CN107102337B - 随动式激光半主动方位测量装置的视场补偿测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种增大方位测量装置的视场、提高系统目标探测能力的随动式激光半主动方位测量装置的视场补偿测量方法，属于激光半主动方位测量装置探测技术领域。本发明包括：步骤一：利用四象限光电探测器获取入射至所述方位测量装置的激光定位系统的目标激光回波；步骤二：当四象限光电探测器的光敏面形成月牙形光斑，则根据该四象限光电探测器的输出电压，获取此时目标激光回波与弹体中心轴的角度α：V1、V2、V3和V4分别为四象限光电探测器的四路输出电压，该四路输出电压与四象限探测器光敏面的月牙形光斑的面积S′APD和圆形光斑面积S的关系为：
Figure DDA0001298109510000011
S′APD的表达式中带有变量α，其他变量均为已知。本发明显著增大方位测量装置探测视场，提高系统目标探测能力。

Description

随动式激光半主动方位测量装置的视场补偿测量方法
技术领域
本发明涉及一种视场补偿测量方法，属于激光半主动方位测量装置探测技术领域。
背景技术
目前的随动式激光半主动方位测量装置由激光探测子系统和随动子系统组成，随动子系统可以驱动激光探测子系统的光轴在偏航方向和俯仰方向进行转动。但是当弹体1对目标散射回波存在遮挡现象时，在光电探测器光敏面形成的光斑为月牙形光斑，用通用的和差比幅算法将解算出错误的目标方位信息，限制了激光方位测量装置的视场，严重影响了系统的目标探测能力。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种增大方位测量装置的视场、提高系统目标探测能力的随动式激光半主动方位测量装置的视场补偿测量方法。
本发明的随动式激光半主动方位测量装置的视场补偿测量方法，所述方法包括：
步骤一：利用四象限光电探测器获取入射至所述方位测量装置的激光定位系统2的目标激光回波；
步骤二：当四象限光电探测器的光敏面形成月牙形光斑，则根据该四象限光电探测器的输出电压，获取此时目标激光回波与弹体1中心轴的角度α：
Figure BDA0001298109490000011
其中，V1、V2、V3和V4分别为四象限光电探测器的四路输出电压，θ为激光定位系统2的光轴与弹体1中心轴之间的最大角度，β为当目标激光回波被弹体1完全遮住时，目标激光回波与弹体1中心轴的角度；
r为四象限光电探测器半径，D为方位测量装置孔径，R为弹体1入瞳的大小；
ψ与月牙形光斑的圆心角与为组角，Ω与ψ互为补角；
Figure BDA0001298109490000021
Figure BDA0001298109490000022
优选的是，所述步骤一为，利用透镜将激光定位系统2前的目标激光回波汇聚到四象限光电探测器的光敏面上。
优选的是，所述θ和β均通过弹体1的结构计算获得或者直接测量获得。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明的有益效果在于，本发明无需对现有随动式激光半主动方位测量装置的结构做改变，仅仅通过加入补偿和读取光轴角度，即可以使激光定位系统2在月牙形光斑的情况下依然可以完成目标方位信息测量，显著增大方位测量装置探测视场，提高系统目标探测能力。
附图说明
图1为月牙形光斑随目标激光回波方向变化示意图；
图2为四象限光电探测器光敏面上的月牙形光斑的形成原理图。
图3为月牙形光斑的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的随动式激光半主动方位测量装置的视场补偿测量方法；如图1所示，方位测量装置位于弹体1之后，激光定位系统2位于方位测量装置前方，用于接收目标反射回来的激光回波，根据返回的激光回波，确定目标的方位信息。现有方法中，能够确定方位测量装置的最大视场为2θ，θ为激光定位系统2的光轴与弹体1中心轴之间的最大角度，入射激光定位系统2的激光回波形成的光斑为圆形光斑；
当目标激光回波方向与激光定位系统2的光轴之间角度较大时，且激光定位系统2的光轴距离弹体1的中心轴已经转动到了最大角度，此时由于弹体1的阻挡作用，激光回波有一部分被弹体1遮挡。在光学透镜的表面将形成一个月牙形光斑，如图2所示。随着激光回波的入射方向与激光定位系统2的光轴夹角不断增大，月牙形光斑呈现不同的形状和面积。通过光学透镜的汇聚作用，在四象限光电探测器的光敏面上也将形成一个月牙形光斑。
而月牙形光斑形成的条件为：θ<α<β，当目标激光回波被弹体1完全遮住时，无激光汇聚到四象限光电探测器的光敏面上，β为此时目标激光回波与弹体1中心轴的角度；
θ和β均可通过弹体1的结构计算获得或者直接测量获得。
根据上述论述，本实施方式通过在形成牙形光斑的光轴角度范围内对方位测量装置视场进行补偿；
如图3所示的月牙形光斑示意图，设定中间变量Ω和ψ，ψ与月牙形光斑的圆心角与为组角：∠AO’B，Ω与ψ互为补角:∠AOB；
Figure BDA0001298109490000031
Figure BDA0001298109490000032
D为方位测量装置孔径，R为弹体1入瞳的大小，r为四象限光电探测器半径；
根据图3，月牙形光斑的面积S1表示为：
Figure BDA0001298109490000041
上述即为激光定位系统2前镜面上月牙形光斑的面积。如果需要解算出公式三中目标激光回波与弹体1中心轴的角度α，则需要知道四象限探测器光敏面上的光斑能量分布。由于激光定位系统2的要求，当光斑为圆形光斑时，光斑的直径d相当于四象限光电探测器的半径r，即圆形光斑的面积S表示为：
Figure BDA0001298109490000042
当激光回波覆盖整个光学系统时，光学透镜组上的光斑面积Slens与四象限探测器光敏面上的光斑面积SAPD之比为：
Figure BDA0001298109490000043
则位于四象限探测器光敏面的月牙形光斑的面积S′APD为
Figure BDA0001298109490000044
V1、V2、V3和V4分别为四象限光电探测器的四路输出电压，该四路输出电压与四象限探测器光敏面的月牙形光斑的面积S′APD和圆形光斑面积S的关系为：
Figure BDA0001298109490000045
公式四和公式六代入公式七，则：
Figure BDA0001298109490000046
本实施方式的补偿方法包括：
步骤一：利用四象限光电探测器获取入射至所述方位测量装置的激光定位系统2的目标激光回波；
步骤二：当四象限光电探测器的光敏面形成月牙形光斑，则根据该四象限光电探测器的输出电压，根据公式八，获取此时目标激光回波与弹体1中心轴的角度α。
通过本实施方式的方法，可以将随动式激光半主动方位测量装置的视场由2θ增大到2β，一定存在β>θ。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (3)

1.一种随动式激光半主动方位测量装置的视场补偿测量方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：利用四象限光电探测器获取入射至所述方位测量装置的激光定位系统的目标激光回波；
步骤二：当四象限光电探测器的光敏面形成月牙形光斑，则根据该四象限光电探测器的输出电压，获取此时目标激光回波与弹体中心轴的角度α：
Figure FDA0002198285040000011
其中，V1、V2、V3和V4分别为四象限光电探测器的四路输出电压，θ为激光定位系统的光轴与弹体中心轴之间的最大角度，β为当目标激光回波被弹体完全遮住时，目标激光回波与弹体中心轴的角度；r为四象限光电探测器半径，D为方位测量装置孔径，R为弹体入瞳的大小；ψ与月牙形光斑的圆心角为组角，Ω与ψ互为补角；
Figure FDA0002198285040000012
Figure FDA0002198285040000013
结合公式1、公式2和公式3，求取α。
2.根据权利要求1所述的随动式激光半主动方位测量装置的视场补偿测量方法，其特征在于，所述步骤一，进一步包括：利用透镜将激光定位系统前的目标激光回波汇聚到四象限光电探测器的光敏面上。
3.根据权利要求1或2所述的随动式激光半主动方位测量装置的视场补偿测量方法，其特征在于，所述θ和β均通过弹体的结构计算获得或者直接测量获得。
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