基于光学杠杆的姿态角测试系统研究

摘要

采用光学杠杆的方法对遮蔽管内的高速运动物体进行姿态角测试。这种方法已经被用于火箭发射过程运动姿态测量、弹丸膛内姿态角测试、弹丸飞行姿态测试、弹丸卡膛姿态测试等军事项目中，是目前最有效的测试方法。 将共光路偏振光学系统成功用于到光学杠杆测试系统中。系统中采用半波片、1/4波片和偏转分光棱镜PBS等偏振光学元件，充分利用了激光器的能量，既实现了激光发射系统和激光接收系统的分离，又阻止了激光反馈回激光器。系统采用大口径准直物镜，扩展了系统的测角范围。改进了位置敏感传感器(PSD)信号处理电路，提高了信号处理电路的响应频率，降低了信号处理电路的基带噪声，提高了系统的测角精度。基于高速数据采集卡PCI-9812，编写了数据采集和数据处理软件。对系统进行了整体标定，并进行了一系列实验和测试，得到了较好的测试效果。用霍普金森杆等管内遮蔽目标进行了验证实验，验证了光学杠杆系统的准确性。对系统进行了室内和室外的管内目标实验，给出了实验结果。 大量的测试实验证明，该系统工作可靠，测试结果合理。

目录

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声明

1绪论

1.1课题研究背景和应用前景

1.2几种光学杠杆式姿态角测试系统

1.2.1采用CCD检测姿态角的测试系统

1.2.2一种测量弹丸膛内攻角变化的激光高速摄影系统

1.2.3火箭起始扰动测试系统

1.2.4弹丸膛内姿态测试系统

1.3本论文的主要研究工作

2基于光学杠杆的姿态角测试原理

2.1基于光学杠杆的姿态角测试原理

2.2光学系统设计与研究

2.2.1光学系统设计中需要考虑的问题

2.2.2偏振光学系统设计

2.2.3激光发射系统

2.2.4激光接收系统

2.2.5反射镜膜系的设计与镀制

2.3 PSD探测系统的研究

2.3.1 PSD工作原理

2.3.2 PSD的选择

2.3.3 PSD信号处理电路的研究

2.4软件处理系统研究

2.4.1 PCI-9812采集卡研究

2.4.2软件中重要模块编程

2.4.3软件功能介绍

2.4本章小结

3系统标定及精度分析

3.1光强标定实验

3.1.1实验原理与方法

3.1.2数据处理

3.1.3数据处理实验总结

3.2系统标定原理

3.3系统标定过程

3.4系统检测过程

3.4.1经纬仪第一次测量

3.4.2经纬仪第二次测量

3.4.3度盘第一次测量

3.4.4度盘第二次测量

3.5系统精度分析

3.6本章小结

4测量装置与实验

4.1实际测量装置

4.1.1实际测量装置图及介绍

4.1.2实际测量装置与拟采用方案的比较

4.2斩光器频率测试实验

4.2.1实验方法

4.2.2数据处理

4.2.3实验结果与分析

4.3霍普金森杆实验

4.3.1实验方法

4.3.2数据处理

4.3.3实验结果与分析

4.4室内实验

4.4.1实验方法

4.4.2数据处理

4.4.3实验结果与分析

4.5室外实验

4.5.1实验方法

4.5.2数据处理

4.5.3实验结果与分析

4.6本章小结

5全文总结

5.1本文所做的工作

5.2需要改进的地方

致谢

参考文献