程變焦過程中激光軸相對于瞄準軸的最大失調(diào)量，并可運用CCD圖像處理技術檢測激光信息場輻照度的均勻性等，具有結構簡單，操作方便、檢測精度高等優(yōu)點。模擬試驗表明，該設計方案能夠滿足工程中實際檢測的要求。

激光駕束觀瞄制導儀；性能參數(shù)；檢測

1 引言

激光制導技術是繼電視、雷達、紅外制導之后的又一類制導方式。激光駕束制導是激光制導中的一種指令制導方式，具有制導精度高、隱蔽性好、適應性強、制導設備輕等特點，在中、短程導彈中得到了廣泛的應用。激光駕束觀瞄制導儀主要由瞄準通道和激光通道兩部分組成。首先操作手通過瞄準通道手動捕獲、瞄準并跟蹤目標，激光通道發(fā)射已調(diào)制的激光編碼信號，形成供導彈識別坐標位置的空間信息場。位于彈尾的激光接收機接收導彈所在位置的信息場信息，經(jīng)電路處理后，控制導彈沿激光信息場中心飛行，直至命中目標。因此，激光駕束觀瞄制導儀的有效工作需控制瞄準通道和激光通道兩軸平行，并實時輸出導彈在空間信息場的位置信息，且信息場內(nèi)的輻照度具有較高的均勻性，才能保證導彈在信息場任何位置都可接收到激光能量，確保導彈不會失控。激光駕束觀瞄制導儀參數(shù)檢測系統(tǒng)的主要作用是對觀瞄制導儀的以上各性能參數(shù)進行測試，確定各部分工作正常，技術指標滿足設計要求。

2 主要測試項目

本系統(tǒng)的主要測試項目有：

（1）檢測長焦距時激光信息場與可見光瞄準具軸線平行度；

（2）固定焦距的激光信息場特征點位置的輸出特性；

（3）全程變焦過程中激光軸相對于瞄準軸的最大失調(diào)量；

（4）運用CCD圖像處理技術，檢測激光信息場輻照度的均勻性。

3 參數(shù)檢測系統(tǒng)方案設計

激光駕束觀瞄制導儀參數(shù)檢測系統(tǒng)主要由平行光管、特征孔提取機構、激光接收機、CCD攝像機、綜合處理器等組成。圖1為參數(shù)檢測系統(tǒng)原理框圖。觀瞄制導儀瞄準（可見光）平行光管分劃板的十字絲后，由激光通道發(fā)射已調(diào)制的激光束，經(jīng)平行光管主鏡后，通過分光棱鏡分光，一路由激光接收機接收信息場功能特性，另一路由CCD攝取輻照度信息的視頻圖像。經(jīng)綜合處理器處理后可得到激光信息場典型位置的輸出特性、兩軸平行度、全程變焦過程中激光軸相對于瞄準軸的最大失調(diào)量和輻照度均勻性。

圖1 參數(shù)檢測系統(tǒng)原理框圖Fig.1 Functional block diagram of parameter testing system

3.1 平行光管

系統(tǒng)平行光管的功能是提供觀瞄通道瞄準用的無窮遠目標和已調(diào)制的激光信息場。為了使可見光和激光兩種波段像面齊焦，平行光管采用共軸全反射的牛頓式結構。光學系統(tǒng)采用了拋物面主鏡，因而不產(chǎn)生球差。視場角較小，其成像質(zhì)量能夠滿足測量要求。圖2為平行光管的光學系統(tǒng)。

圖2 平行光管光學系統(tǒng)Fig.2 Optical system of collimator

3.2 特征孔提取機構

特征孔提取機構由分劃板、固定式金屬小孔板和轉(zhuǎn)動式金屬小孔板組成。如圖3所示，通過步進電機傳動的方式帶動機構旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)不同位置的特征點的測量。

圖3 特征孔提取機構Fig.3 Extraction structure of typical hole

3.2.1 分劃板

圖4給出了分劃板的刻線型式。雙夾線十字絲供觀瞄通道瞄準，中心點為A，與中心孔1的圓心重合。在空間信息場上，激光通道的信息場中心軸始終位于觀瞄通道的瞄準軸上方1m（稱為高飛量），對應在分劃板上信息場中心B點距A點的距離為h′，其它4個孔2、3、4、5的圓心位于以B點為中心，以R′為半徑的圓上。

h′和半徑R′由下式計算得到。

圖4 分劃板刻線型式Fig.4 Division of the graticule

式中，S為制導距離，R為相應距離信息場上特征點的半徑。

3.2.2 固定式金屬小孔板和轉(zhuǎn)動式金屬小孔板

固定式金屬小孔板有5個小孔，與分劃板的5個特征孔相對應，其作用是將分劃板除特征孔外的背景全部遮擋，如圖5所示。

圖5 固定式金屬小孔板Fig.5 Fixed metallic pore plate

圖6 轉(zhuǎn)動式金屬小孔板Fig.6 Rotary metallic pore plate

圖6給出了轉(zhuǎn)動式金屬小孔板。轉(zhuǎn)動式金屬小孔板上只有兩個小孔，孔中心為C點和D點，與信息場中心B點距離仍為h′和R′。通過步進電機，齒輪傳動副驅(qū)動小孔板繞B點旋轉(zhuǎn)，依次提取分劃板上特征孔中心孔1或孔2、3、4、5中的一個孔的指令值，來檢測輸出特性；由中心孔1的輸出特性來判斷瞄準通道和激光通道的兩軸平行度并通過全程變焦測得兩軸的最大失調(diào)量。

3.3 激光接收機

激光接收機的作用是接收激光編碼信號，信號經(jīng)處理后輸出信息場的指令特性值。激光接收機的結構組成如圖7所示。激光通道的變焦距從短焦到長焦，平行光管焦面上激光信息場的光斑直徑變化很大，根據(jù)接收機的分辨率和靈敏度，需恰當選擇分劃板特征孔的直徑，合理地選擇接收機工作點，以滿足動態(tài)范圍。

圖7 激光接收機的結構組成圖Fig.7 Composition diagram of laser receiver

3.4 CCD攝像機

用CCD攝像機攝取觀瞄制導儀特定焦距的激光光斑圖像，再由綜合處理器輸出輻照度均勻性。采用攝像機，靶面尺寸為8.8mm×6.6mm。為能在信息場上直徑為φ的范圍內(nèi)測試輻照度均勻性，最小的制導距離應以靶面的短邊長度6.6mm計算。

式中f′c為平行光管焦距。

因此，用CCD攝像機測量輻照度均勻性，要變焦到制導距離大于Smin所對應的焦距。

3.5 綜合處理器

綜合處理器的功能是根據(jù)激光接收機輸出的信號值，計算處理出激光信息場的典型位置的輸出特性、兩軸平行度、全程變焦過程中激光軸相對于瞄準軸的最大失調(diào)量。根據(jù)CCD輸出的視頻信號，處理判斷信息場內(nèi)輻照度均勻性是否符合要求。

4 功能檢測的計算

功能檢測包括激光軸與瞄準軸的兩軸平行性、典型位置的特性指令和全程變焦過程中激光軸相對于瞄準軸的最大失調(diào)量。

檢驗人員首先由觀瞄準通道瞄準平行光管分劃板的雙十字線，激光通道變焦到制導距離2 000m所對應的焦距并發(fā)射激光，使轉(zhuǎn)動式金屬小孔板孔D與分劃板上中心孔重合，接收機便可測出中心孔1的指令值。若兩軸平行，測得歸一化指令值z向為0，y向為C。若兩軸不平行，設測得歸一化指令值分別為Hz和Hy。r為空間信息場線性區(qū)的半徑，對應的歸一化指令H＝1。兩軸平行性在z向和y向的偏差量按下式進行計算。

兩軸不平行性的線量值為：

對應距離S時，其角量值為

在此狀態(tài)下將觀瞄制導儀進行全程變焦即可檢測出激光軸與瞄準軸的最大失調(diào)量。

在檢測兩軸平行性的基礎上，將觀瞄制導儀變焦到固定焦距，控制步進電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動式金屬小孔板旋轉(zhuǎn)，接收機便可依次檢測出信息場典型位置的指令值。

5 結論

本文所給出的方案為激光駕束觀瞄制導儀性能參數(shù)的室內(nèi)檢測開拓了新的思路和途徑。該系統(tǒng)在以下3方面不同于以往的設計：（1）平行光管采用共軸全反射的牛頓式結構，解決了以往折射式光管帶來的激光和可見光兩波段的像面不一致，影響檢測精度的問題。（2）設計了特征孔提取機構，通過分劃板、固定式金屬小孔板和轉(zhuǎn)動式金屬小孔板的自身設計型式和三者之間的有效組合，由步進電機帶動機構旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)信息場功能特性的測量。

（3）用CCD攝像機攝取觀瞄制導儀特定焦距的激光光斑圖像，由綜合處理器輸出輻照度均勻性。同時該系統(tǒng)體積小，結構簡單，操作方便，檢測精度高，并已通過試驗驗證，各項性能指標均能滿足設計要求。

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Parameter testing system for laser-beam riding guided sighting instrument

LINa1，2，WANG Hong1
（1.Key Laboratory of Optical System Advanced Manufacturing Technology，Changchun Institute of Optics，F(xiàn)ine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China；2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100039，China）

In order tomeet the practical needs of laser-beam riding guided sighting instrumentswhich can be tested overall indoor，a parameter solution in the testing system is demonstrated to test the performance parameters.Each part in the parameter testing solution is discussed separately.The system can test the parallel error of the fixed focal length between laser axial and sighting axial，the typical position output characteristic of a controlling field，the biggest parallel error in the whole process of zoom，and the irradiance uniformity of a laser spot by applying the technique of CCD image processing.The system has advantages in simple structure，convenient operation，high accuracy and so on.In the analog test，the solution of the system meets the chal-lenge of practical needs in engineering.

laser-beam riding guided sighting instrument；performance parameter；testing

1674-2915（2010）03-0285-05

TH745

A

2010-03-11；

2010-04-13

李 娜（1982—），女，吉林長春人，碩士研究生，主要從事光學儀器設計方面的研究。E-mail：xingyunlina@sohu.com

王 紅（1969—），吉林長春人，博士，副研究員，主要從事工程光學方面的研究。E-mail：wanghong@ciomp.ac.cn