CN103926001B - 一种高速多光谱无限远动态目标发生方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种高速多光谱无限远动态目标发生方法与装置。该方法与装置在目标发生方法中融入动态扫描技术，利用宽光谱光源系统、滤色系统、靶标系统和消色差准直系统结合生成多光谱的无限远目标，利用动态扫描技术对生成的无限远目标进行角度变换产生动态目标，实现目标发生与动态扫描功能上的结合和结构上的分离，构成一种可发生多波长多形状动态目标的目标发生方法与装置。本发明具有发生目标光谱宽、形状多样、扫描范围大、高速动态等优点，将为卫星、导弹跟踪装置以及其他军用、民用跟踪瞄测设备提供多功能高性能的目标发生源。

Description

一种高速多光谱无限远动态目标发生方法与装置

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种高速多光谱无限远动态目标发生方法与装置，可为卫星、导弹跟踪装置以及其他军用、民用跟踪瞄测设备提供多功能高性能的目标发生源。

技术背景

目前，随着卫星、导弹和其他军用、民用跟踪瞄测设备的发展，其对跟踪瞄准装置的需要越来越大，要求也越来越高，如何对跟踪瞄准装置的参数进行精确的测量成为跟踪瞄准装置研发和测试的共性课题。由于受到空间、经费、时间等因素限制，绝大多数跟踪瞄准装置的无法使用实际目标进行测试，因此无限远目标源作为一种近距离低成本的目标发生手段而受到广泛关注并被大量推广应用。

现有的目标发生系统多采用靶标与准直光管结合的方式发生目标，这种方式不仅可以在有限距离模拟无限远的目标，而且可以根据需要对发生的目标的形状和角度进行调节，不仅节省空间和成本而且可以根据需求制造出自然条件下并不存在的虚拟目标，方便研发和测试。

但是现有的目标发生系统存在着诸多问题：1、模拟动态目标时，将整个目标发生系统整体移动，不仅对承载设备的承重、稳定性等性能提出了较高要求，也严重限制了目标发生的速度和动态性能；2、采用透射式准直系统，成本高昂且只能在有限波段内校正色差，紫外、可见和红外波段无法兼顾；3、受机械结构限制，目标发生范围较小；4、光源波段固定，同一台设备不能实现多波段自由切换。上述原因限制了目标发生设备的应用范围，许多需求无法满足，尤其在军用和航天领域，尚无一种无限远目标模拟设备可良好兼顾高速动态、宽光谱和无限远三方面性能。

基于上述情况，本发明提出在目标发生方法中融入动态扫描技术，利用宽光谱光源、滤色器、可更换靶标组和反射式消色差准直系统结合的方式生成多光谱的无限远目标，利用动态扫描技术对生成的无限远目标进行角度变换产生动态目标，实现目标发生与动态扫描功能上的结合和结构上的分离，构成一种可发生多波长多形状动态目标的目标发生装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有共焦拉曼光谱探测技术空间分辨力难以提高的技术问题，提出一种具有高空间分辨力的共焦拉曼光谱探测方法和装置。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明专利的具体思路是：采用宽光谱光源与滤色器结合替代传统的单色光源实现照明波段可调，利用可跟换靶标组模拟不同形状的目标，用反射式的准直系统替代传统的透射式准直系统扩展光谱适用范围，采用了偏转光束的方式代替目标发生设备的整体运动提高了目标的动态性能和可靠性，从而兼顾了发生目标的动态性、宽光谱、多形状和无限远等需求。

本发明提供了一种高速多光谱无限远动态目标发生方法，是将由宽光谱光源系统、滤色系统、靶标系统和消色差准直系统构成的目标发生部分与高速扫描系统在结构进行分离，通过扫描目标光束而不是移动目标源的方式发生动态目标，实现大范围高速度多光谱动态目标的发生，其具体实现方法如下：

1)通过宽光谱光源系统产生宽光谱光源，经过滤色系统滤光选择目标的波长后均匀照射在靶标系统上，由靶标系统对光束进行调制生成所需目标的形状，调制后的光经过消色差准直系统准直为平行光生成无限远目标；

2)经过消色差准直系统准直后出射的平行光束经过光强调节系统调节光强后照射到高速扫描系统，高速扫描系统对光束进行扫描，使平行光束发生高速角度偏转，使无限远目标发生位置上的动态变化变为动态无限远目标；

3)由高速扫描系统出射的发生角度偏转的平行光束照射进入目标跟踪设备，被目标跟踪设备跟踪探测；

4)用高速扫描系统对平行光束的角度偏转数据对目标跟踪设备的跟踪测试数据进行比对校正；

本发明方法中，滤色系统可以根据需要对宽光谱光源系统产生的宽光谱照明光的波长进行选择，选取其中的一个波长、几个波长或若干个波段的光进行目标发生；

本发明方法中，为获得不同形状的目标，靶标系统可根据需要更换不同形状的靶标，对滤色系统出射光束进行调制；

本发明方法中，为获得无限远目标，将靶标系统放置在消色差准直系统的焦面上，消色差准直系统在宽光谱范围内消除色差，保证消色差准直系统的出射光在宽光谱范围内都为平行光；

本发明方法中，高速扫描系统安装在目标跟踪设备尽可能近的位置，保证在目标跟踪设备相同探测口径的前提下获得尽可能大的扫描范围；

本发明提供了一种高速多光谱无限远动态目标发生装置，包括，包括用于产生宽光谱照明光束的宽光谱光源系统，放置于宽光谱光源系统出射方向的用于对目标波段进行选择的滤色系统、放置于滤色系统透射方向的用于调制光束生成不同形状目标的靶标系统、放置于靶标系统透射方向且焦面与靶标系统重合用于将光束准直为平行光的消色差准直系统、放置于消色差准直系统透射方向的光强调节系统，放置于光强调节系统透射方向且位于消色差准直系统出射方向在出射光束口径内用于对光束进行偏折扫描的高速扫描系统，被测试的目标跟踪设备放置在高速扫描系统出射方向距离尽量近的位置。

本发明装置中：靶标系统包含用于调制光束的不同形状的靶标和靶标定位机构，靶标定位机构确保靶标可更换并准确位于消色差准直系统的焦面处；

本发明装置中：消色差准直系统为反射式，可采用卡塞格林结构，包括卡塞格林主镜、卡塞格林次镜和激光指向器，卡塞格林结构可压缩系统体积并在全波段内无色差，确保消色差准直系统出射光束为平行光；

本发明装置中：滤色系统可为单独滤色片也可为单色仪；光强调节系统可采用吸收性衰减片也可采用偏振衰减装置；高速扫描系统可采用一维振镜扫描结构、二维振镜扫描结构也可以采用倾镜扫描结构；

本发明装置中：可增加同步测试系统对高速扫描系统和被测试的目标跟踪设备的数据进行实时采集比对。

有益效果：

本发明对比已有技术具有以下创新点：

1)将目标发生部分与高速扫描部分分离，既可以保证生成目标的稳定，又可以实现目标二维高速的运动；

2)采用可更换靶标和滤色装置，实现目标的形状和波段可以自由更换选择；

3)采用靶标定位结构好反射式准直结构，保证靶标的更换和的目标波段的变化不影响目标的平行性；

4)扫描结构与被测跟踪设备紧密结合，在跟踪设备探测口径一致的情况下实现大角度范围目标的发生。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1)系统不需要目标发生设备整体移动即可实现目标的运动，可实现高度动态目标发生，这是传统目标发生设备无可比拟的；

2)系统可以跟换发生目标的波长和形状，并可以根据需要制备新的靶标，自由替换；

3)系统可用于目标跟踪设备的跟踪速度、识别能力、分辨力等多个参数进行测试。

附图说明

图1为高速多光谱无限远动态目标发生方法示意图；

图2为卡塞格林式消色差准直方法示意图；

图3为高速多光谱无限远动态目标发生装置示意图；

图4为高速多光谱无限远动态目标发生方法与装置实施例图；

图5为光栅衍射式单色仪实施例图；

其中，1-宽光谱光源系统、2-滤色系统、3-靶标系统、4-消色差准直系统、5-光强调节系统、6-高速扫描系统、7-目标跟踪设备、8-宽光谱光源、9-光源会聚镜、10-光源针孔、11-光源准直镜、12-靶标、13-靶标定位机构、14-卡塞格林主镜、15-卡塞格林次镜、16-激光指向器、17-X轴振镜、18-Y轴振镜、19-同步测试系统、20-单色仪柱面会聚镜、21-单色仪第一滤波狭缝、22-单色仪第一平面反射镜、23-单色仪抛物面准直镜、24-单色仪光栅、25-单色仪抛物面会聚镜、26-单色仪第二平面反射镜、27-单色仪第二滤波狭缝、28-单色仪柱面准直镜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的基本思想是利用利用宽光谱光源系统、滤色系统、靶标系统和消色差准直系统结合生成多光谱的无限远目标，利用动态扫描技术对生成的无限远目标进行角度变换产生动态目标，实现目标发生与动态扫描功能上的结合和结构上的分离，生成高动态、宽光谱、形状可换的无限远目标。

实施例1

如4所示，宽光谱光源系统1包括宽光谱光源8、源会聚镜9、会聚透过光源针孔10和光源准直镜11。宽光谱光源系统1的工作过程为：宽光谱光源系统1中的宽光谱光源8发出宽光谱光束后经过光源会聚镜9会聚透过光源针孔10进行滤波后被光源准直镜11准直为平行宽光谱光束，照射到滤色系统2上。

平行光束经过过滤色系统2后被滤光保留所需波长后均匀照射在靶标12，由靶标12对光束进行调制生成所需目标的形状，靶标12固定在靶标定位机构上并精确位于卡塞格林式消色差准直系统4的焦面上。

透过靶标12的光束照射到消色差准直系统4的卡塞格林次镜15上后被反射到卡塞格林次镜14上准直成为平行光束，当该平行光束为非可见光时，激光指向器16可指示该光束方向。平行光束从卡塞格林次镜14出射后经过光强衰减片5调节到合适强度后生成无限远目标。

上述无限远目标发生的装置可以根据需要放置在距离被测目标跟踪设备的任意距离，透过光强衰减片5的平行光束照射到由二维振镜构成的高速扫描系统6中，启动高速扫描系统6使平行光束发生动态偏转，则固定无限远目标被调制成为动态无限远目标。

高速扫描系统6出射的发生角度偏转的平行光束照射进入目标跟踪设备7，被目标跟踪设备7跟踪探测，通过同步测试系统19同时测量高速扫描系统6的角度和速度等参数，与目标跟踪设备7的测试数据进行对比，用于对目标跟踪设备7进行测试或校正。

实施例2

本实施例中高速扫描系统6采用二维振镜系统，滤色系统2可采用光栅衍射式单色仪，光栅衍射式单色仪如图5所示。

宽光谱光源8发出宽光谱光束后经过光源会聚镜9会聚透过光源针孔10进行滤波后被光源准直镜11准直为平行宽光谱光束，照射到滤色系统2的单色仪柱面会聚镜20被单方向会聚到单色仪第一滤波狭缝21上，光束透过单色仪第一滤波狭缝21被单色仪第一平面反射镜22反射到单色仪抛物面准直镜23上，经过单色仪抛物面准直镜23准直为平行光束后照射到单色仪光栅24上发生衍射，不同波长的光衍射的角度不同，不同衍射角度的光束照射到单色仪抛物面会聚镜25上变为会聚光束被单色仪第二平面反射镜26反射到单色仪第二滤波狭缝27面上，只有一种衍射角的光即一种波长的光能透过单色仪第二滤波狭缝27被单色仪柱面准直镜28准直为平行光出射，转动单色仪光栅24即可调节透过单色仪第二滤波狭缝27的波长，调节单色仪第二滤波狭缝27的宽度即可调节出射平行光的带宽。

单色仪柱面准直镜28出射的均匀照射在靶标12，由靶标12对光束进行调制生成所需目标的形状，靶标12固定在靶标定位机构上并精确位于卡塞格林式消色差准直系统4的焦面上。

透过靶标12的光束照射到消色差准直系统4的卡塞格林次镜15上后被反射到卡塞格林次镜14上准直成为平行光束，当该平行光束为非可见光时，激光指向器16可指示该光束方向。平行光束从卡塞格林次镜14出射后经过光强衰减片5调节到合适强度后生成无限远目标。

上述无限远目标发生的装置可以根据需要放置在距离被测目标跟踪设备的任意距离，透过光强衰减片5的平行光束照射到由二维振镜构成的高速扫描系统6中，分别经过X轴振镜17和Y轴振镜18的两次反射后光束在X和Y两个方向上发射偏转，启动高速扫描系统6，X轴振镜17和Y轴振镜18发生绕轴转动时，所发生的无限远目标即可在X和Y两个方向上运动，成为二维动态无限远目标。

高速扫描系统6出射的发生角度偏转的平行光束照射进入目标跟踪设备7，被目标跟踪设备7跟踪探测，通过同步测试系统19同时测量高速扫描系统6的角度和速度等参数，与目标跟踪设备7的测试数据进行对比，用于对目标跟踪设备7进行测试或校正。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.高速多光谱无限远动态目标发生方法，其特征在于：将由宽光谱光源系统(1)、滤色系统(2)、靶标系统(3)和消色差准直系统(4)构成的目标发生部分与高速扫描系统(6)在结构上进行分离，通过扫描目标光束而不是移动目标源的方式发生动态目标，实现大范围高速度多光谱动态目标的发生，该方法的具体实现如下：

1)通过宽光谱光源系统(1)产生宽光谱光源，经过滤色系统(2)滤光选择目标的波长后均匀照射在靶标系统(3)上，由靶标系统(3)对光束进行调制生成所需目标的形状，调制后的光经过消色差准直系统(4)准直为平行光生成无限远目标；

2)经过消色差准直系统(4)准直后出射的平行光束经过光强调节系统(5)调节光强后照射到高速扫描系统(6)，高速扫描系统(6)对光束进行扫描，使平行光束发生高速角度偏转，使无限远目标发生位置上的动态变化变为动态无限远目标；

3)由高速扫描系统(6)出射的、发生角度偏转的平行光束照射进入目标跟踪设备(7)，被目标跟踪设备(7)跟踪探测；

4)用高速扫描系统(6)的角度偏转数据对目标跟踪设备(7)的跟踪测试数据进行比对校正。

2.根据权利要求1所述的高速多光谱无限远动态目标发生方法，其特征在于：滤色系统(2)根据需要对宽光谱光源系统(1)产生的宽光谱照明光的波长进行选择从而实现不同波长目标的发生。

3.根据权利要求1所述的高速多光谱无限远动态目标发生方法，其特征在于：为获得不同形状的目标，靶标系统(3)可根据需要更换不同形状的靶标，对滤色系统(2)出射光束进行调制。

4.根据权利要求1所述的高速多光谱无限远动态目标发生方法，其特征在于：为获得无限远目标，将靶标系统(3)放置在消色差准直系统(4)的焦面上，消色差准直系统(4)在宽光谱范围内消除色差，保证消色差准直系统(4)的出射光在宽光谱范围内都为平行光。

5.根据权利要求1所述的高速多光谱无限远动态目标发生方法，其特征在于：高速扫描系统(6)安装在目标跟踪设备(7)尽可能近的位置上，保证在目标跟踪设备(7)相同探测口径的前提下获得尽可能大的扫描范围。

6.一种高速多光谱无限远动态目标发生装置，其特征在于：包括用于产生宽光谱照明光束的宽光谱光源系统(1)，放置于宽光谱光源系统(1)出射方向的用于对目标波段进行选择的滤色系统(2)、放置于滤色系统(2)透射方向的用于调制光束生成不同形状目标的靶标系统(3)、放置于靶标系统(3)透射方向且焦面与靶标系统(3)重合用于将光束准直为平行光的消色差准直系统(4)、放置于消色差准直系统(4)透射方向的光强调节系统(5)，放置于光强调节系统(5)透射方向且位于消色差准直系统(4)出射方向在出射光束口径内用于对光束进行偏折扫描的高速扫描系统(6)，被测试的目标跟踪设备(7)放置在高速扫描系统(6)出射方向距离尽量近的位置。

7.根据权利要求6所述的高速多光谱无限远动态目标发生装置，其特征在于：靶标系统(3)包含用于调制光束的不同形状的靶标(12)和靶标定位机构(13)，靶标定位机构(13)确保靶标(12)可更换并准确位于消色差准直系统(4)的焦面处。

8.根据权利要求6所述的高速多光谱无限远动态目标发生装置，其特征在于：消色差准直系统(4)为反射式，可采用卡塞格林结构，包括卡塞格林主镜(14)、卡塞格林次镜(15)和激光指向器(16)。

9.根据权利要求6所述的高速多光谱无限远动态目标发生装置，其特征在于：滤色系统(2)可为单独滤色片也可为单色仪；光强调节系统(5)可采用吸收性衰减片也可采用偏振衰减装置；高速扫描系统(6)采用一维振镜扫描结构、二维振镜扫描结构或采用倾镜扫描结构。

10.根据权利要求6所述的高速多光谱无限远动态目标发生装置，其特征在于：可增加同步测试系统(19)对高速扫描系统(6)和被测试的目标跟踪设备(7)的数据进行实时采集比对。