一種外場環(huán)境中艦載光電跟蹤儀光軸一致性檢測方法

陽平

（中國人民解放軍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)重要的探測設(shè)備，其主要任務(wù)是利用光電傳感器探測和跟蹤待打擊目標(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器、紅外熱像儀和激光測距機(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)對目標(biāo)的捕獲、瞄準(zhǔn)和打擊[2]。常用的光軸一致性檢測方法分為實(shí)驗(yàn)室檢測方法和室外檢測方法，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)室檢測方法比較成熟，而室外檢測方法受環(huán)境影響較大，使用受限[3]。在外場試驗(yàn)中，光軸一致性檢測是光電跟蹤儀的一項(xiàng)重要的靜態(tài)檢測項(xiàng)目。受環(huán)境條件和現(xiàn)場儀器設(shè)備的限制，在保證檢測精度的前提下，外場檢測方法越簡單越好、所用檢測越少越好。本文對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)，并提出一種外場環(huán)境中的艦載光電跟蹤儀光軸一致性檢測方法，該方法所需設(shè)備少、操作簡便，特別適合靶場使用。

1 光軸一致性的重要性

光電跟蹤儀的光軸一致性對于發(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器對目標(biāo)角跟蹤好之后，在激光測距機(jī)的測距威力范圍內(nèi)，激光測距機(jī)就能夠?qū)δ繕?biāo)正常測距。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法識別，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)，檢測電視和紅外探測器與激光光軸的偏差程度。光軸一致性對角跟蹤精度也會(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，對光電跟蹤儀的光軸一致性也會(huì)帶來影響。在設(shè)備日常使用中，應(yīng)經(jīng)常性地觀測光軸的平行度。檢查方法：對一個(gè)遠(yuǎn)距離目標(biāo)，在光電操控臺上人工控制光電指向器轉(zhuǎn)動(dòng)，用紅外探測器對目標(biāo)進(jìn)行捕獲和跟蹤。紅外跟蹤好后轉(zhuǎn)電視探測器觀測，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）的靶板來接收從被測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，測試精度受到一定限制[6]。

3 外場環(huán)境中艦載光電跟蹤儀光軸一致性檢測方法

3.1 檢測原理

檢測原理如圖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，即為電視探測器和激光測距機(jī)光軸的偏差。同理，可以測得紅外探測器與激光測距機(jī)的光軸偏差。

3.2 檢測精度分析

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

圖3 電視探測器與激光測距機(jī)光軸一致性檢測原理

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）將電視探測器、紅外熱像儀和激光測距機(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距機(jī)的光軸偏差。

3.4 使用條件

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

4 檢測結(jié)果

在某型光電跟蹤儀試驗(yàn)中，采用此方法對光電跟蹤儀的電視、紅外和激光的三光軸一致性進(jìn)行了檢測，現(xiàn)場布置如圖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。檢測結(jié)果也表明，該方法能夠滿足檢測精度要求。

圖4 現(xiàn)場布置圖

5 結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)：

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