激光器远场光轴稳定性检测系统研究

摘要

军用激光器一般应用于野外战场环境，由于激光器自身的因素及战场环境的干扰，在经过远距离传输后，其光轴会发生抖动，会影响激光的照射精度。本文就是针对一款军用激光器设计了一套基于摄像测量学理论的激光器远场光轴稳定性检测系统。
　　首先，本文指出了引起激光器光轴抖动的具体原因，论述了基于CCD相机的摄像测量学方法相对于传统测量方法的优势，还给出了评价激光器光轴稳定性的具体参数。
　　其次，本文详细的介绍了整个检测系统的基本原理及各个分系统的设计思路。在硬件系统方面，本文解决了同步采集激光光斑图像的问题，使得采集系统能够实时、完整的采集到连续光斑图像;同时，通过建立数学模型，模拟了激光在传输过程中的能量损耗过程，并据此确定了光学系统的焦距与口径等参数。在算法方面，本文对光斑图像的处理算法及光斑中心定位算法做了具体介绍，对比了几种光斑中心定位算法的优劣，并选定以最小二乘法圆拟合算法作为最终的中心定位算法。在软件系统方面，本文设计了CCD相机的图像采集控制软件及光斑图像分析处理软件。另外，本文还分析了整个系统的系统误差来源以及系统误差的测量方法。
　　最后，在实验室内部，我们建立了两套仿真系统来对整套系统的原理和检测过程都进行了仿真，两套仿真系统分别为原理性演示系统与外场仿真系统。演示系统主要是对检测系统的设计原理进行仿真与验证，外场仿真系统则是在模拟了激光的大气传输的条件下，对受到扰动的激光光轴进行稳定性检测。这两套系统都是实物仿真系统，都是通过采集到的光斑图像对仿真系统中所用的激光器进行了光轴稳定性的分析，并对检测结果进行了系统误差的修正。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容

2 激光光轴抖动原因及摄像测量学理论

2．1 激光远场光轴抖动的原因

2．1．1 激光器自身引起的光轴抖动

2．1．2 大气干扰引起的光轴抖动

2．2 基于CCD相机的摄像测量学理论

2．2．1 CCD基本原理

2．2．2 CCD基本特性

2．2．3 基于CCD相机的摄像测量学的优势

2．3 激光器远场光轴稳定性的评价参数

3 激光器远场光轴稳定性检测系统总体设计

3．1 引言

3．2 测试对象及测试环境参数

3．2．1 激光器参数

3．2．2 测量环境参数

3．3 激光器远场光轴稳定性检测系统基本原理

3．3．1 系统组成

3．3．2 系统原理简介

3．4 硬件系统设计

3．4．1 同步控制采集系统

3．4．2 光学系统

3．4．3 显控系统

3．4．4 转台系统

3．4．5 其他配件

3．5 软件系统设计

3．5．1 软件系统总体结构

3．5．2 软件系统的实现

3．6 激光器远场光轴稳定性检测系统误差分析

3．6．1 误差来源

3．6．2 系统误差测量

4 光斑图像处理算法

4．1 图像预处理

4．1．1 图像二值化

4．1．2 图像平滑

4．1．3 数学形态学应用

4．1．4 边缘提取

4．2 光斑中心定位算法

4．2．1 灰度重心法

4．2．2 Hough变换法

4．2．3 最小二乘法圆拟合算法

4．3 几种中心定位算法的比较

5 实验与分析

5．1 引言

5．2 演示系统

5．2．1 演示系统组成

5．2．2 检测流程

5．2．3 数据处理

5．2．4 小结

5．3 外场仿真系统

5．3．1 外场仿真系统组成

5．3．2 数据处理

5．3．3 小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献