二维线扫描光电测量光学系统的改进设计

摘要

针对空中目标位姿测量的需求，在实验室已有工作基础上进行优化，设计了一种基于二维线扫描的光电测量光学系统，包括激光发射模组和接收模组。激光发射模组建立了一个二维线激光扫描光场，空中目标通过携带接收模组获取扫描信号即可解算自身相对发射模组的位姿信息。根据设计指标进行分析并加以优化，最终确定了两代发射模组和接收模组的设计方案，具体工作如下： 1.根据课题设计要求提出解决方案，完成激光发射模组设计与仿真。激光发射模组由两路结构相同、正交放置的单轴扫描子系统构成。仿真结果显示，发射模组构建了稳定的±20°/±30°的方形扫描光场，适用于空中目标位姿测量系统；准直发散角达到衍射极限0.02°，线激光的均匀性高于90%、能量利用率大于85%、TV畸变小于0.5%。 2.建立变焦投影模组配合激光发射模组进行位姿测量，完成相应设计与仿真。根据半导体激光器特性和系统整体尺寸限制，利用入射端为柱面镜的异径匀光管 对椭圆激光整形，在其出射端面形成均匀光斑；再经过变焦投影模块，获得发散角从±2°到±20°光斑均匀性良好的方形光场；在 LightTools 中对设计结果仿真，光斑大小及均匀性不随距离改变而改变，均匀性和能量利用率均高于90%。 3.分析探测器参数，根据接收模组需求设计了±20°和±30°的接收镜头，两款镜头均采用4片式结构，F数均为0.6，拥有良好的采光性能。 4.对光学系统进行了合理的布局，在充分考虑系统空间利用和结构紧凑性前提下建立了各个模组的机械模型；完成光学元件和机械元件的整体装配调试，满足了系统光学性能的要求，整体结构简单、远近场均适用。

目录

第一个书签之前