CN107045192A - 一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置及方法，该方案包括有光源、成像探测系统、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、发射瞄准镜、电调镜、分光镜、跟踪快反镜、机上激光收发装置和中继传输光路，其中光源、成像探测系统、第三反射镜、发射瞄准镜和电调镜位于望远镜机下，第一反射镜、第二反射镜、分光镜、跟踪快反镜、机上激光收发装置和中继传输光路位于望远镜机上；本方案中可实现共孔径望远镜系统收发光轴的高效校准，光路校准方法简单、快速、精确高（取决于机上激光收发装置和成像探测系统分辨率，一般可达μrad量级），无需人工手动操作，光路校准时间约在数分钟，显著提高了望远镜系统光路检查效率。

Description

一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置及方法

技术领域

本发明涉及的是激光技术应用领域，尤其是一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置及方法。

背景技术

随着光电对抗和光电探测技术的发展，为保证对目标的高精度快速跟踪性能，基于复合轴控制的共孔径望远镜系统扮演着重要的角色。望远镜系统不仅要求对动态目标的快速稳定跟踪，而且必须将发射光束瞄准于目标的某一点。跟踪与瞄准光轴的零点一致性误差，严重时将会影响发射光束的瞄准精度，导致望远镜系统无法准确地瞄准目标。如何保证在目标稳定跟踪过程中发射光束瞄准在目标跟踪零点，保证接收发射光轴的一致性，是整个望远镜光学系统光路校准最为核心的内容。因此，如何简单、快速、精确地校准望远镜收发光轴，减少光路检查准备时间，使整个系统高效、高精度地具备工作能力显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的，就是针对为解决如何简单、快速、精确地校准共孔径望远镜收发光轴的问题，而提供一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置及方法的技术方案，该方案能实现共孔径望远镜系统收发光轴的高效校准，光路校准方法简单、快速、精确高(取决于机上激光收发装置和成像探测系统分辨率，一般可达μrad量级)，无需人工手动操作，光路校准时间约在数分钟，显著提高了望远镜系统光路检查效率。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置，其特征是：包括有光源、成像探测系统、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、发射瞄准镜、电调镜、分光镜、跟踪快反镜、机上激光收发装置和中继传输光路，其中光源、成像探测系统、第三反射镜、发射瞄准镜和电调镜位于望远镜机下，第一反射镜、第二反射镜、分光镜、跟踪快反镜、机上激光收发装置和中继传输光路位于望远镜机上；

本装置内包含有发射光束、目标信号光束和准直校准光束；所述发射光束由光源发出，依次经过发射瞄准镜、电调镜、第一反射镜和第二反射镜反射后传输至分光镜，一部分光束透射过分光镜后射入机上激光收发装置，另一部分光束经过分光镜反射后再经过跟踪快反镜反射后射入中继传输光路；所述目标信号光束由目标信号发出经过中继传输光路射出后依次经过跟踪快反镜、分光镜、第二反射镜、第一反射镜和电调镜的反射，再透射过发射瞄准镜后经过第三反射镜的反射后传输至成像探测系统；所述准直校准光束由机上激光收发装置发出后透射过分光镜，在依次经过第二反射镜、第一反射镜和电调镜的反射，再透射过发射瞄准镜后经过第三反射镜的反射后传输至成像探测系统。

作为本方案的优选：发射瞄准镜为电动调整镜。

作为本方案的优选：电调镜为垂直轴电动调整镜，用于实现收发光轴与机械旋转轴一致性调节。

作为本方案的优选：跟踪快反镜能够实现对目标实时跟踪闭环，使目标成像于成像探测系统零点位置。

作为本方案的优选：中继传输光路为激光准直扩束光学系统。

一种用于共孔径望远镜收发光轴校准方法，包括有粗调过程和精调过程；

粗调过程包括有以下步骤：

a、光源产生发射光束；

b、望远镜方位机架旋转某一特定位置，将此位置记为机架0度位置，机上激光收发装置探测发射光束，记录0度光轴位置(x₀，y₀)；

c、望远镜方位机架旋转至180度位置(相对于0度位置)，机上激光收发装置探测发射光束，记录180度光轴位置(x₁₈₀，y₁₈₀)；

d、机上激光收发装置计算光轴位置(x₀，y₀)和(x₁₈₀，y₁₈₀)的中心点位置(x＇，y＇)，并获得角度差值Δ₁；

e、根据望远镜系统实际工作过程中的跟踪瞄准精度要求，确定以角度误差Δ作为判定依据，若Δ₁不大于Δ，记录并保持电调镜位置；若Δ₁大于Δ，则调节电调镜使得发射光束成像于位置(x＇，y＇)，重复步骤b～步骤d，直至Δ₁不大于Δ，记录并保持电调镜位置；

f、机上激光收发装置发射准直校准光束；

g、望远镜方位机架旋转至0度位置，成像探测系统探测准直校准光束，记录0度光轴位置(X₀，Y₀)；

h、望远镜方位机架旋转至180度位置，成像探测系统探测准直校准光束，记录180度光轴位置(X₁₈₀，Y₁₈₀)；

i、成像探测系统计算光轴位置(X₀，Y₀)和(X₁₈₀，Y₁₈₀)的中心点位置(X＇，Y＇)，并获得角度差值Δ₂，位置(X＇，Y＇)即为目标跟踪过程中跟踪快反镜的闭环零点；

精调过程包括有以下步骤：

j、望远镜方位机架从0度位置旋转至180度位置，在此过程中电调镜实时闭环使得准直校准光束成像于位置(X＇，Y＇)，同时机上激光收发装置探测发射光束，记录机架0度和180度的光轴位置(x₀＇，y₀＇)和(x₁₈₀＇，y₁₈₀＇)，计算中心点位置(x_avg＇，y_avg＇)，并获得角度差值Δ₃；

k、根据望远镜系统实际工作过程中的跟踪瞄准精度要求，确定以角度误差Δ＇作为判定依据，若Δ₃不大于Δ＇，记录并保持发射瞄准镜位置；若Δ₃大于Δ＇，则调节发射瞄准镜使得发射光束成像于位置(x_avg＇，y_avg＇)，重复步骤j，直至Δ₃不大于Δ＇，记录并保持发射瞄准镜位置；

l、电调镜重新加载到粗调步骤e的最终记录位置；

m、关闭机上激光收发装置发射准直校准光束，关闭发射光束，完成校准工作。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，该方案中采用机上激光收发装置作为辅助校准装置，收发光轴校准包含粗调和精调两个部分。粗调以垂直机械旋转轴为光轴基准，利用电调镜实现收发光轴一致性初步校准；精调以接收光轴为基准，利用发射瞄准镜实现收发光轴一致性高精度调节，从而完成共孔径望远镜收发光轴的一致性校准。采用机上激光收发装置作为辅助校准装置，通过光轴粗调和精调逐步实现望远镜收发光轴的高精度校准。该校准方法简单、快速、精确高，无需人工手动操作，光路校准时间约在数分钟，能够显著提高系统光路检查的效率，保证望远镜系统工作过程中跟踪与瞄准光轴零点的一致性。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1为光源，2为成像探测系统，3为第三反射镜，4为发射瞄准镜，5为电调镜，6为第一反射镜，7为第二反射镜，8为分光镜，9为跟踪快反镜，10为机上激光收发装置，11为中继传输光路，12为发射光束，13为目标信号光束，14为准直校准光束，15为水平旋转轴，16垂直旋转轴。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本方案包括有光源、成像探测系统、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、发射瞄准镜、电调镜、分光镜、跟踪快反镜、机上激光收发装置和中继传输光路，其中光源、成像探测系统、第三反射镜、发射瞄准镜和电调镜位于望远镜机下，第一反射镜、第二反射镜、分光镜、跟踪快反镜、机上激光收发装置和中继传输光路位于望远镜机上。

本装置内包含有发射光束、目标信号光束和准直校准光束；所述发射光束由光源发出，依次经过发射瞄准镜、电调镜、第一反射镜和第二反射镜反射后传输至分光镜，一部分光束透射过分光镜后射入机上激光收发装置，另一部分光束经过分光镜反射后再经过跟踪快反镜反射后射入中继传输光路；所述目标信号光束由目标信号发出经过中继传输光路射出后依次经过跟踪快反镜、分光镜、第二反射镜、第一反射镜和电调镜的反射，再透射过发射瞄准镜后经过第三反射镜的反射后传输至成像探测系统；所述准直校准光束由机上激光收发装置发出后透射过分光镜，在依次经过第二反射镜、第一反射镜和电调镜的反射，再透射过发射瞄准镜后经过第三反射镜的反射后传输至成像探测系统。

一种用于共孔径望远镜收发光轴校准方法，包括有粗调过程和精调过程；

粗调过程包括有以下步骤：

a、光源产生发射光束；

b、望远镜方位机架旋转某一特定位置，将此位置记为机架0度位置，机上激光收发装置探测发射光束，记录0度光轴位置(x₀，y₀)；

c、望远镜方位机架旋转至180度位置(相对于0度位置)，机上激光收发装置探测发射光束，记录180度光轴位置(x₁₈₀，y₁₈₀)；

d、机上激光收发装置计算光轴位置(x₀，y₀)和(x₁₈₀，y₁₈₀)的中心点位置(x＇，y＇)，并获得角度差值Δ₁；

e、根据望远镜系统实际工作过程中的跟踪瞄准精度要求，确定以角度误差Δ作为判定依据，若Δ₁不大于Δ，记录并保持电调镜位置；若Δ₁大于Δ，则调节电调镜使得发射光束成像于位置(x＇，y＇)，重复步骤b～步骤d，直至Δ₁不大于Δ，记录并保持电调镜位置；

f、机上激光收发装置发射准直校准光束；

g、望远镜方位机架旋转至0度位置，成像探测系统探测准直校准光束，记录0度光轴位置(X₀，Y₀)；

h、望远镜方位机架旋转至180度位置，成像探测系统探测准直校准光束，记录180度光轴位置(X₁₈₀，Y₁₈₀)；

i、成像探测系统计算光轴位置(X₀，Y₀)和(X₁₈₀，Y₁₈₀)的中心点位置(X＇，Y＇)，并获得角度差值Δ₂，位置(X＇，Y＇)即为目标跟踪过程中跟踪快反镜的闭环零点；

精调过程包括有以下步骤：

j、望远镜方位机架从0度位置旋转至180度位置，在此过程中电调镜实时闭环使得准直校准光束成像于位置(X＇，Y＇)，同时机上激光收发装置探测发射光束，记录机架0度和180度的光轴位置(x₀＇，y₀＇)和(x₁₈₀＇，y₁₈₀＇)，计算中心点位置(x_avg＇，y_avg＇)，并获得角度差值Δ₃；

k、根据望远镜系统实际工作过程中的跟踪瞄准精度要求，确定以角度误差Δ＇作为判定依据，若Δ₃不大于Δ＇，记录并保持发射瞄准镜位置；若Δ₃大于Δ＇，则调节发射瞄准镜使得发射光束成像于位置(x_avg＇，y_avg＇)，重复步骤j，直至Δ₃不大于Δ＇，记录并保持发射瞄准镜位置；

l、电调镜重新加载到粗调步骤e的最终记录位置；

m、关闭机上激光收发装置发射准直校准光束，关闭发射光束，完成校准工作。

本方案中可实现共孔径望远镜系统收发光轴的高效校准，光路校准方法简单、快速、精确高(取决于机上激光收发装置和成像探测系统分辨率，一般可达μrad量级)，无需人工手动操作，光路校准时间约在数分钟，显著提高了望远镜系统光路检查效率。

机上激光收发装置相关功能和优势描述：机上激光收发装置是共孔径望远镜收发光轴校准的关键部件，作为光轴一致性辅助校准装置，应具备探测发射光束和发射准直校准光束的能力，自身发射光轴和接收光轴标校为同轴光束。发射准直校准光束可以用于模拟远距离点目标。利用机上激光收发装置进行光轴校准有如下优势：

1、机上激光收发装置可以实现望远镜收发光轴的远程在线监测，监测过程无需中断运行设备，且不需要采用人工介入的方式上机观察。

2、机上激光收发装置具备光轴高精度测量功能，通过设置电调镜，可以实现望远镜收发光轴快速、自动、精确地校准，减少光路检查准备时间，高效、高精度地完成系统光路准备工作。

3、通过望远镜方位的旋转，机上激光收发装置实现收发光轴一致性校准的同时，降低收发光轴与机械轴的同轴误差，在望远镜跟踪目标方位角变化时，显著降低发射光束光瞳位置的变化量，有利于整个系统光束传输过程中的完整性和安全性。

4、在望远镜稳定跟踪目标、向目标发射光束的同时，机上激光收发装置实时在线监测发射光束的状态，实现对系统光路状态进行实时诊断。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置，其特征是：包括有光源、成像探测系统、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、发射瞄准镜、电调镜、分光镜、跟踪快反镜、机上激光收发装置和中继传输光路，其中光源、成像探测系统、第三反射镜、发射瞄准镜和电调镜位于望远镜机下，第一反射镜、第二反射镜、分光镜、跟踪快反镜、机上激光收发装置和中继传输光路位于望远镜机上；

本装置内包含有发射光束、目标信号光束和准直校准光束；所述发射光束由光源发出，依次经过发射瞄准镜、电调镜、第一反射镜和第二反射镜反射后传输至分光镜，一部分光束透射过分光镜后射入机上激光收发装置，另一部分光束经过分光镜反射后再经过跟踪快反镜反射后射入中继传输光路；所述目标信号光束由目标信号发出经过中继传输光路射出后依次经过跟踪快反镜、分光镜、第二反射镜、第一反射镜和电调镜的反射，再透射过发射瞄准镜后经过第三反射镜的反射后传输至成像探测系统；所述准直校准光束由机上激光收发装置发出后透射过分光镜，在依次经过第二反射镜、第一反射镜和电调镜的反射，再透射过发射瞄准镜后经过第三反射镜的反射后传输至成像探测系统。

2.根据权利要求1所述的一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置，其特征是：所述发射瞄准镜为发射轴电动调整镜，实现对发射光轴的高精度调节。

3.根据权利要求1所述的一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置，其特征是：所述电调镜为垂直轴电动调整镜，用于实现收发光轴与机械旋转轴一致性调节。

4.根据权利要求1所述的一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置，其特征是：所述跟踪快反镜能够实现对目标实时跟踪闭环，使目标成像于成像探测系统零点位置。

5.根据权利要求1所述的一种用于共孔径望远镜收发光轴校准装置，其特征是：所述中继传输光路为激光准直扩束光学系统。

6.一种用于共孔径望远镜收发光轴校准方法，其特征是：包括有粗调过程和精调过程；

粗调过程包括有以下步骤：

a、光源产生发射光束；

b、望远镜方位机架旋转某一特定位置，将此位置记为机架0度位置，机上激光收发装置探测发射光束，记录0度光轴位置(x₀，y₀)；

c、望远镜方位机架旋转至180度位置(相对于0度位置)，机上激光收发装置探测发射光束，记录180度光轴位置(x₁₈₀，y₁₈₀)；

d、机上激光收发装置计算光轴位置(x₀，y₀)和(x₁₈₀，y₁₈₀)的中心点位置(x＇，y＇)，并获得角度差值Δ₁；

e、根据望远镜系统实际工作过程中的跟踪瞄准精度要求，确定以角度误差Δ作为判定依据，若Δ₁不大于Δ，记录并保持电调镜位置；若Δ₁大于Δ，则调节电调镜使得发射光束成像于位置(x＇，y＇)，重复步骤b～步骤d，直至Δ₁不大于Δ，记录并保持电调镜位置；

f、机上激光收发装置发射准直校准光束；

g、望远镜方位机架旋转至0度位置，成像探测系统探测准直校准光束，记录0度光轴位置(X₀，Y₀)；

h、望远镜方位机架旋转至180度位置，成像探测系统探测准直校准光束，记录180度光轴位置(X₁₈₀，Y₁₈₀)；

i、成像探测系统计算光轴位置(X₀，Y₀)和(X₁₈₀，Y₁₈₀)的中心点位置(X＇，Y＇)，并获得角度差值Δ₂，位置(X＇，Y＇)即为目标跟踪过程中跟踪快反镜的闭环零点；

精调过程包括有以下步骤：

j、望远镜方位机架从0度位置旋转至180度位置，在此过程中电调镜实时闭环使得准直校准光束成像于位置(X＇，Y＇)，同时机上激光收发装置探测发射光束，记录机架0度和180度的光轴位置(x₀＇，y₀＇)和(x₁₈₀＇，y₁₈₀＇)，计算中心点位置(x_avg＇，y_avg＇)，并获得角度差值Δ₃；

k、根据望远镜系统实际工作过程中的跟踪瞄准精度要求，确定以角度误差Δ＇作为判定依据，若Δ₃不大于Δ＇，记录并保持发射瞄准镜位置；若Δ₃大于Δ＇，则调节发射瞄准镜使得发射光束成像于位置(x_avg＇，y_avg＇)，重复步骤j，直至Δ₃不大于Δ＇，记录并保持发射瞄准镜位置；

l、电调镜重新加载到粗调步骤e的最终记录位置；

m、关闭机上激光收发装置发射准直校准光束，关闭发射光束，完成校准工作。