趙志剛 陳慶良 陳明亮 尚 乾 郭云峰

（中國人民解放軍63895部隊(duì) 孟州 454750）

1 引言

激光器自問世以來，在科研、軍事和民用等眾多領(lǐng)域［1～5］，都獲得了飛速的發(fā)展，激光技術(shù)也逐漸成為影響科研效率、戰(zhàn)爭局勢(shì)和國民經(jīng)濟(jì)的重要因素之一。因此，激光技術(shù)歷來都是各國競相研發(fā)的熱點(diǎn)［6～9］。

作為激光技術(shù)的應(yīng)用終端，激光器的可靠性、便捷性和適用性一直都是關(guān)注重點(diǎn)［10～13］。通過對(duì)常規(guī)激光器的出廠配置分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的激光器除了核心組件外，通常配備有備用電池、GPS 和1：1的白光瞄準(zhǔn)具，在戶外天氣狀況良好的環(huán)境下應(yīng)用時(shí)，簡單高效。但如果在夜間或大氣能見度較低的環(huán)境下進(jìn)行激光器作業(yè)時(shí)，瞄準(zhǔn)具無法瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)方目標(biāo)，難以保證激光信號(hào)準(zhǔn)確地照射到目標(biāo)上，就會(huì)導(dǎo)致無法獲得測(cè)距信息和激光照射任務(wù)失敗。

針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)了一種便攜式激光器輔瞄裝置。輔瞄裝置由殼體、紅外熱像儀、轉(zhuǎn)接件和微型顯示器等組成，體積小、重量輕，具備一定的通用性。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，這種激光器輔瞄裝置可以滿足激光器在夜間或能見度較低的環(huán)境下作業(yè)的應(yīng)用需求，有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值，可作為激光器的常規(guī)配件進(jìn)行推廣。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

便攜式激光器輔瞄裝置由殼體1、紅外機(jī)構(gòu)2和轉(zhuǎn)接件3 等組成。紅外機(jī)構(gòu)包括紅外熱像儀和控制電路板，紅外機(jī)構(gòu)位于殼體中，殼體開有紅外鏡頭窗口以及外置顯示器接口，能夠?qū)崿F(xiàn)瞄準(zhǔn)過程可視化。輔瞄裝置可以平穩(wěn)安裝在激光器上，通過調(diào)節(jié)緊固螺釘與激光器自帶的白光瞄準(zhǔn)具（出廠前已標(biāo)校過）的瞄準(zhǔn)軸相互平行。輔瞄裝置的外觀如圖1所示，分解示意圖如圖2、3所示。

圖1 系統(tǒng)外觀圖

圖2 系統(tǒng)正面分解示意圖

圖3 系統(tǒng)俯視分解圖

紅外機(jī)構(gòu)由紅外鏡頭21 和控制電路板22 組成，整體位于殼體中。11 和12 分別為鏡頭窗口和外置顯示器的接口。紅外機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)如圖4 所示，包括主動(dòng)齒輪23、從動(dòng)齒輪24以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)25，主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪相互嚙合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)齒輪用于對(duì)紅外機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)變焦，使得顯示裝置上的圖像更加清晰。轉(zhuǎn)接件如圖4 所示，包括底板31、夾持部32 和調(diào)節(jié)螺栓33，用于系統(tǒng)和激光器的固定，還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與白光瞄準(zhǔn)具的光軸調(diào)節(jié)。殼體上的把手4 呈扁片狀，通過連接柱41 與殼體固定，用于人手握持，方便系統(tǒng)攜帶。殼體包括可相互拼接的第一殼體C1 和第二殼體C2，C1 的邊沿具有向內(nèi)凹陷的拼接槽C11，C2 的邊沿具有向外凸起的拼接部C21，C21嵌入C11，可快速完成殼體的拼接和拆除，方便對(duì)殼體內(nèi)部的零部件進(jìn)行維修和更換。殼體的表面設(shè)置有多個(gè)內(nèi)凹槽13，周向環(huán)繞殼體，既能減輕系統(tǒng)重量，又能增大殼體自身摩擦力，降低表面光滑帶來的滑落風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 系統(tǒng)轉(zhuǎn)接件和紅外熱像儀示意圖

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

系統(tǒng)產(chǎn)品化后，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由于雨雪、霧霾或沙塵等惡劣天氣狀況下，激光信號(hào)的吸收、散射很嚴(yán)重，不具備作業(yè)條件，系統(tǒng)在這幾種場景下的應(yīng)用不作討論。正常的氣象條件下，大氣能見度一般可以滿足激光器的作用距離要求，使用激光器自帶的白光瞄準(zhǔn)具可以完成對(duì)目標(biāo)的精確定位。所以，系統(tǒng)的定位主要是夜間或能見度較低的應(yīng)用場景。

夜間或能見度較低的場景，通常包含兩類，分別是作業(yè)目標(biāo)自身或周圍有光亮和作業(yè)目標(biāo)自身及周圍無光亮。圖5 所示場景為第一類（為了參照對(duì)比，實(shí)驗(yàn)中采用1980×1020 像元數(shù)的常規(guī)相機(jī)對(duì)待測(cè)場景采圖，白色圈定的兩個(gè)目標(biāo)距離觀測(cè)點(diǎn)分別為3006m 和3424m）。激光器作業(yè)目標(biāo)為住宅樓，在夜間、傍晚或凌晨時(shí)，樓內(nèi)有光照，這種情形下，如果激光器作業(yè)目標(biāo)較大（大樓墻體），依然可以借助激光器自帶的白光瞄準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)定位。但如果作業(yè)目標(biāo)較?。琼敓崴飨潴w等），白光瞄準(zhǔn)具的分辨率較低，就無法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)定位。圖6 為使用輔瞄系統(tǒng)時(shí)，呈現(xiàn)在顯示屏上的作業(yè)目標(biāo)圖像。相對(duì)而言，細(xì)節(jié)更加完整、清晰，通過調(diào)焦，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器作用距離范圍內(nèi)的任何目標(biāo)定位。

圖5 第一類目標(biāo)/白光瞄準(zhǔn)具

圖6 第一類目標(biāo)/輔瞄系統(tǒng)

當(dāng)目標(biāo)自身或附近沒有光亮?xí)r，白光瞄準(zhǔn)具的視場內(nèi)一片漆黑，如圖7 所示，在這種場景下，激光器完全不具備作業(yè)條件。而輔瞄系統(tǒng)不受影響，可以利用紅外熱像儀的自身優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)此類目標(biāo)的搜索識(shí)別定位，輔助激光器正常作業(yè)，圖8 所示為與圖7 相同場景的目標(biāo)圖像。實(shí)驗(yàn)時(shí)，還使用了長波熱像儀對(duì)第二類目標(biāo)進(jìn)行了搜索識(shí)別，如圖9 所示。中波熱像儀和長波熱像儀各具特色，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景進(jìn)行選擇。本文所述是以中波熱像儀為主體，與基于長波熱像儀的輔瞄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路基本一致，不再贅述。

圖7 第二類目標(biāo)/白光瞄準(zhǔn)具

圖8 第二類目標(biāo)/輔瞄系統(tǒng)（中波熱像儀）

圖9 第二類目標(biāo)/輔瞄系統(tǒng)（長波熱像儀/小視場）

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用便攜式激光器輔瞄裝置，可以在夜間或大氣能見度較低的環(huán)境下，使激光器準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)目標(biāo)，高效進(jìn)行測(cè)距/照射作業(yè)。激光器輔瞄裝置能固定在帶白光瞄準(zhǔn)具的任何激光器上，具有較強(qiáng)的通用性和工程應(yīng)用價(jià)值，可以作為激光器的固定配件進(jìn)行推廣。