動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成技術(shù)的研究

王春輝++張立中

摘 要：針對(duì)光端機(jī)的粗跟蹤精度檢測(cè)方案，設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器，為激光通信用光端機(jī)提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)并進(jìn)行粗跟蹤精度測(cè)試。詳細(xì)介紹了檢測(cè)原理，設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的結(jié)構(gòu)，利用有限元分析軟件對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行分析，對(duì)精度進(jìn)行了計(jì)算。分析結(jié)果表明，該設(shè)備可靠性高，能夠提供要求的檢測(cè)精度，為光端機(jī)的研制提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)目標(biāo) 跟蹤精度 檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（b）-0004-02

空間激光通信中，為了實(shí)現(xiàn)低功耗，遠(yuǎn)距離，高速率的通信，通信光束通常以近衍射極限角發(fā)射，非常窄的通信束散角要求光端機(jī)的捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)性能高[1]。因此，要求有更高的檢測(cè)手段來(lái)檢測(cè)光端機(jī)的精度。本文利用激光通信光端機(jī)在接收光信號(hào)后也可發(fā)射光信號(hào)的特點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)靶標(biāo)上安裝了高幀頻數(shù)字相機(jī)，用光端機(jī)返回的信標(biāo)光在該相機(jī)中的脫靶量來(lái)評(píng)價(jià)它的精度，檢測(cè)結(jié)果更加接近光端機(jī)的實(shí)際跟蹤精度。

1 動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的結(jié)構(gòu)組成

該設(shè)備的系統(tǒng)組成如圖1所示，與傳統(tǒng)的光學(xué)靶標(biāo)相比[2]，檢測(cè)設(shè)備的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，增加了精密回轉(zhuǎn)軸系，采用了高精度角度傳感器圓光柵作為反饋元件，使速度更加平穩(wěn)；平行光管和檢測(cè)相機(jī)靜止不動(dòng)，確保了系統(tǒng)的可靠性，提高了動(dòng)態(tài)目標(biāo)特性的穩(wěn)定性。

整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)由底座組件、旋轉(zhuǎn)臂、平行光管、分光棱鏡、直流力矩電機(jī)、回轉(zhuǎn)軸系、兩塊平面反射鏡、可調(diào)光源、兩路可見(jiàn)光激光指示器和檢測(cè)相機(jī)等組成。

2 動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的檢測(cè)原理

本檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)原理是激光通信光端機(jī)既可以接收來(lái)自目標(biāo)生成器的平行光束，又可以通過(guò)自身的光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射通信光，而且經(jīng)過(guò)光學(xué)裝調(diào)可以保證兩次光路方向平行。動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的功能由動(dòng)目標(biāo)生成功能和跟蹤精度檢測(cè)功能組成。

動(dòng)目標(biāo)生成功能原理：進(jìn)行模擬目標(biāo)跟蹤時(shí)，首先根據(jù)需要調(diào)整設(shè)備與被測(cè)試光端機(jī)間的距離和反射鏡的角度，使平行光管光軸指示光和旋轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)軸指示光匯聚到一點(diǎn)，然后調(diào)整被測(cè)試設(shè)備的位置，使光端機(jī)的回轉(zhuǎn)中心與指示光的交匯點(diǎn)重合。啟動(dòng)力矩電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)光源后，平行光管發(fā)出的信標(biāo)光經(jīng)反射鏡反射后，在空間上形成一錐面的運(yùn)動(dòng)軌跡，且錐點(diǎn)位于被測(cè)試光端機(jī)回轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

檢測(cè)功能原理：被測(cè)檢光端機(jī)跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的同時(shí)，開(kāi)啟自身的發(fā)射系統(tǒng)并發(fā)出通信光，因?yàn)楣舛藱C(jī)的通信光發(fā)射光軸和粗跟蹤接收光軸平行，因此光端機(jī)發(fā)射的通信光的光路與檢測(cè)設(shè)備信標(biāo)光光路平行，經(jīng)反射鏡2和反射鏡1的反射后，通信光束被平行光管接收，接收到的光束經(jīng)分光棱鏡折射到CCD相機(jī)的探測(cè)面上形成光斑，經(jīng)過(guò)圖像處理單元，可以計(jì)算光斑的位置。當(dāng)被測(cè)光端機(jī)跟蹤誤差為零時(shí)，被測(cè)光端機(jī)發(fā)出的激光光軸和檢測(cè)設(shè)備發(fā)出的目標(biāo)光平行，即與CCD相機(jī)的接收光軸平行，相機(jī)探測(cè)到的光斑應(yīng)位于相機(jī)視場(chǎng)中心O處。當(dāng)被測(cè)端機(jī)跟蹤精度不為零時(shí)，被測(cè)光端機(jī)發(fā)出的激光光軸與和CCD接收光軸間產(chǎn)生一定角度，光斑在CCD上位置變?yōu)锳，通過(guò)檢測(cè)光斑偏離中心O的程度即可檢測(cè)光端機(jī)的跟蹤精度。

3 精度分析

根據(jù)系統(tǒng)的檢測(cè)原理，檢測(cè)設(shè)備本身的總體精度滿足一定的量級(jí)，才能確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文所設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)中，誤差主要由二部分組成，分別是：

（1）動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器旋轉(zhuǎn)臂受重力作用產(chǎn)生的變形。

（2）反射鏡及鏡座的變形。

以上的因素中，兩部分的誤差值是互不影響的，所以可以單獨(dú)分析。

3.1 旋轉(zhuǎn)臂的變形分析

在檢測(cè)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器沿固定方向勻速旋轉(zhuǎn)，所以認(rèn)為靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形情況相同[3]。利用分析軟件可得。

由圖4和圖5可以看出，變形量根據(jù)旋轉(zhuǎn)臂位置的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化。在水平位置時(shí)它的最大變形數(shù)值為0.01254 mm；當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂處于豎直方向時(shí)最大變形數(shù)值為0.009656 mm。

根據(jù)反射鏡的反射原理，從平行光管出射的光束經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)臂頂端鏡面反射后，出射角誤差會(huì)變大，誤差值為旋轉(zhuǎn)臂變形產(chǎn)生角度誤差值的2倍，設(shè)為旋轉(zhuǎn)臂在水平位置時(shí)變形產(chǎn)生的角度偏差，為旋轉(zhuǎn)臂在豎直位置時(shí)變形產(chǎn)生的角度偏差。根據(jù)反射鏡到旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心距離為800 mm，進(jìn)行計(jì)算誤差、的大?。?/p>

（1）

（2）

取旋轉(zhuǎn)臂在水平位置時(shí)的誤差，則旋轉(zhuǎn)臂變形所引起的最大角度誤差數(shù)值為：

（3）

3.2 反射鏡座變形分析

鏡座與支座回轉(zhuǎn)軸、反射鏡與鏡座之間用螺釘連接，導(dǎo)致鏡座受到力的作用產(chǎn)生變形。

利用分析軟件得到反射鏡座的變形圖。

從圖6所示的變形圖可得，最大變形量發(fā)生在鏡座的下端，由分析結(jié)果看出，最大變形量為0.0004994 mm，鏡座框架的長(zhǎng)度為265 mm，支撐點(diǎn)在反射鏡長(zhǎng)軸的中點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算得到反射鏡座變形引起的最大角度誤差為：

（4）

3.3 系統(tǒng)總體精度分析

檢測(cè)系統(tǒng)的單項(xiàng)誤差計(jì)算數(shù)值分別是：

（1）旋轉(zhuǎn)臂的變形產(chǎn)生的誤差為。

（2）反射鏡鏡座受力變形產(chǎn)生的誤差為。

以上各誤差之間是互不影響的，利用均方根法計(jì)算得：

（5）

檢測(cè)系統(tǒng)自身的精度為6.55″，化成弧度制為31.5，本文中被檢光端機(jī)的粗跟蹤精度為120，檢測(cè)系統(tǒng)的精度滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了光端機(jī)的粗跟蹤精度檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并且介紹了檢測(cè)原理，主要分析旋轉(zhuǎn)臂變形、反射鏡變形對(duì)檢測(cè)設(shè)備本身精度的影響，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出系統(tǒng)的總體精度數(shù)值，結(jié)果表明誤差滿足系統(tǒng)的檢測(cè)精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜會(huì)林，佟首峰.空間激光通信技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

[2] 牟吉元，孟立新，張立中.激光通信光端機(jī)粗跟蹤性能檢測(cè)方法研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，35（2）：130-133.

[3] 關(guān)志軍.新型動(dòng)態(tài)靶標(biāo)的研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春光學(xué)與精密機(jī)械物理研究所，2005.endprint

摘 要：針對(duì)光端機(jī)的粗跟蹤精度檢測(cè)方案，設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器，為激光通信用光端機(jī)提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)并進(jìn)行粗跟蹤精度測(cè)試。詳細(xì)介紹了檢測(cè)原理，設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的結(jié)構(gòu)，利用有限元分析軟件對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行分析，對(duì)精度進(jìn)行了計(jì)算。分析結(jié)果表明，該設(shè)備可靠性高，能夠提供要求的檢測(cè)精度，為光端機(jī)的研制提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)目標(biāo) 跟蹤精度 檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（b）-0004-02

空間激光通信中，為了實(shí)現(xiàn)低功耗，遠(yuǎn)距離，高速率的通信，通信光束通常以近衍射極限角發(fā)射，非常窄的通信束散角要求光端機(jī)的捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)性能高[1]。因此，要求有更高的檢測(cè)手段來(lái)檢測(cè)光端機(jī)的精度。本文利用激光通信光端機(jī)在接收光信號(hào)后也可發(fā)射光信號(hào)的特點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)靶標(biāo)上安裝了高幀頻數(shù)字相機(jī)，用光端機(jī)返回的信標(biāo)光在該相機(jī)中的脫靶量來(lái)評(píng)價(jià)它的精度，檢測(cè)結(jié)果更加接近光端機(jī)的實(shí)際跟蹤精度。

1 動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的結(jié)構(gòu)組成

該設(shè)備的系統(tǒng)組成如圖1所示，與傳統(tǒng)的光學(xué)靶標(biāo)相比[2]，檢測(cè)設(shè)備的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，增加了精密回轉(zhuǎn)軸系，采用了高精度角度傳感器圓光柵作為反饋元件，使速度更加平穩(wěn)；平行光管和檢測(cè)相機(jī)靜止不動(dòng)，確保了系統(tǒng)的可靠性，提高了動(dòng)態(tài)目標(biāo)特性的穩(wěn)定性。

整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)由底座組件、旋轉(zhuǎn)臂、平行光管、分光棱鏡、直流力矩電機(jī)、回轉(zhuǎn)軸系、兩塊平面反射鏡、可調(diào)光源、兩路可見(jiàn)光激光指示器和檢測(cè)相機(jī)等組成。

2 動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的檢測(cè)原理

本檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)原理是激光通信光端機(jī)既可以接收來(lái)自目標(biāo)生成器的平行光束，又可以通過(guò)自身的光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射通信光，而且經(jīng)過(guò)光學(xué)裝調(diào)可以保證兩次光路方向平行。動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的功能由動(dòng)目標(biāo)生成功能和跟蹤精度檢測(cè)功能組成。

動(dòng)目標(biāo)生成功能原理：進(jìn)行模擬目標(biāo)跟蹤時(shí)，首先根據(jù)需要調(diào)整設(shè)備與被測(cè)試光端機(jī)間的距離和反射鏡的角度，使平行光管光軸指示光和旋轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)軸指示光匯聚到一點(diǎn)，然后調(diào)整被測(cè)試設(shè)備的位置，使光端機(jī)的回轉(zhuǎn)中心與指示光的交匯點(diǎn)重合。啟動(dòng)力矩電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)光源后，平行光管發(fā)出的信標(biāo)光經(jīng)反射鏡反射后，在空間上形成一錐面的運(yùn)動(dòng)軌跡，且錐點(diǎn)位于被測(cè)試光端機(jī)回轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

檢測(cè)功能原理：被測(cè)檢光端機(jī)跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的同時(shí)，開(kāi)啟自身的發(fā)射系統(tǒng)并發(fā)出通信光，因?yàn)楣舛藱C(jī)的通信光發(fā)射光軸和粗跟蹤接收光軸平行，因此光端機(jī)發(fā)射的通信光的光路與檢測(cè)設(shè)備信標(biāo)光光路平行，經(jīng)反射鏡2和反射鏡1的反射后，通信光束被平行光管接收，接收到的光束經(jīng)分光棱鏡折射到CCD相機(jī)的探測(cè)面上形成光斑，經(jīng)過(guò)圖像處理單元，可以計(jì)算光斑的位置。當(dāng)被測(cè)光端機(jī)跟蹤誤差為零時(shí)，被測(cè)光端機(jī)發(fā)出的激光光軸和檢測(cè)設(shè)備發(fā)出的目標(biāo)光平行，即與CCD相機(jī)的接收光軸平行，相機(jī)探測(cè)到的光斑應(yīng)位于相機(jī)視場(chǎng)中心O處。當(dāng)被測(cè)端機(jī)跟蹤精度不為零時(shí)，被測(cè)光端機(jī)發(fā)出的激光光軸與和CCD接收光軸間產(chǎn)生一定角度，光斑在CCD上位置變?yōu)锳，通過(guò)檢測(cè)光斑偏離中心O的程度即可檢測(cè)光端機(jī)的跟蹤精度。

3 精度分析

根據(jù)系統(tǒng)的檢測(cè)原理，檢測(cè)設(shè)備本身的總體精度滿足一定的量級(jí)，才能確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文所設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)中，誤差主要由二部分組成，分別是：

（1）動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器旋轉(zhuǎn)臂受重力作用產(chǎn)生的變形。

（2）反射鏡及鏡座的變形。

以上的因素中，兩部分的誤差值是互不影響的，所以可以單獨(dú)分析。

3.1 旋轉(zhuǎn)臂的變形分析

在檢測(cè)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器沿固定方向勻速旋轉(zhuǎn)，所以認(rèn)為靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形情況相同[3]。利用分析軟件可得。

由圖4和圖5可以看出，變形量根據(jù)旋轉(zhuǎn)臂位置的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化。在水平位置時(shí)它的最大變形數(shù)值為0.01254 mm；當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂處于豎直方向時(shí)最大變形數(shù)值為0.009656 mm。

根據(jù)反射鏡的反射原理，從平行光管出射的光束經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)臂頂端鏡面反射后，出射角誤差會(huì)變大，誤差值為旋轉(zhuǎn)臂變形產(chǎn)生角度誤差值的2倍，設(shè)為旋轉(zhuǎn)臂在水平位置時(shí)變形產(chǎn)生的角度偏差，為旋轉(zhuǎn)臂在豎直位置時(shí)變形產(chǎn)生的角度偏差。根據(jù)反射鏡到旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心距離為800 mm，進(jìn)行計(jì)算誤差、的大?。?/p>

（1）

（2）

取旋轉(zhuǎn)臂在水平位置時(shí)的誤差，則旋轉(zhuǎn)臂變形所引起的最大角度誤差數(shù)值為：

（3）

3.2 反射鏡座變形分析

鏡座與支座回轉(zhuǎn)軸、反射鏡與鏡座之間用螺釘連接，導(dǎo)致鏡座受到力的作用產(chǎn)生變形。

利用分析軟件得到反射鏡座的變形圖。

從圖6所示的變形圖可得，最大變形量發(fā)生在鏡座的下端，由分析結(jié)果看出，最大變形量為0.0004994 mm，鏡座框架的長(zhǎng)度為265 mm，支撐點(diǎn)在反射鏡長(zhǎng)軸的中點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算得到反射鏡座變形引起的最大角度誤差為：

（4）

3.3 系統(tǒng)總體精度分析

檢測(cè)系統(tǒng)的單項(xiàng)誤差計(jì)算數(shù)值分別是：

（1）旋轉(zhuǎn)臂的變形產(chǎn)生的誤差為。

（2）反射鏡鏡座受力變形產(chǎn)生的誤差為。

以上各誤差之間是互不影響的，利用均方根法計(jì)算得：

（5）

檢測(cè)系統(tǒng)自身的精度為6.55″，化成弧度制為31.5，本文中被檢光端機(jī)的粗跟蹤精度為120，檢測(cè)系統(tǒng)的精度滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了光端機(jī)的粗跟蹤精度檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并且介紹了檢測(cè)原理，主要分析旋轉(zhuǎn)臂變形、反射鏡變形對(duì)檢測(cè)設(shè)備本身精度的影響，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出系統(tǒng)的總體精度數(shù)值，結(jié)果表明誤差滿足系統(tǒng)的檢測(cè)精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜會(huì)林，佟首峰.空間激光通信技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

[2] 牟吉元，孟立新，張立中.激光通信光端機(jī)粗跟蹤性能檢測(cè)方法研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，35（2）：130-133.

[3] 關(guān)志軍.新型動(dòng)態(tài)靶標(biāo)的研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春光學(xué)與精密機(jī)械物理研究所，2005.endprint

摘 要：針對(duì)光端機(jī)的粗跟蹤精度檢測(cè)方案，設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器，為激光通信用光端機(jī)提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)并進(jìn)行粗跟蹤精度測(cè)試。詳細(xì)介紹了檢測(cè)原理，設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的結(jié)構(gòu)，利用有限元分析軟件對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行分析，對(duì)精度進(jìn)行了計(jì)算。分析結(jié)果表明，該設(shè)備可靠性高，能夠提供要求的檢測(cè)精度，為光端機(jī)的研制提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)目標(biāo) 跟蹤精度 檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（b）-0004-02

空間激光通信中，為了實(shí)現(xiàn)低功耗，遠(yuǎn)距離，高速率的通信，通信光束通常以近衍射極限角發(fā)射，非常窄的通信束散角要求光端機(jī)的捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)性能高[1]。因此，要求有更高的檢測(cè)手段來(lái)檢測(cè)光端機(jī)的精度。本文利用激光通信光端機(jī)在接收光信號(hào)后也可發(fā)射光信號(hào)的特點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)靶標(biāo)上安裝了高幀頻數(shù)字相機(jī)，用光端機(jī)返回的信標(biāo)光在該相機(jī)中的脫靶量來(lái)評(píng)價(jià)它的精度，檢測(cè)結(jié)果更加接近光端機(jī)的實(shí)際跟蹤精度。

1 動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的結(jié)構(gòu)組成

該設(shè)備的系統(tǒng)組成如圖1所示，與傳統(tǒng)的光學(xué)靶標(biāo)相比[2]，檢測(cè)設(shè)備的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，增加了精密回轉(zhuǎn)軸系，采用了高精度角度傳感器圓光柵作為反饋元件，使速度更加平穩(wěn)；平行光管和檢測(cè)相機(jī)靜止不動(dòng)，確保了系統(tǒng)的可靠性，提高了動(dòng)態(tài)目標(biāo)特性的穩(wěn)定性。

整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)由底座組件、旋轉(zhuǎn)臂、平行光管、分光棱鏡、直流力矩電機(jī)、回轉(zhuǎn)軸系、兩塊平面反射鏡、可調(diào)光源、兩路可見(jiàn)光激光指示器和檢測(cè)相機(jī)等組成。

2 動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的檢測(cè)原理

本檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)原理是激光通信光端機(jī)既可以接收來(lái)自目標(biāo)生成器的平行光束，又可以通過(guò)自身的光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射通信光，而且經(jīng)過(guò)光學(xué)裝調(diào)可以保證兩次光路方向平行。動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器的功能由動(dòng)目標(biāo)生成功能和跟蹤精度檢測(cè)功能組成。

動(dòng)目標(biāo)生成功能原理：進(jìn)行模擬目標(biāo)跟蹤時(shí)，首先根據(jù)需要調(diào)整設(shè)備與被測(cè)試光端機(jī)間的距離和反射鏡的角度，使平行光管光軸指示光和旋轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)軸指示光匯聚到一點(diǎn)，然后調(diào)整被測(cè)試設(shè)備的位置，使光端機(jī)的回轉(zhuǎn)中心與指示光的交匯點(diǎn)重合。啟動(dòng)力矩電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)光源后，平行光管發(fā)出的信標(biāo)光經(jīng)反射鏡反射后，在空間上形成一錐面的運(yùn)動(dòng)軌跡，且錐點(diǎn)位于被測(cè)試光端機(jī)回轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

檢測(cè)功能原理：被測(cè)檢光端機(jī)跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的同時(shí)，開(kāi)啟自身的發(fā)射系統(tǒng)并發(fā)出通信光，因?yàn)楣舛藱C(jī)的通信光發(fā)射光軸和粗跟蹤接收光軸平行，因此光端機(jī)發(fā)射的通信光的光路與檢測(cè)設(shè)備信標(biāo)光光路平行，經(jīng)反射鏡2和反射鏡1的反射后，通信光束被平行光管接收，接收到的光束經(jīng)分光棱鏡折射到CCD相機(jī)的探測(cè)面上形成光斑，經(jīng)過(guò)圖像處理單元，可以計(jì)算光斑的位置。當(dāng)被測(cè)光端機(jī)跟蹤誤差為零時(shí)，被測(cè)光端機(jī)發(fā)出的激光光軸和檢測(cè)設(shè)備發(fā)出的目標(biāo)光平行，即與CCD相機(jī)的接收光軸平行，相機(jī)探測(cè)到的光斑應(yīng)位于相機(jī)視場(chǎng)中心O處。當(dāng)被測(cè)端機(jī)跟蹤精度不為零時(shí)，被測(cè)光端機(jī)發(fā)出的激光光軸與和CCD接收光軸間產(chǎn)生一定角度，光斑在CCD上位置變?yōu)锳，通過(guò)檢測(cè)光斑偏離中心O的程度即可檢測(cè)光端機(jī)的跟蹤精度。

3 精度分析

根據(jù)系統(tǒng)的檢測(cè)原理，檢測(cè)設(shè)備本身的總體精度滿足一定的量級(jí)，才能確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文所設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)中，誤差主要由二部分組成，分別是：

（1）動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器旋轉(zhuǎn)臂受重力作用產(chǎn)生的變形。

（2）反射鏡及鏡座的變形。

以上的因素中，兩部分的誤差值是互不影響的，所以可以單獨(dú)分析。

3.1 旋轉(zhuǎn)臂的變形分析

在檢測(cè)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)目標(biāo)生成器沿固定方向勻速旋轉(zhuǎn)，所以認(rèn)為靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形情況相同[3]。利用分析軟件可得。

由圖4和圖5可以看出，變形量根據(jù)旋轉(zhuǎn)臂位置的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化。在水平位置時(shí)它的最大變形數(shù)值為0.01254 mm；當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂處于豎直方向時(shí)最大變形數(shù)值為0.009656 mm。

根據(jù)反射鏡的反射原理，從平行光管出射的光束經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)臂頂端鏡面反射后，出射角誤差會(huì)變大，誤差值為旋轉(zhuǎn)臂變形產(chǎn)生角度誤差值的2倍，設(shè)為旋轉(zhuǎn)臂在水平位置時(shí)變形產(chǎn)生的角度偏差，為旋轉(zhuǎn)臂在豎直位置時(shí)變形產(chǎn)生的角度偏差。根據(jù)反射鏡到旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心距離為800 mm，進(jìn)行計(jì)算誤差、的大小：

（1）

（2）

取旋轉(zhuǎn)臂在水平位置時(shí)的誤差，則旋轉(zhuǎn)臂變形所引起的最大角度誤差數(shù)值為：

（3）

3.2 反射鏡座變形分析

鏡座與支座回轉(zhuǎn)軸、反射鏡與鏡座之間用螺釘連接，導(dǎo)致鏡座受到力的作用產(chǎn)生變形。

利用分析軟件得到反射鏡座的變形圖。

從圖6所示的變形圖可得，最大變形量發(fā)生在鏡座的下端，由分析結(jié)果看出，最大變形量為0.0004994 mm，鏡座框架的長(zhǎng)度為265 mm，支撐點(diǎn)在反射鏡長(zhǎng)軸的中點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算得到反射鏡座變形引起的最大角度誤差為：

（4）

3.3 系統(tǒng)總體精度分析

檢測(cè)系統(tǒng)的單項(xiàng)誤差計(jì)算數(shù)值分別是：

（1）旋轉(zhuǎn)臂的變形產(chǎn)生的誤差為。

（2）反射鏡鏡座受力變形產(chǎn)生的誤差為。

以上各誤差之間是互不影響的，利用均方根法計(jì)算得：

（5）

檢測(cè)系統(tǒng)自身的精度為6.55″，化成弧度制為31.5，本文中被檢光端機(jī)的粗跟蹤精度為120，檢測(cè)系統(tǒng)的精度滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了光端機(jī)的粗跟蹤精度檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并且介紹了檢測(cè)原理，主要分析旋轉(zhuǎn)臂變形、反射鏡變形對(duì)檢測(cè)設(shè)備本身精度的影響，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出系統(tǒng)的總體精度數(shù)值，結(jié)果表明誤差滿足系統(tǒng)的檢測(cè)精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜會(huì)林，佟首峰.空間激光通信技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

[2] 牟吉元，孟立新，張立中.激光通信光端機(jī)粗跟蹤性能檢測(cè)方法研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，35（2）：130-133.

[3] 關(guān)志軍.新型動(dòng)態(tài)靶標(biāo)的研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春光學(xué)與精密機(jī)械物理研究所，2005.endprint