全天域激光发射光轴平行度检验结构研究

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1、全天域激光发射光轴平行度检验结构研究第1章绪论1.1课题研究背景及意义为达到对目标的作用效果，对发射系统提出的要求包括能够对目标进行高灵敏度探测、快速跟踪同时保证瞄准精度等等[2-4]。作为激光外场应用的重要设备，发射系统的发射轴与探测器视轴的平行程度（光轴平行度）是影响跟瞄发射精度的重要因素[1-5]。发射系统在制造和装调过程中，不可避免的存在轴系误差、光路装调误差等，加之长时间外场工作时受到恶劣环境条件的影响，造成视轴和发射轴不平行。而且系统光路由多个折转光路组成（包括库德光路），轴系回转时，随着系统指向的变化，最终实际发射轴绕理想发

2、射轴晃动，与视轴的不平行情况时刻变化[6,7]。为此，必须设计一种方法，利用其获取发射系统在全工作范围内（以下称全天域）的光轴平行度数据。首先，在工程实践中这些数据可作为指导依据，以便对出厂前的发射系统光轴进行调校，对外场长时间工作后的发射系统光轴进行检测和调校，使发射系统全天域上的平行度满足指标；在理论研究方面，有助于利用这些数据推演发射系统光轴平行度的变化规律，为进一步对系统进行精度判定创造条件，并为误差修正提供参数，因此具有非常重要的意义。.1.2相关领域的研究现状目前，对于光轴平行类问题的研究，国内外相关领域都做了大量工作，取得了

3、很多成果。一般可以分为理论研究和对光轴平行度的实测方法两个方面。理论研究方面，主要是针对发射系统光轴平行度误差的数学模型进行深入研究。如文章《水平式激光发射系统光轴平行度误差分析》[6]首先讨论影响平行度的误差源，推导分项误差，然后依照叠加原理得到光轴平行度误差模型。接着利用实测数据与之拟合，最终得到模型参数，借助这个数学模型分析系统光轴平行度的变化规律、研究分项误差源对总体误差的贡献程度等等。得到的模型较为成功地剔除了系统误差，拟合精度达到2.6″。类似的研究由于关注方向不同产生很多分支，包括对系统误差源的探讨、对建模方法的

4、讨论等。关于误差源的研究，因对各影响因素的关注程度不同和对小影响的忽略，往往得到的结果不同，但总体上一般认为包括系统轴系误差、激光发射光路装调误差等等[8,9]。文章《激光经纬仪分项误差对定位的影响分析》[9]对激光经纬仪误差源进行了较为全面的分析，从得到的误差修正模型中建立了各分项误差源到目标定位参数的影响函数，为理论上分析和鉴定设备精度提供了方法。另外，论文《大型射电望远镜指向误差建模分析与设计研究》从动、静态两个角度分析探讨了系统误差源并提出了相应的补偿技术，这里不再赘述。从修正系统的角度来讲，光轴平行度误差模型亦即指向修正模型。建

5、模的数学方法一般包括球谐函数法、矢量旋转与坐标变换法等[6,8,10]。这些方法都已经发展的较为成熟，前者较为直观、精度高，但所得模型的各项无法用确切物理意义进行解释。而在利用矢量旋转与坐标变换法进行建模时，通过对指向误差源进行回归分析，再根据叠加原理，得到较为简单、具有明确物理意义的数学模型。但由于建模需要，往往忽略模型中的高阶项，这又势必要影响模型精度。可以说不同的建模方法各具优缺点，需要根据实际情况加以选用。如文献《水平式经纬仪静态指向修正模型的比较与改进》[11]通过分析实验对比，讨论了球谐函数模型、支架模型和水平式模型的修正效果

6、和指向精度，并指出了球谐函数模型系数多、相关性大、稳定性差的特点，得到结论：水平式模型更加适用于修正水平式光电经纬仪的指向精度。第2章检测原理与精度分析2.1发射系统介绍如图2.1为系统的激光发射光路。本课题所依附的项目中的系统为水平式系统，依激光传播顺序，短波激光器发出的激光经三次反射后进入跟踪发射光路（回转轴系内部），随跟踪架跟踪回转，被导向进入最终的激光扩束光路后从发射窗口出射。一旦系统存在轴系或装调误差，实际光线（虚线）将偏离理论光线（实线）。经回转轴内部的库德镜作用后，最终发射轴将与视轴不平行且产生晃动。跟踪架由经、纬两回转轴构

7、成，经轴指向南北，纬轴指向东西。以天顶为零点，系统的指向范围为：绕经轴从-90°（东向）至90°（西向），绕纬轴从-60°（南向）至60°（北向）。在纬轴上中间位置安装有激光发射窗口和可见光探测器，后者在系统跟踪发射时被用于探测目标。.2.2检测方法全天域光轴平行度检测方法的主要思路是利用发射系统上安装的光电探测器实现光轴平行度检测，以水平式系统中短波激光为例，检测方法为：设计制造检测结构，将发射窗口的短波激光衰减至对可见光探测器安全的能量范围后，高精度平行折返引入可见光探测器。以探测器视轴为基准，两轴不平

8、行时电视系统上的光斑中心偏离原点产生脱靶量（单位码）。轴系转动，系统指向变化时，脱靶量的变化量可换算为系统的光轴平行度（单位″）。为保证检测精度，检测结构自身应该具有高的光路折返精