張曉明/江蘇金陵機(jī)械制造總廠

0 引言

光電雷達(dá)由紅外定向儀和激光測距器構(gòu)成，其功能是根據(jù)空中目標(biāo)的熱輻射，搜索、發(fā)現(xiàn)和自動跟蹤目標(biāo)，并測量目標(biāo)角坐標(biāo)，測量到空中目標(biāo)的距離[1]。光電雷達(dá)具有以下工作狀態(tài)：用60°×10°大場的搜索掃描狀態(tài)、用20°×5°小場的搜索和跟蹤狀態(tài)、帶掃描目標(biāo)指示的運(yùn)行狀態(tài)、不帶掃描目標(biāo)指示的運(yùn)行狀態(tài)、截獲和跟蹤狀態(tài)、激光測距器值班狀態(tài)和工作狀態(tài)、自檢狀態(tài)。其中，自檢狀態(tài)是光電雷達(dá)的一項關(guān)鍵性能指標(biāo)。

1 自檢狀態(tài)

自檢狀態(tài)是一項光電雷達(dá)在機(jī)上能夠進(jìn)行測試的原位檢測項目，基本涵蓋了光電雷達(dá)各個方面的性能指標(biāo)，大致可分為6 個測試階段。

1）在大場搜索狀態(tài)下，測試內(nèi)裝式發(fā)射源線光源的坐標(biāo)。如果光電探測器產(chǎn)生的信號經(jīng)過視頻放大組件通道放大后，滿足沒有連續(xù)通道故障、總故障通道數(shù)量少于5 個、30 ～35 中心通道沒有故障通道，則進(jìn)入下一階段，線光源熄滅，點(diǎn)光源點(diǎn)亮。

2）在大場搜索狀態(tài)下，測試內(nèi)裝式發(fā)射源點(diǎn)光源的坐標(biāo)。當(dāng)點(diǎn)光源坐標(biāo)與目標(biāo)指示坐標(biāo)的偏離不大于±1°時，則進(jìn)入下一階段，由大場搜索狀態(tài)轉(zhuǎn)入小場搜索狀態(tài)。

3）在小場搜索狀態(tài)下，測試內(nèi)裝式發(fā)射源點(diǎn)光源的坐標(biāo)。如果被跟蹤目標(biāo)的坐標(biāo)對程序給出的目標(biāo)指示坐標(biāo)的偏離不大于±1°，則進(jìn)入下一階段，由大場掃描狀態(tài)轉(zhuǎn)入帶掃描目標(biāo)指示的運(yùn)行狀態(tài)。

4）在帶掃描目標(biāo)指示的運(yùn)行狀態(tài)下，如果角度傳感器的輸出端在方位和俯仰位置對程序給出的目標(biāo)指示坐標(biāo)的偏離不大于±40′，則進(jìn)入下一階段，由帶掃描目標(biāo)指示的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)入截獲和跟蹤狀態(tài)。

5）在截獲和跟蹤狀態(tài)下形成被跟蹤目標(biāo)的坐標(biāo)，如果被跟蹤的目標(biāo)對程序給出的目標(biāo)指示坐標(biāo)的偏離不大于±10′，形成程序中紅外定向儀良好的指令，專用數(shù)字計算機(jī)中帶地址260 字的第26 位置為“1”，則進(jìn)入下一階段，由截獲跟蹤狀態(tài)轉(zhuǎn)入帶掃描目標(biāo)指示的運(yùn)行狀態(tài)。

6）在帶目標(biāo)指示的運(yùn)行狀態(tài)下檢查激光測距器，如果專用計算機(jī)中帶地址260 字的第25 位置為“1”，專用計算機(jī)中帶地址260 字的第24 位給出距離測試標(biāo)記，狀態(tài)為“0”和“1”跳變，則形成程序中激光測距器良好的 指令。

自檢狀態(tài)中，截獲目標(biāo)是紅外定向儀良好的一個重要指標(biāo)，同時也是高故障率的指標(biāo)。

2 截獲目標(biāo)

截獲目標(biāo)包括兩個階段：掃描跟蹤目標(biāo)階段和截獲目標(biāo)階段。

2.1 掃描跟蹤目標(biāo)

測試內(nèi)裝式發(fā)射源位于整流罩中，整流罩燈座СП 燈點(diǎn)亮產(chǎn)生點(diǎn)光源信號，經(jīng)過整流罩燈座45°反射鏡，穿過整流罩透鏡，經(jīng)過掃描反射鏡反射和腔體內(nèi)部的45°固定反射鏡，到達(dá)物鏡組件，經(jīng)過物鏡組件上的調(diào)制器反射鏡傳輸?shù)?4 元光電探測器上的光敏元件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，形成電信號，電信號經(jīng)過光電探測器前端的放大器，形成10mV的脈沖信號與噪聲信號的混頻信號，傳輸?shù)揭曨l放大組件，進(jìn)行信號放大，同時進(jìn)行濾波，濾除噪聲信號，形成目標(biāo)信號為1 ～15V 的脈沖信號。光路走向詳見圖1。

2.2 截獲目標(biāo)

電子部件在接收到目標(biāo)信號后開始下達(dá)帶掃描目標(biāo)指示，調(diào)制器反射鏡以25Hz的頻率進(jìn)行振動，形成穩(wěn)定的信號，中心視頻放大器組件視頻放大板對從光電探測器傳來的信號進(jìn)行放大，形成光學(xué)狀態(tài)的信號，中心視頻放大組件匹配板對信號進(jìn)行識別，形成∑6k 和∑64k信號，中心視頻放大組件光圈控制板通過光圈傳動機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)光通量，調(diào)整信號的大小，同時傳輸給電子部件，電子部件下達(dá)截獲指令，調(diào)制器反射鏡的振動頻率由25Hz 轉(zhuǎn)化為100Hz，形成截獲信號，光電雷達(dá)穩(wěn)定截獲。截獲流程詳見圖2。

在整個截獲目標(biāo)過程中，不同元器件的故障將導(dǎo)致不同的故障現(xiàn)象，可以根據(jù)故障現(xiàn)象來分析可能發(fā)生故障的元器件，進(jìn)而定位故障。

圖1 光路走向圖

3 不截獲的問題分析

在整個截獲目標(biāo)過程中共出現(xiàn)了4種信號，4 種信號的產(chǎn)生有一定的先后順序，下面對這4 種信號出現(xiàn)的不同現(xiàn)象進(jìn)行分析。

3.1 無法搜索到目標(biāo)信號

目標(biāo)信號是一個單脈沖信號（見圖3），在掃描反射鏡掃描到目標(biāo)時形成，由整流罩燈座СП 燈產(chǎn)生的光源經(jīng)過光路的傳輸?shù)竭_(dá)光電探測器，由光電探測器上的光敏元件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，光信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過前端運(yùn)算放大器放大形成目標(biāo)信號。光路的偏差和信號過小都將導(dǎo)致無法搜索到目標(biāo)。大致可分為三種類型的故障。

1）安裝位置導(dǎo)致的光路偏差，包括整流罩燈座СП 燈的燈管角度偏差、整流罩燈座45°反射鏡角度偏差、掃描反射鏡角度偏差、物鏡組件安裝位置偏差、光電探測器位置偏差。

圖2 截獲流程圖

2）機(jī)械位置導(dǎo)致光路偏差和信號過小。傾斜傳動機(jī)構(gòu)通過控制光電探測器與調(diào)制器的相對位置，對掃描反射鏡的掃描范圍進(jìn)行光路補(bǔ)償，如果傾斜傳動機(jī)構(gòu)無法正常工作，將導(dǎo)致掃描反射鏡的掃描范圍縮小和掃描目標(biāo)偏差。

3）掃描到目標(biāo)后，光信號需要轉(zhuǎn)化為電信號，光電探測器和視頻放大組件工作異常，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)化后的電信號過小，此類運(yùn)算放大倍數(shù)過小，導(dǎo)致的信號過小。

以上故障排除的過程一般為：

1）檢查傾斜傳動機(jī)構(gòu)的位置是否在零位。

2）在帶掃描目標(biāo)指示的運(yùn)行狀態(tài)下檢查視頻放大器組件的信號大小。

3）依次檢查整流罩燈座СП 燈燈管角度、整流罩燈座45°反射鏡角度、掃描反射鏡角度、物鏡組件安裝位置、光電探測器位置。

3.2 搜索到目標(biāo)信號后無法形成光學(xué)狀態(tài)信號

光學(xué)狀態(tài)信號是一個頻率為25Hz的脈沖信號（見圖4），此時掃描反射鏡停在指令傳輸?shù)奈恢?，調(diào)制器產(chǎn)生25Hz 的驅(qū)動信號，調(diào)制器反射鏡開始振蕩，能夠跟蹤到3°×3°范圍內(nèi)的目標(biāo)。如果存在掃描發(fā)射鏡停留位置偏差、調(diào)制器反射鏡無法正常振蕩、調(diào)制器安裝位置偏差等情況，都將導(dǎo)致光學(xué)狀態(tài)信號不正確。大致可分為三種類型的故障。

圖3 目標(biāo)信號

圖4 光學(xué)狀態(tài)信號

1）掃描反射鏡是由方位、俯仰角度傳感器來記錄位置的，邏輯組件對角度傳感器的信號進(jìn)行處理，角度傳感器和邏輯組件故障，角度傳輸不正確，將導(dǎo)致掃描反射鏡無法停留在正確的位置。

2）調(diào)制器反射鏡是通過調(diào)制器和調(diào)制器邏輯驅(qū)動電流形成器進(jìn)行工作的，若調(diào)制器、調(diào)制器邏輯、電流形成器發(fā)生故障，將導(dǎo)致調(diào)制器反射鏡無法 工作。

3）調(diào)制器反射鏡振蕩，能夠跟蹤到3°×3°范圍內(nèi)的目標(biāo)，如果能夠跟蹤到的目標(biāo)范圍縮小，調(diào)制器反射鏡光路產(chǎn)生偏差，將導(dǎo)致跟蹤不到目標(biāo)。

以上故障排除的過程一般為：1）測量調(diào)制器信號是否正確。

2）根據(jù)轉(zhuǎn)臺燈管照射到掃描反射鏡上時反射光標(biāo)與發(fā)射光標(biāo)重合的原理，使用轉(zhuǎn)臺和光電雷達(dá)自身的基準(zhǔn)鏡，檢查掃描反射鏡角度傳感器回傳的角度與光學(xué)角度是否存在偏差。

3）根據(jù)校準(zhǔn)平臺燈管照射到調(diào)制器反射鏡上時反射光標(biāo)與發(fā)射光標(biāo)重合的原理，使用調(diào)制器光學(xué)校準(zhǔn)平臺，檢查物鏡中調(diào)制器的位置是否存在偏 差。

3.3 光學(xué)狀態(tài)的信號無法轉(zhuǎn)化為∑6k 和∑64k 信號

∑6k 信號是光學(xué)狀態(tài)下中心視頻放大組件6 路視頻放大器信號的取和，而∑64k 信號是光學(xué)狀態(tài)下所有64 路視頻放大器信號的取和。∑6k 和∑64k 信號通過視頻放大組件的信息處理板處理，由中心視頻放大組件匹配板取和形成。信息處理板故障和中心視頻放大組件匹配板故障將導(dǎo)致這兩個信號無法形成。在帶掃描目標(biāo)指示的運(yùn)行狀態(tài)下，檢查∑6k 和∑64k 的信號是否形成正確，大致分為以下兩種類型的故障。

1）若∑6k 信號不正確，檢查中心視頻放大器組件視頻放大板和信息處理板。

2）若∑6k 信號正確、∑64k 信號不正確，檢查周圍視頻放大組件的信息處理板是否正常，檢查周圍視頻放大組件視頻放大器是否正常，不正?？赡軐?dǎo)致部分信號故障，繼而求和之后的信號故障。由于中心視頻放大組件的匹配板是將∑6k 和∑58k 信號求和，中心視頻放大組件匹配板故障將導(dǎo)致∑64k 信號不正確。

3.4 光學(xué)狀態(tài)的信號無法轉(zhuǎn)化為截獲信號

截獲信號是一個頻率為100Hz 的脈沖信號（見圖5），此時掃描反射鏡停在指令的傳輸位置，中心視頻放大組件光圈控制板根據(jù)∑6k 和∑64k 信號的大小，控制光圈傳動機(jī)構(gòu)，通過調(diào)整光通量來調(diào)節(jié)信號的大小，調(diào)制器產(chǎn)生的驅(qū)動信號由25Hz 轉(zhuǎn)化為100Hz，調(diào)制器反射鏡開始加速振蕩，能夠自動跟蹤40′×40′范圍的目標(biāo)。如果存在光路偏差、信號干擾、調(diào)制器反射鏡無法正常振蕩、調(diào)制器安裝位置偏差、光圈傳動機(jī)構(gòu)不正常工作等情況，將導(dǎo)致光學(xué)狀態(tài)信號不正確。大致可分為以下三種類型的故障。

1）光路偏差和信號干擾。調(diào)制器產(chǎn)生的驅(qū)動信號由25Hz 轉(zhuǎn)化為100Hz，調(diào)制器反射鏡開始加速振蕩，能夠自動跟蹤40′×40′范圍的目標(biāo)，能夠跟蹤到的目標(biāo)范圍進(jìn)一步縮小，截獲信號對光路的要求更為嚴(yán)格。同時，點(diǎn)光源信號受到的微小干擾也將導(dǎo)致40′×40′范圍內(nèi)跟蹤的目標(biāo)不正確。

2）調(diào)制器反射鏡的不正常工作。

圖5 截獲信號

3）光圈傳動機(jī)構(gòu)的原理是，由中心視頻放大組件光圈控制板根據(jù)∑6k 和∑64k 信號的大小，向光圈電流形成器輸出控制信號，驅(qū)動光圈電機(jī)控制光圈的放大縮小，從而控制光通量。如果存在中心視頻放大組件光圈控制板、光圈電流形成器、光圈電機(jī)方面的故障，將導(dǎo)致光通量過小。

以上故障排除的過程一般為：

1）測量調(diào)制器信號是否正確。

2）中心視頻放大組件光圈控制板、光圈電流形成器、光圈電機(jī)的故障將導(dǎo)致光通量過小。

3）整流罩燈座СП 燈的燈管角度偏差、整流罩燈座45°反射鏡角度偏差、掃描反射鏡反射角度偏差、物鏡組件安裝位置偏差、光電探測器位置偏差、調(diào)制器安裝位置偏差等都將導(dǎo)致光路 偏差。

4）整流罩燈座СП 燈的燈管膜層受損、整流罩燈座45°反射鏡膜層受損、掃描反射鏡膜層受損，將導(dǎo)致點(diǎn)光源信號受到干擾。

3.5 中轉(zhuǎn)信號故障

電子部件是光電雷達(dá)中轉(zhuǎn)信號接收處理、指令轉(zhuǎn)化的重要部件，在自檢狀態(tài)截獲目標(biāo)的整個過程中的各個階段都起到作用。電子部件通過接插件與光電雷達(dá)殼體相連，可以優(yōu)先通過串件來進(jìn)行故障排除。

4 結(jié)束語

光電雷達(dá)自檢狀態(tài)截獲目標(biāo)的過程是光電雷達(dá)能跟蹤的目標(biāo)范圍不斷縮小、信號源位置不斷被精確鎖定的過程。在這一過程中，形成階段信號的電氣元件發(fā)揮了重要作用，而隨著光路的允許偏差范圍不斷縮小，光路的精確度也發(fā)揮著重要作用。本文通過對光電雷達(dá)自檢狀態(tài)截獲目標(biāo)的過程進(jìn)行分析，從階段信號和光路兩個角度來分析故障器件，為此類故障的修理工作以及修理思路提供參考。