吳國平

摘要：針對晝夜型瞄準(zhǔn)吊艙修理需求，以某型飛機光電吊艙為研究對象，進行紅外、電視、激光三光軸測試技術(shù)研究，論述了光軸調(diào)校原理，分別測試了不同波段光軸平行度，解決光軸不平行的調(diào)校問題，通過三光軸平行度測試技術(shù)研究，實現(xiàn)了光軸調(diào)校，提高了光電瞄準(zhǔn)吊艙光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：光電瞄準(zhǔn)吊艙;三光軸;調(diào)校;光學(xué)系統(tǒng)

0引言

光電瞄準(zhǔn)吊艙是集信息獲取、顯示、傳輸、處理、激光、紅外、計算機處理等多種學(xué)科為一體的綜合性技術(shù)，與其他機載設(shè)備相比，光電瞄準(zhǔn)吊艙自成體系，有獨立的環(huán)控系統(tǒng)、氣動布局;同時，光電瞄準(zhǔn)吊艙集成了紅外成像、電視追蹤、激光測距/多光譜測試和光軸調(diào)校等功能，由精密的伺服系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，其故障模式、損耗模式與其他機載設(shè)備有很大不同，決定了光電吊艙修理技術(shù)的復(fù)雜性。隨著軍事科學(xué)的不斷發(fā)展，光電技術(shù)能夠縮短武器裝備的反應(yīng)時間，提高射擊精度，最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有武器裝備的作戰(zhàn)效能，要求光電瞄準(zhǔn)吊艙的光軸精度更加準(zhǔn)確，其中，三光軸平行度測試和調(diào)校技術(shù)是光電瞄準(zhǔn)吊艙修理過程中亟待解決的問題。

本文系統(tǒng)闡述了晝夜型瞄準(zhǔn)吊艙的光學(xué)系統(tǒng)原理，并結(jié)合某型飛機光電吊艙光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點，測試了三光軸平行度，分別闡述了激光、紅外、電視三光軸調(diào)校具體步驟方法，并系統(tǒng)地分析了角度指標(biāo)，最終完成了三光軸校準(zhǔn)。

1光學(xué)系統(tǒng)原理分析

晝夜型瞄準(zhǔn)吊艙是集紅外、電視、激光于一體的機載光電探測系統(tǒng)，其中光學(xué)分系統(tǒng)由雙視場變倍望遠(yuǎn)系統(tǒng)、紅外消旋系統(tǒng)、折轉(zhuǎn)鏡組、光學(xué)匯聚鏡組等組成，其光學(xué)系統(tǒng)組成框圖見圖1。

光學(xué)分系統(tǒng)具有對目標(biāo)發(fā)出的紅外輻射和太陽照射地面景物的漫反射可見光進行匯聚、放大、成像的作用，以及對激光發(fā)射光束進行準(zhǔn)直、對經(jīng)目標(biāo)漫反射的激光回波光束進行接收聚焦的作用，是實現(xiàn)吊艙系統(tǒng)功能和性能的關(guān)鍵分系統(tǒng)。

2吊艙光路布局分析

光電瞄準(zhǔn)吊艙的光學(xué)系統(tǒng)主要由紅外、電視、激光發(fā)射和激光接收四套光學(xué)系統(tǒng)組成，光路總體布局采用的是紅外、激光發(fā)射、電視激光接收三條光路分開的形式，其中激光接收與電視采用共光路再通過棱鏡分光的設(shè)計，達(dá)到激光與電視的分光作用。同時，與光路布局相一致，頭罩上設(shè)計有兩個光窗，激光和電視合用一個光窗，紅外單獨一個光窗，光路布局如圖2所示。

從吊艙光路布局可以看出，紅外和激光發(fā)射光路通過折轉(zhuǎn)反射鏡和平臺內(nèi)的隨動反射鏡進行光路折轉(zhuǎn)，在使用和修理過程中，由于內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)的輕微變化，必然導(dǎo)致內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)的光軸發(fā)生變化，難以達(dá)到光學(xué)精度，因此吊艙維修時需要一臺地面綜合保障設(shè)備三光軸檢測儀和一臺綜合控制臺，用于對瞄準(zhǔn)吊艙紅外、電視、激光光軸之間偏差的檢測和校準(zhǔn)。

3光軸三軸平行度測試技術(shù)

三光軸檢測儀由可變溫差目標(biāo)發(fā)生器（由高精度面源黑體和靶標(biāo)運動系統(tǒng)組成）、光學(xué)準(zhǔn)直儀、光學(xué)平臺、光路校準(zhǔn)儀、方位調(diào)整機構(gòu)、俯仰調(diào)整機構(gòu)、地腳等組成。三光軸檢測儀能產(chǎn)生大口徑的紅外和可見光全波段的平行光，同時檢測儀具有可變光闌，能調(diào)節(jié)目標(biāo)源的大小和強度。三光軸檢測儀光學(xué)平臺的平面布置圖如圖3所示，主要部件功能如下：

1）光學(xué)平臺由導(dǎo)軌、靶標(biāo)系統(tǒng)安裝板、紅外成像系統(tǒng)安裝支座、平行光管龍門架和平行光管等組成。用于測試系統(tǒng)的安裝調(diào)試，尋找準(zhǔn)直儀的焦點，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)靶標(biāo)系統(tǒng)的切換，并確定靶標(biāo)轉(zhuǎn)輪的擺放位置，使系統(tǒng)實現(xiàn)無窮遠(yuǎn)目標(biāo)的模擬。

2）可變溫差目標(biāo)發(fā)生器由一系列的靶板、可轉(zhuǎn)動靶盤、面源黑體、電子控制箱（可變溫差控制器和靶標(biāo)轉(zhuǎn)輪控制器）組成，是測試系統(tǒng)的核心部分。其功能是可以對目標(biāo)背景溫差進行精確的控制，該溫差輻射經(jīng)準(zhǔn)直儀投射于紅外系統(tǒng)，在紅外系統(tǒng)產(chǎn)生一個具有熱對比度的靶標(biāo)圖案，該圖案的熱對比度可以通過改變溫差來調(diào)整。靶板轉(zhuǎn)盤上安裝5種標(biāo)準(zhǔn)靶標(biāo)，如圖4所示。其中，大方孔靶標(biāo)用于噪聲等效溫差NETD測量，四桿靶標(biāo)用于最小可分辨溫差MRTD測量，圓孔靶標(biāo)用于最小可探測溫差MDTD測量，狹縫靶標(biāo)用于調(diào)制傳遞函數(shù)MTF測量，半月形靶標(biāo)用于信號傳遞函數(shù)SiTF測量。靶盤上埋有一個溫度傳感器，用來測試背景溫度。不同空間頻率的靶標(biāo)分布在數(shù)個靶板上，以便靶盤轉(zhuǎn)動時，所需的靶標(biāo)可位于視場中央。測試時可手動，也可計算機控制操作，使所需形狀和空間頻率的靶標(biāo)位于與紅外成像系統(tǒng)光軸同軸的準(zhǔn)直儀光軸上。面源黑體通過內(nèi)置溫差傳感器自動控制背景與黑體的溫差值，控制器經(jīng)過計算后自動調(diào)節(jié)熱源溫度，使熱源溫度達(dá)到設(shè)定值。同時，熱源發(fā)出的紅外輻射經(jīng)過反射鏡反射后，由輻射孔射出，經(jīng)過靶板形成熱圖，進入平行光管供測試使用。

3）光學(xué)準(zhǔn)直儀是整個測試系統(tǒng)的主要部件之一，為各項測試提供一個目標(biāo)近似無窮遠(yuǎn)的平行光束。準(zhǔn)直儀由兩個反射鏡構(gòu)成，主鏡為離軸拋物面反射鏡，次鏡為平面反射鏡。離軸拋物面反射鏡的優(yōu)點是沒有色像差和球差，目標(biāo)可以放在系統(tǒng)的焦點上，產(chǎn)生的光束是清晰無遮擋的準(zhǔn)直光束;次鏡主要用途是折轉(zhuǎn)光路減小準(zhǔn)直系統(tǒng)的軸向尺寸。兩塊反射鏡的反射面均鍍有高效反射膜，以提高反射效率。整個系統(tǒng)的反射率優(yōu)于95%，其工作原理如圖5所示。

4）地腳可調(diào)節(jié)，結(jié)合方位調(diào)整機構(gòu)和俯仰調(diào)整機構(gòu)用來調(diào)整三光軸檢測儀的高低以及方位、俯仰變化，使檢測儀出射的平行光與被測系統(tǒng)的光軸平行，完成對準(zhǔn)。通過手動旋轉(zhuǎn)方位調(diào)整機構(gòu)兩側(cè)面的小手輪，可以進行檢測儀的方位調(diào)整，通過手動旋轉(zhuǎn)俯仰調(diào)整機構(gòu)大手輪，可以進行檢測儀的俯仰調(diào)整。

4三光軸校準(zhǔn)

利用系統(tǒng)綜合控制臺給光電吊艙上電，控制光電吊艙進入伺服狀態(tài)，然后將吊艙三光軸檢測儀放在光電吊艙頭部光窗前，調(diào)節(jié)檢測儀支腳，目視觀察檢測儀紅外光窗、激光電視光窗分別與被檢吊艙紅外光窗、激光電視光窗基本對準(zhǔn)，完成三光軸檢測儀與光電吊艙光窗的對準(zhǔn)調(diào)節(jié)。

在吊艙處于正常工作模式機械鎖定狀態(tài)下進入系統(tǒng)維護模式，此時通過系統(tǒng)綜合控制臺和三光軸檢測儀可分別對吊艙紅外、電視的方位和俯仰進行調(diào)節(jié)。利用三光軸檢測儀將綜合控制臺視頻采集與顯示中的紅外十字中心調(diào)至激光光軸的圓心，并利用調(diào)整光楔鑰匙調(diào)整激光輻射器中的光楔，使激光光斑落在移動后的紅外十字中心，完成紅外與激光光軸的校準(zhǔn);同樣利用三光軸檢測儀分別對紅外和電視方位及俯仰進行調(diào)節(jié)，使綜合控制臺視頻采集與顯示中的電視十字分劃落在移動后的紅外十字中心，完成紅外與電視光軸的校準(zhǔn)。

5結(jié)束語

本文主要介紹了光電吊艙內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)，重點闡述了三光軸平行性調(diào)試原理。以某型瞄準(zhǔn)吊艙為例，介紹了光軸平行性檢查的方法、步驟及注意事項，為吊艙光軸平行度測試及調(diào)校提供了可靠依據(jù)，可實現(xiàn)光電吊艙光學(xué)系統(tǒng)深度修理，為機載通用吊艙內(nèi)場維修時技術(shù)指標(biāo)符合性檢查提供了保障和光電吊艙的修理提供了技術(shù)儲備。