捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统及校准方法

摘要

捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统及校准方法，属于光电对抗领域。本发明包括沿校准光轴设置的校准动态反射镜、衰减镜组、校准静态分光镜、校准CCD；发射接收主光学镜组、主激光静态分光镜、成像镜组、主系统CCD沿捕获跟踪视轴设置；主激光静态分光镜、主激光动态反射镜、主激光器沿激光发射轴设置；校准激光器，校准激光器发射的校准激光依次经校准静态分光镜反射、衰减镜组衰减激光功率、校准动态反射镜反射、主激光静态分光镜透射、成像镜组透射后发射到主系统CCD上；主激光器发射的主激光依次经主激光动态反射镜反射、主激光静态分光镜反射、校准动态反射镜反射、衰减镜组衰减激光功率、校准静态分光镜透射后发射到校准CCD上。

说明书

技术领域

本发明属于光电对抗技术领域，具体涉及一种捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统及校准方法。

背景技术

近年来，光电对抗系统得到了全面的发展。各种类型的光电对抗系统都具备捕获跟踪和激光发射能力，其中一部分采用捕获跟踪和激光发射各自独立的光学系统，另外一部分采用捕获跟踪和激光发射共用同一套光学系统。两种形式的设计方案，都要保证多传感器、多系统协同工作时均指示同一个点。

第一种方案，捕获跟踪和激光发射使用各自独立的光学系统，此方案捕获跟踪视轴和激光发射轴不在同一条直线上。在系统装调期间，要通过距离折算，经过复杂的运算，调整捕获跟踪视轴和激光发射轴进而保证光电对抗系统工作时，指示同一个点。此方案，装调复杂，运算复杂，一次性装调后期不可调整，存在系统误差。

第二种方案，捕获跟踪和激光发射共用一套光学系统，此方案捕获跟踪视轴和激光发射轴在同一条直线上。在系统装调期间，要通过严格的光学装调，调整捕获跟踪视轴和激光发射轴进而保证光电对抗系统工作时，指示同一个点。此方案，装调复杂，一次性装调后期不可调整，存在系统误差。

以上两种方案，都是一次性装调后期不可调整，随着设备使用时间、温度变化、使用环境变化等，系统误差累积不可消除。

据了解，目前国内还没有相关的捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统的发明和研究。

发明内容

为了克服上述已有光电对抗系统中捕获跟踪视轴和激光发射轴校准方案存在的缺点，本发明提供一种针对光电对抗系统的捕获跟踪视轴和激光发射轴平行度的自动校准系统及校准方法。通过对捕获跟踪视轴和激光发射轴实时动态校准，消除系统误差对光电对抗系统性能的影响，进而保证捕获跟踪视轴和激光发射轴严格校准到同一条直线上，提高光电对抗系统精度。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统，用于光电对抗系统的捕获跟踪视轴和激光发射轴平行度的自动校准，所述光电对抗系统包括发射接收主光学镜组、主系统CCD、成像镜组、主激光器；该自动校准系统包括：

沿校准光轴传播方向依次设置的校准动态反射镜、衰减镜组、校准静态分光镜、校准CCD；

与校准动态反射镜电连接的校准动态反射镜控制器，通过校准动态反射镜控制器控制校准动态反射镜旋转；

主激光静态分光镜，所述发射接收主光学镜组、主激光静态分光镜、成像镜组、主系统CCD沿捕获跟踪视轴传播方向依次设置；

主激光动态反射镜，所述主激光静态分光镜、主激光动态反射镜、主激光器沿激光发射轴传播方向依次设置；

与主激光动态反射镜电连接的主激光动态反射镜控制器，通过主激光动态反射镜控制器控制主激光动态反射镜旋转；

校准激光器，所述校准激光器发射的校准激光依次经校准静态分光镜反射、衰减镜组衰减激光功率、校准动态反射镜反射、主激光静态分光镜透射、成像镜组透射后发射到主系统CCD上；

所述主激光器发射的主激光依次经主激光动态反射镜反射、主激光静态分光镜反射、校准动态反射镜反射、衰减镜组衰减激光功率、校准静态分光镜透射后发射到校准CCD上。

进一步的，所述发射接收主光学镜组与捕获跟踪视轴相互垂直；所述主激光静态分光镜与捕获跟踪视轴的夹角为45度；所述成像镜组与捕获跟踪视轴相互垂直；所述主系统CCD与捕获跟踪视轴相互平行。

进一步的，所述主激光静态分光镜与激光发射轴的夹角为45度；所述主激光动态反射镜与激光发射轴的夹角为45度；所述主激光器与激光发射轴相互垂直。

进一步的，所述校准动态反射镜与校准光轴的夹角为45度；所述衰减镜组与校准光轴相互垂直；所述校准静态分光镜与校准光轴的夹角为45度；所述校准激光器与校准光轴相互垂直；所述校准CCD与校准光轴相互平行。

进一步的，所述发射接收主光学镜组、主激光静态分光镜、主系统CCD、主激光动态反射镜、主激光器、主激光动态反射镜控制器、成像镜组均安装在光电对抗系统内部。

进一步的，所述发射接收主光学镜组表面镀有反射膜，对入射光和主激光反射。

进一步的，所述主激光静态分光镜表面镀有半反半透膜，对入射光透射，对主激光反射。

进一步的，所述校准静态分光镜表面镀有半反半透膜，对入射光透射，对主激光反射。

进一步的，所述成像镜组表面镀有增透膜，对入射光和校准激光透射。

进一步的，所述校准动态反射镜和主激光动态反射镜均采用动态两维快速反射镜。

进一步的，所述校准动态反射镜控制器和主激光动态反射镜控制器均采用DSP数字控制电路。

进一步的，所述衰减镜组表面镀有衰减膜，衰减激光功率。

本发明的一种捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准方法，包括以下步骤：

步骤一、构建捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统

所述捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统包括：视轴校准装置、主激光静态分光镜、主激光动态反射镜、主激光动态反射镜控制器；

所述视轴校准装置包括：校准动态反射镜、校准动态反射镜控制器、衰减镜组、校准静态分光镜、校准激光器、校准CCD；

步骤二、光电对抗系统上电启动时，将所述视轴校准装置旋转90度切入；

步骤三、所述校准激光器发射的校准激光依次经校准静态分光镜反射、衰减镜组衰减激光功率、校准动态反射镜反射、主激光静态分光镜透射、成像镜组透射后入射到主系统CCD上；

步骤四、通过校准动态反射镜控制器控制校准动态反射镜进行快速旋转，调整校准激光位于主系统CCD的视场中心，使捕获跟踪视轴和校准光轴位于同一条直线上；

步骤五、所述主激光器发射的主激光依次经主激光动态反射镜反射、主激光静态分光镜反射、校准动态反射镜反射、衰减镜组衰减激光功率、校准静态分光镜透射后入射到校准CCD上；

步骤六、通过主激光动态反射镜控制器控制主激光动态反射镜进行快速旋转，调整主激光位于校准CCD的视场中心，使激光发射轴和校准光轴位于同一条直线上；

步骤七、通过主激光动态反射镜控制器控制主激光动态反射镜锁死，将所述视轴校准装置旋转90度切出；此时，所述捕获跟踪视轴、激光发射轴、校准光轴三者位于同一条直线上，完成捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准。

本发明的有益效果是：本发明设计了一种用于光电对抗系统中捕获跟踪视轴和激光发射轴平行度的自动校准系统，该系统具有可靠且实用、体积小巧、重量轻、装调简单等优点。同时依赖于上述自动校准系统实现的用于光电对抗系统中捕获跟踪视轴和激光发射轴平行度的自动校准方法，能够实现捕获跟踪视轴和激光发射轴的实时动态自动校准，严格保证捕获跟踪视轴与激光发射轴位于同一条直线上，指示同一个点，实现实时动态自动校准，并且校准结果不随时间、温度、环境变化等而累积系统误差，可以实现光电对抗系统中捕获跟踪视轴和激光发射轴自动校准的最佳效果。

附图说明

图1为本发明的捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统的结构示意图。

图2为视轴校准装置旋转90度切入系统的示意图。

图3为视轴校准装置旋转90度切出系统的示意图。

图4为发射接收主光学镜组的结构示意图。

图5为成像镜组的结构示意图。

图6为衰减镜组的结构示意图。

图中：1、发射接收主光学镜组，1-1、次镜，1-2、主镜，2、校准动态反射镜，3、校准动态反射镜控制器，4、主激光静态分光镜，5、主系统CCD，6、衰减镜组，6-1、第一衰减镜片，6-2、第二衰减镜片，6-3、第三衰减镜片，7、校准静态分光镜，8、校准激光器，9、主激光动态反射镜，10、主激光器，11、校准CCD，12、主激光动态反射镜控制器，13、成像镜组，13-1、正透镜，13-2、负透镜，A、捕获跟踪视轴，B、激光发射轴，C、校准光轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，光电对抗系统主要包括：发射接收主光学镜组1、主系统CCD5、成像镜组13、主激光器10。

如图1所示，本发明的捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统主要包括：视轴校准装置、主激光静态分光镜4、主激光动态反射镜9、主激光动态反射镜控制器12。

发射接收主光学镜组1、主激光静态分光镜4、主系统CCD5、主激光动态反射镜9、主激光器10、主激光动态反射镜控制器12和成像镜组13均安装在光电对抗系统内部。

在发射接收主光学镜组1和主系统CCD5的主光轴(入射光所在轴线，即捕获跟踪视轴A)传播方向上从左到右依次设置有发射接收主光学镜组1、主激光静态分光镜4、成像镜组13、主系统CCD5。其中，发射接收主光学镜组1与捕获跟踪视轴A90度设置(即发射接收主光学镜组1与捕获跟踪视轴A相互垂直)；主激光静态分光镜4与捕获跟踪视轴A45度设置(即主激光静态分光镜4与捕获跟踪视轴A的夹角为45度)；成像镜组13与捕获跟踪视轴A90度设置(即成像镜组13与捕获跟踪视轴A相互垂直)；主系统CCD5与捕获跟踪视轴A0度设置(即主系统CCD5与捕获跟踪视轴A相互平行)。入射光依次经过发射接收主光学镜组1反射、主激光静态分光镜4透射后投射到主系统CCD5上。

在主激光静态分光镜4和主激光器10的激光发射轴B(主激光器10发射的激光所在轴线)传播方向上从上到下依次设置有主激光静态分光镜4、主激光动态反射镜9、主激光器10。其中，主激光静态分光镜4与激光发射轴B45度设置(即主激光静态分光镜4与激光发射轴B的夹角为45度)；主激光动态反射镜9与激光发射轴B45度设置(即主激光动态反射镜9与激光发射轴B的夹角为45度)；主激光器10与激光发射轴B90度设置(即主激光器10与激光发射轴B相互垂直)。主激光动态反射镜9和主激光动态反射镜控制器12通过电缆连接。主激光器10发射的激光依次经过主激光动态反射镜9反射、主激光静态分光镜4反射、发射接收主光学镜组1反射后将主激光发射出去。通过主激光动态反射镜控制器12可以控制主激光动态反射镜9进行快速旋转。

如图1所示，光电对抗系统工作时，入射光依次经过发射接收主光学镜组1反射、主激光静态分光镜4透射、成像透镜13透射后投射到主系统CCD5上；主激光器10发射的主激光依次经过主激光动态反射镜9反射、主激光静态分光镜4反射、发射接收主光学镜组1反射后发射出去。

如图1所示，视轴校准装置主要包括：校准动态反射镜2、校准动态反射镜控制器3、衰减镜组6、校准静态分光镜7、校准激光器8、校准CCD11。

在校准动态反射镜2和校准CCD11的校准光轴C传播方向上从左到右依次设置有校准动态反射镜2、衰减镜组6、校准静态分光镜7、校准CCD11。其中，校准动态反射镜2与校准光轴C45度设置(即校准动态反射镜2与校准光轴C的夹角为45度)；衰减镜组6与校准光轴C90度设置(即衰减镜组6与校准光轴C相互垂直)；校准静态分光镜7与校准光轴C45度设置(即校准静态分光镜7与校准光轴C的夹角为45度)；校准激光器8与校准光轴C90度设置(即校准激光器8与校准光轴C相互垂直)；校准CCD11与校准光轴C0度设置(即校准CCD11与校准光轴C相互平行)。校准动态反射镜2和校准动态反射镜控制器3通过电缆连接。校准激光器8发射的校准激光依次经过校准静态分光镜7反射，经过衰减镜组6衰减激光功率，经过校准动态反射镜2反射后发射出去。通过校准动态反射镜控制器3可以控制校准动态反射镜2进行快速旋转。

发射接收主光学镜组1采用光学镀膜措施在其表面镀有反射膜，对入射光和主激光反射。发射接收主光学镜组1主要用于对捕获跟踪视轴A和激光发射轴B的接收、对发射光路进行整理。本实施方式中，如图4所示，发射接收主光学镜组1由次镜1-1和主镜1-2组成，次镜1-1采用采用非球面面型，主镜1-2采用采用非球面面型。次镜1-1厚度为30mm，曲率半径-180mm，非球面系数-1。主镜1-2厚度为30mm，曲率半径-900mm，非球面系数-1。主镜1-2和次镜1-1间距360mm。发射接收主光学镜组1的口径为300mm，焦距为3000mm。入射光先经过主镜1-2反射到次镜1-1，再经过次镜1-1反射到主光路中，被主激光静态分光镜4接收；主激光器10发射的主激光依次经过主激光动态反射镜9反射、主激光静态分光镜4反射后，先经过次镜1-1反射到主镜1-2，再经过主镜1-2反射后对外发射出去。

本实施方式中，校准动态反射镜2采用动态两维快速反射镜。

本实施方式中，校准动态反射镜控制器3采用DSP数字控制电路。

本实施方式中，主激光静态分光镜4采用光学镀膜措施在其表面镀有半反半透膜，对入射光透射，对主激光反射。

本实施方式中，主系统CCD5采用随光电对抗系统需求的通用型CCD。

本实施方式中，如图6所示，衰减镜组6由第一衰减镜片6-1、第二衰减镜片6-2、第三衰减镜片6-3。第一衰减镜片6-1、第二衰减镜片6-2、第三衰减镜片6-3均采用光学镀膜措施在其表面镀有衰减膜，对激光具有衰减作用。具体的衰减参数是：第一衰减镜片6-1千分之一衰减；第二衰减镜片6-2千分之一衰减；第三衰减镜片6-3百分之一衰减。

本实施方式中，校准静态分光镜7采用光学镀膜措施在其表面镀有半反半透膜，对主激光透射，对校准激光反射。

本实施方式中，校准激光器8采用红外点光源激光器。

本实施方式中，主激光动态反射镜9采用动态两维快速反射镜。

主激光器10采用随光电对抗系统需求的通用型激光器。本实施方式中，主激光器10的基本参数为：功率1000W，波段808nm。

本实施方式中，校准CCD11采用红外波段CCD。

本实施方式中，主激光动态反射镜控制器12采用DSP数字控制电路。

本实施方式中，如图5所示，成像镜组13由正透镜13-1和负透镜13-2组成。正透镜13-1的中心厚度为30mm，曲率半径为315.72mm和-313.00mm；负透镜13-2的中心厚度为10mm，曲率半径为138.91mm和148.24mm。成像镜组13采用光学镀膜措施在其表面镀有增透膜，对入射光和校准激光透射。成像镜组13的作用是对捕获跟踪视轴A的接收光路进一步整理，以适合成像。

本发明的一种捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准方法，主要依赖于本发明的捕获跟踪视轴和激光发射轴的自动校准系统实现。每次光电对抗系统上电启动时，首先进行捕获跟踪视轴A和激光发射轴B校准，将捕获跟踪视轴A和激光发射轴B校准调整到同一条直线上。

具体工作步骤如下：

(1)如图2所示，光电对抗系统上电启动时，视轴校准装置旋转90度切入。

(2)视轴校准装置开始工作，校准激光器8发射的校准激光依次经过校准静态分光镜7反射，经过衰减镜组6衰减激光功率，经过校准动态反射镜2反射，经过主激光静态分光镜4透射，将校准激光发射到主系统CCD5上。

(3)通过校准动态反射镜控制器3控制校准动态反射镜2进行快速旋转，在校准动态反射镜2快速旋转的同时，校准动态反射镜2反射校准激光，经过主激光静态分光镜4透射后发射到主系统CCD5上。通过控制校准动态反射镜2快速旋转，将校准激光调整到主系统CCD5的视场中心，这样保证捕获跟踪视轴A和校准光轴C在同一条直线上。

(4)主激光器10发射的主激光依次经过主激光动态反射镜9反射，经过主激光静态分光镜4反射，经过校准动态反射镜2反射，经过衰减镜组6衰减激光功率，经过校准静态分光镜7透射，将主激光发射到校准CCD11上。

(5)通过主激光动态反射镜控制器12控制主激光动态反射镜9进行快速旋转，在主激光动态反射镜9快速旋转的同时，主激光动态反射镜9反射主激光，经过主激光静态分光镜4反射，经过校准动态反射镜2反射，经过衰减镜组6衰减激光功率，经过校准静态分光镜7透射后发射到校准CCD11上。通过主激光动态反射镜9的快速旋转调整，将主激光调整到校准CCD11的视场中心，这样保证激光发射轴B和校准光轴C在同一条直线上。

(6)通过主激光动态反射镜控制器12控制主激光动态反射镜9锁死，视轴校准装置旋转90度切出，如图3所示。至此，捕获跟踪视轴A和激光发射轴B都与校准光轴C调整到同一条直线上，因此捕获跟踪视轴A和激光发射轴B调整到同一条直线上，完成了捕获跟踪视轴A和激光发射轴的自动校准。

完成捕获跟踪视轴A和激光发射轴B的自动校准后，光电对抗系统工作时如图1所示，入射光先经过主镜1-2反射到次镜1-1，再经过次镜1-1反射到主光路中，被主激光静态分光镜4接收；主激光静态分光镜4透射后投射到主系统CCD5上；主激光器10发射的激光依次经过主激光动态反射镜9反射、主激光静态分光镜4反射后，先经过次镜1-1反射到主镜1-2，再经过主镜1-2反射后将主激光发射出去；此时捕获跟踪视轴A和激光发射轴B已经完全校准调整到同一条直线上，保证了光电对抗系统精度。

所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。