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        一種外場(chǎng)環(huán)境中艦載光電跟蹤儀光軸一致性檢測(cè)方法

        2018-05-10 19:17:04陽(yáng)平
        現(xiàn)代導(dǎo)航 2018年2期
        關(guān)鍵詞:一致性檢測(cè)方法

        陽(yáng)平

        (中國(guó)人民解放軍92941部隊(duì),遼寧葫蘆島 125000)

        0 引言

        光電跟蹤儀是艦炮武器系統(tǒng)重要的探測(cè)設(shè)備,其主要任務(wù)是利用光電傳感器探測(cè)和跟蹤待打擊目標(biāo),為火控設(shè)備提供解算用的目標(biāo)參數(shù)信息。典型的艦載光電跟蹤儀集成了電視探測(cè)器、紅外熱像儀和激光測(cè)距機(jī)。

        光軸一致性是指光電跟蹤儀光電傳感器的光軸相互平行程度[1]。光軸一致性是衡量艦炮武器系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo),直接影響到武器系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的捕獲、瞄準(zhǔn)和打擊[2]。常用的光軸一致性檢測(cè)方法分為實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法和室外檢測(cè)方法,具體有投影靶板法、激光光軸儀法、五棱鏡法、大口徑平行光管法和分光路投射法等。目前,實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法比較成熟,而室外檢測(cè)方法受環(huán)境影響較大,使用受限[3]。在外場(chǎng)試驗(yàn)中,光軸一致性檢測(cè)是光電跟蹤儀的一項(xiàng)重要的靜態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目。受環(huán)境條件和現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)備的限制,在保證檢測(cè)精度的前提下,外場(chǎng)檢測(cè)方法越簡(jiǎn)單越好、所用檢測(cè)越少越好。本文對(duì)常用的投影靶板法進(jìn)行了分析,指出了該方法的優(yōu)缺點(diǎn),并提出一種外場(chǎng)環(huán)境中的艦載光電跟蹤儀光軸一致性檢測(cè)方法,該方法所需設(shè)備少、操作簡(jiǎn)便,特別適合靶場(chǎng)使用。

        1 光軸一致性的重要性

        光電跟蹤儀的光軸一致性對(duì)于發(fā)現(xiàn)概率和跟蹤精度等都有直接的影響。如果光軸一致性滿足設(shè)計(jì)要求,那么在紅外或電視探測(cè)器對(duì)目標(biāo)角跟蹤好之后,在激光測(cè)距機(jī)的測(cè)距威力范圍內(nèi),激光測(cè)距機(jī)就能夠?qū)δ繕?biāo)正常測(cè)距。目標(biāo)角跟蹤好之后,光軸偏差會(huì)削弱到激光接收機(jī)接收到的激光回波能量,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致回波能量太弱而無(wú)法識(shí)別,從而影響了目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率。光軸一致性通常以激光光軸為基準(zhǔn),檢測(cè)電視和紅外探測(cè)器與激光光軸的偏差程度。光軸一致性對(duì)角跟蹤精度也會(huì)有影響。如果紅外與激光光軸在俯仰上的偏差為α,在橫向上的偏差為β,根據(jù)文獻(xiàn)4,當(dāng)目標(biāo)的仰角為E時(shí),紅外跟蹤在方位角上的誤差為[4]:

        以某航路為例進(jìn)行分析,目標(biāo)高度為H,航路捷徑為P,目標(biāo)進(jìn)入距離為Din,速度為v。經(jīng)過分析可以得到,在航路上目標(biāo)距離為D時(shí),紅外跟蹤方位角誤差為取H=2km,P=500m,Din=20km,據(jù)此繪制了紅外方位誤差與目標(biāo)距離的關(guān)系曲線,如圖1所示。

        圖1 方位偏差與目標(biāo)距離關(guān)系曲線

        從圖1中可以看出,紅外跟蹤方位誤差恒大于β。隨著目標(biāo)的靠近,誤差也越來(lái)越大。在靠近航路捷徑點(diǎn)的時(shí)候,這個(gè)方位誤差已經(jīng)3.3β。如果β大到一定程度,這個(gè)誤差就不能忽略了。

        此外,外部環(huán)境因素,比如氣溫變化,對(duì)光電跟蹤儀的光軸一致性也會(huì)帶來(lái)影響。在設(shè)備日常使用中,應(yīng)經(jīng)常性地觀測(cè)光軸的平行度。檢查方法:對(duì)一個(gè)遠(yuǎn)距離目標(biāo),在光電操控臺(tái)上人工控制光電指向器轉(zhuǎn)動(dòng),用紅外探測(cè)器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行捕獲和跟蹤。紅外跟蹤好后轉(zhuǎn)電視探測(cè)器觀測(cè),記錄目標(biāo)與屏幕十字線中心的偏差。即可粗略得到紅外和電視光軸偏差,從而判斷是否需要進(jìn)行進(jìn)一步的精確檢測(cè)或校正。

        2 投影靶板法分析

        2.1 投影靶板法原理

        投影靶板法是一種常用的室外檢測(cè)方法。該方法利用一個(gè)放置在遠(yuǎn)處(取100m左右比較合適)的靶板來(lái)接收從被測(cè)儀器出瞳射出的激光束,即將各光軸投影到靶板上。各光軸相互間隔便是靶板上各光軸投影的間隔,沿著光路方向看,各光軸與靶板上的投影點(diǎn)之間是鏡像關(guān)系。通過比較間隔的差異來(lái)反映光軸平行與否。原理圖如圖2所示[5]:

        圖2 投影靶板法原理圖

        2.2 方法分析

        投影靶板法主要優(yōu)點(diǎn)是使用方便、成本低、在野外和室內(nèi)都能使用。其不足之處是受環(huán)境影響較大,只能在夜晚或陰天進(jìn)行檢測(cè),測(cè)試精度受到一定限制[6]。

        3 外場(chǎng)環(huán)境中艦載光電跟蹤儀光軸一致性檢測(cè)方法

        3.1 檢測(cè)原理

        檢測(cè)原理如圖3所示。使用到的工具有凹面鏡和感光紙。凹面鏡與光電跟蹤儀指向器高度相當(dāng),感光紙位于凹面鏡的焦點(diǎn)位置上。轉(zhuǎn)動(dòng)指向器,同時(shí)激光測(cè)距機(jī)向凹面鏡發(fā)射激光。直到激光恰好照射到感光紙上,記錄此時(shí)指向器的架位(方位,俯仰)。用電視探測(cè)器去捕獲、跟蹤感光紙?jiān)诎济骁R里的像。跟蹤好以后,將波門回中,記錄此時(shí)指向器的架位。指向器前后兩次的架位差,即為電視探測(cè)器和激光測(cè)距機(jī)光軸的偏差。同理,可以測(cè)得紅外探測(cè)器與激光測(cè)距機(jī)的光軸偏差。

        3.2 檢測(cè)精度分析

        從該方法的檢測(cè)原理可以看出,該方法的檢測(cè)精度取決于光電跟蹤儀方位、俯仰的測(cè)量精度。假如光電跟蹤儀方位、俯仰的測(cè)量精度為σ,那么該檢測(cè)方法的精度也就是σ。

        圖3 電視探測(cè)器與激光測(cè)距機(jī)光軸一致性檢測(cè)原理

        3.3 操作步驟

        該方法的操作步驟如下:

        (1)凹面鏡置于指向器的正前方,并且凹面鏡中心的高度比指向器中心高度略低;將感光紙豎放,置于凹面鏡的焦點(diǎn)處;

        (2)將電視探測(cè)器、紅外熱像儀和激光測(cè)距機(jī)接收機(jī)的鏡頭罩?。梢杂眉埰谏w),只保留激光發(fā)射機(jī)窗口敞開。避免激光回波損壞鏡頭;

        (3)調(diào)整光電指向器的指向,同時(shí)激光測(cè)距機(jī)發(fā)射激光。當(dāng)激光經(jīng)凹面鏡反射后,恰好射到感光紙中心時(shí),停止轉(zhuǎn)動(dòng)指向器,在操控臺(tái)顯示屏上讀取指向器此時(shí)的架位(方位x1、俯仰y1);

        (4)轉(zhuǎn)動(dòng)指向器,使用電視探測(cè)器去捕獲和跟蹤感光紙?jiān)诎济骁R里的像。跟蹤好以后,將波門回中,記錄此時(shí)指向器的架位(方位x2、俯仰y2);

        (5)將指向器前后兩次的架位相減,就得到了電視指向器光軸與激光測(cè)距機(jī)光軸的分別在方位、俯仰上的偏差采用同樣方法,可以得到紅外熱像儀與激光測(cè)距機(jī)的光軸偏差。

        3.4 使用條件

        該檢測(cè)方法既能在室外進(jìn)行,也能在室內(nèi)操作。所用到工具僅有凹面鏡,感光紙,操作簡(jiǎn)便。適合在白天進(jìn)行檢測(cè)。

        4 檢測(cè)結(jié)果

        在某型光電跟蹤儀試驗(yàn)中,采用此方法對(duì)光電跟蹤儀的電視、紅外和激光的三光軸一致性進(jìn)行了檢測(cè),現(xiàn)場(chǎng)布置如圖4所示。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo),該型光電跟蹤儀光電指向器方位、俯仰測(cè)量數(shù)據(jù)的最低有效位均約為光軸允許偏差的 1/3。檢測(cè)結(jié)果也表明,該方法能夠滿足檢測(cè)精度要求。

        圖4 現(xiàn)場(chǎng)布置圖

        5 結(jié)論

        本文提出了一種外場(chǎng)環(huán)境中艦載光電跟蹤儀光軸一致性檢測(cè)方法,分析了該方法的檢測(cè)精度,并在外場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)際檢測(cè)。該方法使用到的工具少(僅有凹面鏡、感光紙)、操作簡(jiǎn)單,并且檢測(cè)精度能夠滿足試驗(yàn)要求。特別適合在外場(chǎng)環(huán)境中使用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]黃守訓(xùn).艦炮武器系統(tǒng)試驗(yàn)與鑒定[M].北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2005: 131.

        [2]徐海燕, 蘇世彬, 張敏 等.多光軸一致性檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào), 2013, (4): 78-81.

        [3]金偉其, 王霞, 張其揚(yáng) 等.多光軸一致性檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展及其分析[J].紅外與激光工程, 2010, 39(3): 526-531.

        [4]陳衛(wèi)華, 婁亮, 陳利鋒.光電軸匹配對(duì)艦炮跟蹤雷達(dá)指向精度的影響分析[J].現(xiàn)代導(dǎo)航, 2015(1): 35-38.

        [5]凌軍, 劉秉琦, 趙溪林.幾種光軸平行性測(cè)試方法的比較與探討[J].應(yīng)用光學(xué), 2003, 24(1): 43-45.

        [6]肖作江, 夏洋, 朱海濱 等.光學(xué)瞄具三軸一致性檢測(cè)系統(tǒng)研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014,37(1): 21-24.

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