王正林，劉靜梅，歐陽藝

(91404部隊，河北 秦皇島066001)

1 前言

激光引偏干擾是一種針對激光半主動制導(dǎo)武器實施的欺騙式有源干擾方式［1］。激光引偏角是評價激光引偏干擾有效性的一項要素。開展激光引偏角測量是激光引偏干擾裝備研制過程中不可缺少的一項科研活動。測量不確定度表征合理賦予的被測量之值的分散性，可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，也可以用說明了置信水平的區(qū)間的半寬度表示。用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的測量不確定度稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用在一定置信度下測量結(jié)果的區(qū)間表示的測量不確定度稱為擴(kuò)展不確定度。明晰影響激光引偏角測量不確定度的因素，確定激光引偏角測量不確定度的范圍，可為研究激光引偏角測試方法，分析激光引偏角測試數(shù)據(jù)提供幫助。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

激光引偏角測量系統(tǒng)由激光跟蹤器、可變視場CCD攝像機(jī)、陀螺穩(wěn)定跟蹤平臺及控制與處理計算機(jī)組成，如圖1所示。

激光跟蹤器主要由光學(xué)系統(tǒng)、信息探測與處理器模塊及電源組成。可變視場CCD攝像機(jī)由變焦光學(xué)鏡頭和CCD攝像機(jī)組成?？刂破鹘邮占す飧櫰鞯母櫿`差信號，控制陀螺穩(wěn)定跟蹤平臺對激光光斑進(jìn)行跟蹤［2］。由于CCD攝像機(jī)的光軸與激光跟蹤器光軸平行，CCD攝像機(jī)的光軸也指向激光光斑。激光跟蹤器同控制器、控制與處理計算機(jī)及陀螺穩(wěn)定跟蹤平臺構(gòu)成激光搜索與跟蹤模塊，可變視場CCD攝像機(jī)同控制器、控制與處理計算機(jī)構(gòu)成電視跟蹤與測量模塊。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

測試時，首先使用激光目標(biāo)指示器照射目標(biāo)，激光搜索與跟蹤模塊搜索并跟蹤激光目標(biāo)指示器照射光斑。然后發(fā)射引偏干擾激光，激光搜索與跟蹤模塊進(jìn)行搜索，如果搜索到引偏激光并跟蹤激光引偏光斑，則CCD攝像機(jī)的光軸也指向激光引偏光斑，從而實現(xiàn)對激光目標(biāo)指示器照射點和激光引偏光斑中心之間的角度測量，即激光引偏角測量。

可變視場CCD攝像機(jī)像面上兩個像點的夾角與測量的兩個點目標(biāo)的夾角相對應(yīng)。由兩個點目標(biāo)之間的角度、點目標(biāo)像點之間的像素數(shù)和CCD攝像機(jī)焦距可標(biāo)定電視跟蹤與測量模塊一個像素所對應(yīng)的角度，即電視碼當(dāng)量。選擇CCD攝像機(jī)不同焦距進(jìn)行標(biāo)定，可獲得一組碼當(dāng)量數(shù)據(jù)。進(jìn)行激光引偏角測量時，由兩個像點之間的像素數(shù)和碼當(dāng)量，可計算激光引偏角。

3 測量不確定度分析

用對被測量重復(fù)觀測并根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析的方法得到實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差，這種評定方法稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度A類評定方法。當(dāng)被測量Y的估計值y不是由重復(fù)觀測得到時，估計方差u2(y)或標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(y)可以用對Y的有關(guān)信息或資料來評定，這種方法稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度B類評定方法。當(dāng)測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度包含若干個測量不確定度分量時，用各不確定度分量的合成得到，稱為合成不確定度。擴(kuò)展不確定度由合成不確定度uc(y)乘以包含因子k得到，用U表示:

測量結(jié)果可表示為:

y是被測量Y的最佳估計值。k值根據(jù)Y=y±U的區(qū)間要求的置信度水平而選擇。當(dāng)k=2時，區(qū)間的置信度水平約為95%［3］。通過分析激光引偏測量系統(tǒng)工作原理和激光引偏角測量方法，確定使用擴(kuò)展不確定度表示激光引偏角測量不確定度較為合適。

在CCD攝像機(jī)焦平面上，以焦點為原點，水平方向為x軸，俯仰方向為y軸建立直角坐標(biāo)系。設(shè)電視跟蹤與測量模塊所測量的激光目標(biāo)指示器瞄準(zhǔn)點坐標(biāo)為(x0，y0)，激光跟蹤器所跟蹤的引偏目標(biāo)點坐標(biāo)為(x1，y1)，則在水平方向和俯仰方向測量的激光引偏角分別為:

式中，kx，ky分別為水平方向和俯仰方向的碼當(dāng)量。

首先分析水平方向激光引偏角測量不確定度。

設(shè):

由于 kx，x0，x1不相關(guān)，所以:

由式(1):

dkx與標(biāo)定方法和所使用的標(biāo)定裝置有關(guān)。下面以精密轉(zhuǎn)臺測角法為例進(jìn)行分析。使用平行光管和點光源生成一個空間位置固定的點目標(biāo)，將CCD攝像機(jī)架設(shè)在精密轉(zhuǎn)臺上。首先將CCD攝像機(jī)視場某邊緣對準(zhǔn)目標(biāo)，讀取轉(zhuǎn)臺水平角度值A(chǔ)1，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺使電視跟蹤與測量分系統(tǒng)視場另一邊緣對準(zhǔn)目標(biāo)，讀取轉(zhuǎn)臺水平角度值A(chǔ)2。設(shè)電視跟蹤與測量模塊水平方向像素數(shù)為Nh，則:

電視跟蹤與測量模塊碼當(dāng)量標(biāo)定偏差與轉(zhuǎn)臺角度測量偏差σA和電視跟蹤與測量模塊像素數(shù)讀取偏差σN相關(guān)。由于碼當(dāng)量標(biāo)定偏差造成的激光引偏角測量不確定度分量:

由式(1):

dx0與電視跟蹤與測量模塊對激光指示光斑的跟蹤精度相關(guān)，包括激光搜索與分系統(tǒng)跟蹤標(biāo)準(zhǔn)偏差σtl和電視跟蹤與測量分系統(tǒng)跟蹤標(biāo)準(zhǔn)偏差σtv。由于x0測量偏差造成的激光引偏角測量不確定度分量:

由式(1):

dx1為激光搜索與分系統(tǒng)跟蹤標(biāo)準(zhǔn)偏差σtl和電視跟蹤與測量分系統(tǒng)坐標(biāo)值讀取標(biāo)準(zhǔn)偏差σrt。由于x1測量偏差造成的激光引偏角測量不確定度分量:

由式(3)，激光引偏角合成不確定度:

由式(4)～式(6)得:

取區(qū)間置信度水平為95%，則激光引偏角測量擴(kuò)展不確定度為:

根據(jù)水平方向激光引偏角測量不確定度分析方法，由式(2)可進(jìn)行俯仰方向激光引偏角測量不確定度分析。

4 結(jié)束語

激光引偏角測量擴(kuò)展不確定度主要由電視跟蹤與測量模塊碼當(dāng)量標(biāo)定轉(zhuǎn)臺測角標(biāo)準(zhǔn)偏差、電視跟蹤與測量模塊像素數(shù)讀取標(biāo)準(zhǔn)偏差、激光搜索與跟蹤模塊跟蹤標(biāo)準(zhǔn)偏差、電視跟蹤與測量模塊跟蹤標(biāo)準(zhǔn)偏差、電視跟蹤與測量模塊坐標(biāo)值讀取標(biāo)準(zhǔn)偏差確定。為了降低激光引偏角測量不確定度，在進(jìn)行電視跟蹤與測量模塊碼當(dāng)量標(biāo)定時，應(yīng)使用高精度轉(zhuǎn)臺對測量過程中所使用的電視視場對應(yīng)的碼當(dāng)量進(jìn)行標(biāo)定;在進(jìn)行激光引偏角測量過程中，使用激光目標(biāo)指標(biāo)器照射目標(biāo)時，應(yīng)選擇目標(biāo)特征明顯的位置進(jìn)行照射，并保持照射光斑位置穩(wěn)定;在滿足測量要求條件下，應(yīng)使用CCD攝像機(jī)窄視場進(jìn)行測試，并保持測試過程中視場不變。報告激光引偏角測量結(jié)果時，除報告測量數(shù)值外，還應(yīng)報告測量的擴(kuò)展不確定度。

［1］ Ye Shengxiang.The technique of electro － optical jamming and protecting system［M］.Beijing:National Defence Industry Press，2005.(in Chinese)葉盛祥.光電干擾防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.

［2］ Mei Suisheng.Optoelectric technology［M］.Beijing:National Defengce Industry Press，2008.(in Chinese)梅遂生.光電子技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2008.

［3］ Ye Depei.Uncertainty of measurment［M］.Beijing:National Defengce Industry Press，2001.(in Chinese)葉德培.測量不確定度［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2001.