CN110646865A - 光电设备性能参数检测系统 - Google Patents

Abstract

公开一种光电设备性能参数检测系统，包括目标测试系统与控制系统两大部件；目标测试系统包括黑体系统和目标传输控制系统，用于模拟被测设备接收到的红外辐射，控制系统包括温度控制、电机控制与结果输出三个模块，用于实现对目标测试系统的控制，以及对输出结果的显示。还提供一种相应的一种光电设备性能参数检测方法。本发明的光电设备性能参数检测系统通过对不同环境、不同阶段目标辐射的传输进行探测和标定，给出探测系统光学探测能力的定量指标，便于携带、测试效率较高、适用于极端恶劣的环境条件，且可推广至各种类型的红外探测系统的性能测试当中。

Description

光电设备性能参数检测系统

技术领域

本发明属于光电设备制造及测试技术领域，具体涉及一种光电设备性能参数检测系统。

背景技术

随着21世纪四大发明(激光、计算机、量子、半导体)的问世，无论在军事还是在日常生活中光电探测设备的使用领域都越来越广。光电探测设备本身的性能指标对于设计生产、日常使用、维护、修理等各个环节都十分重要，因此对于光电设备性能指标的检测越发显得重要。光电设备性能参数检测系统给出的性能指标，可以使使用者心中有数，清楚设备是否达标，以及具体哪个设备的哪个指标有问题，用什么方式使用探测设备可以使其探测效果最好等。

其次随着光电探测设备使用频次的增加，其光学性能就会下降，甚至影响其正常工作。另外，环境条件对光电设备的性能发挥影响很大，光电设备出厂的性能指标通常是在其特定的环境条件下给出的，但有些光电设备在实际使用环境下却不能正常工作。

目前市面上对光电设备性能的检测仅仅停留在电气性能方面的检测，不能准确解决问题，往往造成检测良好却性能不佳的状况。因此，一套完善的光学性能检测系统向使用者提供光电设备在实际使用环境中的能力情况，保证最大限度发挥设备的能力是至关重要的。

为了有效检测光电探测设备性能，目前国内外主要集中在两方面研究：一方面是针对系统性能的仿真预测。比如Richard D.B与Jeffrey V.R等人提出了动态性能预测模型(Richard D.Brewer，Jeffrey V.Richard，John D.McGlynn.An IR seeker/sensordynamic performance prediction model[J].SPIE.1995(2470)：89-97.)，L-3通信公司与美国空军实验室及海军航空司令部合作开发了基于系统分析、设计及评估的综合模型(Gerald C.Holst，Keith A.Krapels.Model development and system performanceoptimization for staring infrared search and track(IRST)sensors[C]SPIE，2016，9820：98200B)。另一方面是对光电探测设备测试目标的研制。本世纪初美国SBIR公司研制出红外热场景动态模拟发生器，南京理工大学的王文娟、陈亮等人设计了动目标模拟系统(王文娟.红外搜索跟踪的测试技术研究[D].南京理工大学，2012：3-4.)，中国科学院的关志军、张立平等人设计了双光管新型动态靶标模拟空间目标(关志军.新型动态靶标的研究[D].中国科学院研究生院，2005)。

与上述光电设备性能参数检测系统相比，现有的仿真预测重在检测系统各部件的性能，并不能给出性能下降后的具体指标。现有的光电探测设备测试重点关注于对目标的模拟，而对于测量环境因素的检测数据较少。

实用发明内容

本发明提供一种新型光电设备性能参数检测系统，旨在解决现有的检测系统只能够检测电气性能，并且在使用上没有考虑被检测设备使用环境的问题。

一种光电设备性能参数检测系统，包括目标测试系统与控制系统两大部件；其特征在于：

一、目标测试系统

目标测试系统包括黑体系统和目标传输控制系统，用于模拟被测设备接收到的红外辐射，具体如下：

1)黑体系统

黑体系统由黑体主体、第一温度显示、温度调控模块以及电源四部分组成，用于完成目标红外辐射的模拟；黑体主体的辐射用于模拟目标的辐射，其温度由控制系统自动设置：控制系统通过目标模型模块将温度数值输出给温度调控模块，温度调控模块用于对黑体主体的温度进行控制，其性能决定了黑体主体温度的稳定性和温度分辨率；第一温度显示模块通过自身具有的热电偶传感器获得并显示当前黑体的温度值并将其实时传输给控制系统；电源模块用于给黑体主体供电；

2)目标传输控制系统

目标传输控制系统由衰减片组和平行光管组成，用于实现对大气环境的模拟；衰减片组由不同透过率的衰减片组成的衰减片组、和衰减片转轮组成，用于模拟不同传输距离及气象条件，衰减片转轮用于控制衰减片的转动和定位；控制系统通过电机控制模块输出对衰减片转轮的控制信号，即选定光路中的衰减片；黑体主体输出的红外辐射信号首先进入衰减片组，由衰减片组中被控制系统选定的衰减片对红外辐射信号进行衰减，之后由平行光管对衰减红外辐射信号接收，完成对远距离红外辐射信号的模拟；

平行光管由离轴抛物面镜和平面反射镜组成，用于对黑体红外辐射进行传输；外界点光源的红外辐射光，经小平面反射镜反射至主离轴抛物面镜，主离轴抛物面镜将红外辐射光转化为平行光射出，完成对无穷远处目标红外辐射的模拟；

目标测试系统模拟目标的红外辐射及大气衰减，黑体主体的红外辐射经衰减片组衰减后被平行光管接收，被测设备接收平行光管输出的红外辐射信号；通过不断改变衰减片组的透过率，实现对不同环境的模拟；

二、控制系统

控制系统包括温度控制、电机控制与结果输出三个模块，用于实现对目标测试系统的控制，以及对输出结果的显示，具体如下：

(1)温度控制模块

温度控制模块由目标模型、第二温度显示控件组成，用于实现对黑体温度的自动控制；目标模型包含典型点、面目标的红外辐射信号，操作人员选定目标模型后，目标模型将其计算得到的红外辐射信号对应的温度值T₀传给黑体系统的温度调控模块以实现对黑体系统的温度设置；第二温度显示实时接收黑体系统的第一温度显示控件送出的黑体实时温度值T₁，比较T₀与T₁的大小，如果其差值在一定误差范围内，则操作人员判定黑体主体温度设置正常，确保目标模拟的正确性；

(2)电机控制模块

电机控制模块由电机控制部件、透过率查询控件组成，用于实现对衰减片组的控制；电机控制部件用于实施对衰减片转轮旋转的控制，以便将不同透过率的衰减片选入光路中；默认状态下，光路中选入的衰减片的透过率为0.99，相当于全部透过；电机控制部件还同步触发透过率查询控件，使其查询的结果值与当前光路中选的透过率值一致；当被测设备探测不到目标时，结果输出模块中的电压信号检测模块触发电机控制部件停止工作，透过率控件也停止查询，完成一次检测；

(3)结果输出模块

结果输出模块由大气透过率实验数据库、电压信号检测及最远探测距离控件组成，用于实现检测系统最终的输出结果；大气透过率实验数据库存储有若干张不同气候条件下的实验数据表；

最远探测距离控件用于显示被测设备的最远探测距离、探测一定距离对应的气象条件以及探测概率；电压信号检测模块用于接收被测设备输出的电压信号值，并与被测设备的阈值电压值比较，如果其值小于阈值电压值，则触发电机控制部件停止转动；电机控制部件随即触发透过率控件停止查询；此时，透过率查询控件将其查询结果送入大气透过率实验数据库，通过查询，获得距离值，并将该距离值送入最远探测距离控件显示。

在本发明的一个实施例中，衰减片具体分为两组，每组由十片不同透过率的衰减片组成；每一组安装在一个衰减片转轮上，共需要两个衰减片转轮；衰减片的厚度和直径根据需要确定，透过波长为选定红外波长范围；衰减片转轮的尺寸根据衰减片的尺寸和实际需要确定。

在本发明的一个具体实施例中，每组衰减片的透过率从大到小为：0.99、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1；衰减片的厚度为2mm，衰减片的直径为25.4mm，透过波长为3～5μm；

将表1中不同组合的衰减片选入光路，完成大气环境以及传输距离的模拟；

表1衰减片组匹配数据表

衰减片转轮口径为Ф160mm，定位方式为手动滚珠定位。

在本发明的一个实施例中，平行光管应采用消杂散光的封闭式结构，并有调整机构和可拆装的外盖，便于周期性的光路校准和调整。

在本发明的一个具体实施例中，平行光管长1m，有效口径120mm，焦距650mm，波面变形PV＜λ/5，两反射镜之间距离750mm，采用无应力固定方式，避免变形；离轴抛物面镜偏轴角27.5°，次反射镜偏轴角120°，同时其口径应保证光源组件离焦±20mm时不挡光。

还提供一种光电设备性能参数检测方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：设置模拟目标的温度值、起始透过率等已知量；

第二步：建立临时变量α，并赋初值α₀；

第三步：判断被测设备是否能探测到目标(即比较被测设备输出电压值与其阈值电压的大小)；如果被测设备输出电压值＞其阈值电压，表明能探测到目标，转入第四步；如果被测设备输出电压值＜其阈值电压，表明不能探测到目标，转入第五步；

第四步：以一定的步长(step)减小临时变量α，转入第三步；

第五步：输出相应透过率值+步长(α+step)；

第六步：在大气透过率实验数据库中，查询透过率(α+step)对应的值，即为被测设备的检测结果，检测结束。

在本发明的一个实施例中，光电设备性能参数检测系统对被测设备最大作用距离的测定方法为绝对测量方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：设置变量初始值；即被测设备总数量N₀、模拟目标的温度值T₀、起始透过率α₀；

第二步：建立临时变量N，赋初值N＝N₀，建立临时变量α，赋初值α＝α₀；

第三步：判断临时变量N是否小于1，如果小于1则检测结束，如果不小于1则转入第四步；

第四步：判断是否能探测到目标，如果能探测到目标，则转入第五步；如果不能探测到目标，则转入第六步；

第五步：临时变量α减小step，即减小光路中衰减片组的透过率值，转入第四步；

第六步：将当前透过率α值加step；

第七步：在大气透过率实验数据库中，查询透过率(α+step)对应的作用距离，即为该被测设备的最大作用距离；

第八步：临时变量N减小1，即开始检测第二台被测设备，转入第三步。

在本发明的一个实施例中，光电设备性能参数检测系统对被测设备最大作用距离的测定方法为相对测量方法中的直接测量法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：设置变量初始值：模拟目标的温度值T₀、初始透过率值α₀；

第二步：建立临时变量α，赋初值α＝α₀；

第三步：判断是否能探测到目标，如果不能探测到目标，则转入第五步；如果能探测到目标，则转入第四步；

第四步：临时变量α减小step，即减小光路中衰减片组的透过率，转入第三步；

第五步：将当前透过率α增加step，转入第六步；

第六步：查询大气透过率实验数据库，输出透过率(α+step)在当前环境参数下对应的作用距离，即为被测设备能探测到的最远距离；检测结束。

在本发明的一个实施例中，光电设备性能参数检测系统对被测设备最大作用距离的测定方法为相对测量方法中的间接测量法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：设置变量初始值：模拟目标的温度值T₀、初始透过率值α₀，例如α₀＝0.9；

第二步：建立临时变量α，赋初值α＝α₀；

第三步：判断是否能探测到目标，如果能探测到目标，则转入第五步；如果不能探测到目标，则转入第四步；

第四步：临时变量α减小step，即减小光路中衰减片组的透过率，转入第三步；

第五步：将当前透过率α值加step，转入第六步；

第六步：查询大气透过率实验数据库，输出透过率(α+step)对应的气象条件及作用距离，检测结束。

本发明提供的光电设备性能参数检测系统通过对不同环境、不同阶段目标辐射的传输进行探测和标定，给出探测系统光学探测能力的定量指标，便于携带、测试效率较高、适用于极端恶劣的环境条件，且可推广至各种类型的红外探测系统的性能测试当中。

附图说明

图1是本发明的光学设备性能参数检测系统控制结构示意图；

图2是本发明的黑体系统的结构示意图；

图3是本发明的衰减片组结构示意图；

图4是本发明的平行光管的结构示意图；

图5是本发明的光电设备性能参数检测方法流程图；

图6是本发明的最大作用距离绝对测量流程图；

图7是本发明的最大作用距离相对直接测量流程图；

图8是本发明的最大作用距离相对间接测量流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的光电设备性能检测系统首先依赖于存储的有关目标红外辐射方向性、三视表面积、表面涂层等信息的目标模型，根据所指定的态势，输出相应的红外辐射量，并通过驱动板，调整黑体的温度，改变可变光阑的孔径，实现对目标的红外辐射的模拟，同时也要根据距离信息，改变光阑的孔径，实现在较近距离上的目标像点大小的模拟；其次根据距离的远近和传输条件的不同，通过衰减片的组合改变透过率，模拟不同距离和不同传输条件下的大气衰减；最后接收被测设备发来的探测信息，并输出相应测量结果。

图1示出本发明光电设备性能参数检测系统的控制结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该检测系统包括目标测试系统与控制系统两大部件。

一、目标测试系统的组成与功能

目标测试系统包括黑体系统和目标传输控制系统，用于模拟被测设备接收到的红外辐射，具体如下：

1)黑体系统

如图2所示，黑体系统由黑体主体、第一温度显示、温度调控模块以及电源四部分组成，用于完成目标红外辐射的模拟。黑体主体的辐射用于模拟目标的辐射，其温度由控制系统自动设置：控制系统通过目标模型模块将温度数值输出给温度调控模块，温度调控模块用于对黑体主体的温度进行控制，其性能决定了黑体主体温度的稳定性和温度分辨率。第一温度显示模块通过自身具有的热电偶传感器获得并显示当前黑体的温度值并将其实时传输给控制系统。电源模块用于给黑体主体供电。

温度调控模块的性能指标：

温度范围：(50～999)℃；

温度分辨率：0.1℃；

温度稳定性：±0.5℃/h；

输入方式：热电偶铂电阻；

继电器接点输出：250V AC 3A(带负载)；

电压脉冲输出：0-12V DC；

电流输出：4-20mA DC；

负载电压：100V AC 200V AC；

控制方式：PID智能调节。

2)目标传输控制系统

目标传输控制系统由衰减片组和平行光管组成，用于实现对大气环境的模拟。如图3所示，衰减片组由不同透过率的衰减片和衰减片转轮组成。用于模拟不同传输距离及气象条件。控制系统通过电机控制模块输出对衰减片转轮的控制信号，即选定光路中的衰减片。黑体主体输出的红外辐射信号首先进入衰减片组，由衰减片组中被控制系统选定的衰减片对红外辐射信号进行衰减，之后由平行光管对衰减红外辐射信号接收，用于模拟无究远处的辐射信号。

衰减片是本发明的一个重要组成部分。在本发明的一个实施例中，衰减片具体分为两组，每组由十片不同透过率的衰减片组成。其透过率从大到小为：0.99、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1。每一组安装在一个衰减片转轮上，共需要两个衰减片转轮。每个衰减片的厚度为根据需要确定，例如2mm，透过波长为选定红外波长范围，例如为3～5μm(中波红外)，衰减片的直径根据需要确定，例如为25.4mm。通常，采购货架产品衰减片，因此，衰减片的厚度和直径是通用值。

衰减片转轮用于控制衰减片的转动和定位。其结构类似孚光精仪公司的电动滤光片转轮(编号：FPSMA-SFW-9-25.4)。衰减片转轮的尺寸根据衰减片的尺寸确定。在本发明的一个实施例中，转轮口径为φ160mm，定位方式为手动滚珠定位，定位精度达60″。

如图4所示，平行光管由1个离轴抛物面镜和1个小平面反射镜组成，用于对黑体红外辐射进行传输。其中离轴光学系统要求有较好的抗杂光及产品热辐射的干扰性能。平行光管应采用消杂散光的封闭式结构，并有调整机构和可拆装的外盖，便于周期性的光路校准和调整。外界点光源的红外辐射光，经小平面反射镜反射至主离轴抛物面镜，主离轴抛物面镜将红外辐射光转化为平行光射出，完成对无穷远处目标红外辐射的模拟。

在本发明的一个实施例中，平行光管长1m，有效口径120mm，焦距650mm，波面变形PV＜λ/5，两反射镜之间距离750mm，应采用无应力固定方式，避免变形。离轴抛物面镜偏轴角27.5°，次反射镜偏轴角120°，同时其口径应保证光源组件离焦±20mm时不挡光。

目标测试系统模拟目标的红外辐射及大气衰减，黑体主体的红外辐射经衰减片组衰减后被平行光管接收，被测设备接收平行光管输出的红外辐射信号。通过不断改变衰减片组的透过率，实现对不同环境的模拟，将被测设备输出的电压信号与阈值电压信号比较，可以判断被测设备的性能稳定性，进一步地，通过查询大气透过率实验数据库，可以得出被测设备的最远探测距离。

二、控制系统的组成与功能

如图1所示，控制系统包括温度控制、电机控制与结果输出三个模块，用于实现对目标测试系统的控制，以及对输出结果的显示，具体如下：

1)温度控制模块

温度控制模块由目标模型、第二温度显示控件组成，用于实现对黑体温度的自动控制。目标模型包含典型点、面目标的红外辐射信号，操作人员选定目标模型后，目标模型将其计算得到的红外辐射信号对应的温度值T₀传给黑体系统的温度调控模块以实现对黑体系统的温度设置。第二温度显示实时接收黑体系统的第一温度显示控件送出的黑体实时温度值T₁，比较T₀与T₁的大小，如果其差值在一定误差范围内(±0.1℃)，则操作人员可以判定黑体主体温度设置正常，确保目标模拟的正确性。

2)电机控制模块

电机控制模块由电机控制部件、透过率查询控件组成，用于实现对衰减片组的控制。电机控制部件用于实施对衰减片转轮旋转的控制，以便将不同透过率的衰减片选入光路中。默认状态下，光路中选入的衰减片的透过率为0.99。在本发明的一个实施例中，透过率0.99相当于全部透过。电机控制部件还同步触发透过率查询控件，使其查询的结果值与当前光路中选的透过率值一致。当被测设备探测不到目标时，结果输出模块中的电压信号检测模块触发电机控制部件停止工作，透过率控件也停止查询，完成一次检测。

控制系统中的电机控制模块带动两组衰减片组转动，将表1中不同组合的衰减片选入光路，完成大气环境以及传输距离的模拟。

表1衰减片组匹配数据表

3)结果输出模块

结果输出模块由大气透过率实验数据库、电压信号检测及最远探测距离控件组成，用于实现检测系统最终的输出结果。大气透过率实验数据库存储有若干张不同气候条件下的实验数据表，其格式如表2所示。

表2中维度夏季晴天数据表

最远探测距离控件用于显示被测设备的最远探测距离、探测一定距离对应的气象条件以及探测概率。电压信号检测模块用于接收被测设备输出的电压信号值，并与被测设备的阈值电压值比较，如果其值小于阈值电压值，则触发电机控制部件停止转动。电机控制部件随即触发透过率控件停止查询。此时，透过率查询控件将其查询结果送入大气透过率实验数据库，通过查询，获得距离值，并将该距离值送入最远探测距离控件显示。

本发明对不同态势和不同距离上的红外目标的模拟是通过控制系统调整黑体的温度、光阑的形状、孔径大小和衰减片的组合实现的。控制系统可以通过调节黑体主体中可变光阑的孔径大小，实现对不同角度点源红外辐射的模拟；也可指导黑体主体选择不同的靶型，完成面目标红外辐射的模拟。可变衰减片组制成后需使用标准红外辐射计和黑体进行定标。

本发明还提供一种光电设备性能参数检测方法。具体流程如图5所示。

第一步：设置模拟目标的温度值、起始透过率等已知量；

第二步：建立临时变量α，并赋初值α₀；

第三步：判断被测设备是否能探测到目标(即比较被测设备输出电压值与其阈值电压的大小)。如果被测设备输出电压值＞其阈值电压，表明能探测到目标，转入第四步；如果被测设备输出电压值＜其阈值电压，表明不能探测到目标，转入第五步；

第四步：以一定的步长(step)减小临时变量α，转入第三步。

第五步：输出相应透过率值+步长(α+step)。

第六步：在大气透过率实验数据库中，查询透过率(α+step)对应的值，即为被测设备的检测结果，检测结束。

系统依据不同的检测任务，其检测方法会有稍许变动，本发明结合附图及具体实施对不同的检测方法作进一步描述。

在本发明的一个实例中，光电设备性能参数检测系统可以完成两大功能：一是对被测设备最大作用距离的测定；二是对被测设备探测概率可靠性的判断。本发明的这个实例中，最大作用距离的测定方法有两种：绝对测量和相对测量。相对测量又可以分为两种方法：直接测量法和间接测量法。

绝对测量就是在测试系统所有参数设置相同的情况下，对于不同的被测试设备进行目标发现的测试，测试过程中只是减小衰减片的透过率，直至被测设备探测不能目标为止，则此时衰减片透过率的上一个透过率值对应的作用距离即可认为是该被测试设备的最大探测能力值。不同被测试设备有不同的或相同的值，这样即可互相比较。最大作用距离绝对测量流程如图6所示。

第一步：设置变量初始值。即被测设备总数量N₀、模拟目标的温度值T₀、起始透过率α₀；

第二步：建立临时变量N，赋初值N＝N₀，建立临时变量α，赋初值α＝α₀；

第三步：判断临时变量N是否小于1，如果小于1则检测结束，如果不小于1则转入第四步；

第四步：判断是否能探测到目标，如果能探测到目标，则转入第五步；如果不能探测到目标，则转入第六步；

第五步：临时变量α减小step，即减小光路中衰减片组的透过率值，转入第四步；

第六步：将当前透过率α值加step；

第七步：在大气透过率实验数据库中，查询透过率(α+step)对应的作用距离，即为该被测设备的最大作用距离；

第八步：临时变量N减小1，即开始检测第二台被测设备，转入第三步。

相对测量中的直接测量法：即给定目标、被测设备的高度、速度、环境参数后，检测被测设备的最大作用距离。将透过率为0.99的衰减片选入光路中，开启测试系统，用被测设备探测模拟目标的黑体。如果被测设备无输出，则说明其探测能力很弱，无法正常工作；如果被测设备有输出，则逐渐减小衰减片的透过率值，直到被测设备无输出，记录此刻光路中的透过率值。在大气透过率实验数据库中查询该环境参数条件下，该透过率上一个透过率对应的作用距离值，即为被测设备的最大作用距离。最大作用距离相对直接测量流程如图7所示。

第一步：设置变量初始值：模拟目标的温度值T₀、初始透过率值α₀；

第二步：建立临时变量α，赋初值α＝α₀；

第三步：判断是否能探测到目标，如果不能探测到目标，则转入第五步；如果能探测到目标，则转入第四步；

第四步：临时变量α减小step，即减小光路中衰减片组的透过率，转入第三步；

第五步：将当前透过率α增加step，转入第六步；

第六步：查询大气透过率实验数据库，输出透过率(α+step)在当前环境参数下对应的作用距离，即为被测设备能探测到的最远距离。检测结束。

相对测量中的间接测量法即在相同透过率条件下，通过环境参数进一步确定最大作用距离。与上述方法相同的是，先将透过率为.0.99的衰减片选入光路中，开启测试系统，用被测设备探测模拟目标的黑体。如果被测设备无输出，则说明其探测能力很弱，无法正常工作；如果被测设备有输出，则逐渐减小衰减片的透过率值，直到被测设备无输出，记录此刻光路中的透过率值。与上述方法不同的是，此时查询大气透过率实验数据库，在该透过率上一个透过率对应的作用距离值可能有多个，需要进一步根据测量环境的气象条件确定其中一个值作为该次检测的最大作用距离值。最大作用距离相对间接测量流程图如图8所示。

第一步：设置变量初始值：模拟目标的温度值T₀、初始透过率值α₀；

第二步：建立临时变量α，赋初值α＝α₀；

第三步：判断是否能探测到目标，如果能探测到目标，则转入第五步；如果不能探测到目标，则转入第四步；

第四步：临时变量α减小step，即减小光路中衰减片组的透过率，转入第三步；

第五步：将当前透过率α值加step，转入第六步；

第六步：查询大气透过率实验数据库，输出透过率(α+step)对应的气象条件及作用距离，检测结束。

本发明实例中，被测设备探测概率可靠性判断。黑体系统在控制系统的控制下，按照一定的规律变化，模拟目标的辐射，目标传输控制系统模拟大气传输与距离，将目标辐射信号通过大气衰减后投射给被测设备，控制系统记录下被测设备响应的次数，然后通过设定的试验次数和统计学中最大似然估计法计算其探测概率，进行多次测试后与理论探测概率相比较，若实验概率与理论概率的相对误差在一定范围内，则认为光电探测系统性能稳定；若实验概率远大于理论概率，则认为此光电探测系统性能稳定，而且可靠。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光电设备性能参数检测系统，包括目标测试系统与控制系统两大部件；其特征在于

一、目标测试系统

目标测试系统包括黑体系统和目标传输控制系统，用于模拟被测设备接收到的红外辐射，具体如下：

1)黑体系统

黑体系统由黑体主体、第一温度显示、温度调控模块以及电源四部分组成，用于完成目标红外辐射的模拟；黑体主体的辐射用于模拟目标的辐射，其温度由控制系统自动设置：控制系统通过目标模型模块将温度数值输出给温度调控模块，温度调控模块用于对黑体主体的温度进行控制，其性能决定了黑体主体温度的稳定性和温度分辨率；第一温度显示模块通过自身具有的热电偶传感器获得并显示当前黑体的温度值并将其实时传输给控制系统；电源模块用于给黑体主体供电；

2)目标传输控制系统

目标传输控制系统由衰减片组和平行光管组成，用于实现对大气环境的模拟；衰减片组由不同透过率的衰减片组成的衰减片组、和衰减片转轮组成，用于模拟不同传输距离及气象条件，衰减片转轮用于控制衰减片的转动和定位；控制系统通过电机控制模块输出对衰减片转轮的控制信号，即选定光路中的衰减片；黑体主体输出的红外辐射信号首先进入衰减片组，由衰减片组中被控制系统选定的衰减片对红外辐射信号进行衰减，之后由平行光管对衰减红外辐射信号接收，完成对远距离红外辐射信号的模拟；

平行光管由离轴抛物面镜和平面反射镜组成，用于对黑体红外辐射进行传输；外界点光源的红外辐射光，经小平面反射镜反射至主离轴抛物面镜，主离轴抛物面镜将红外辐射光转化为平行光射出，完成对无穷远处目标红外辐射的模拟；

目标测试系统模拟目标的红外辐射及大气衰减，黑体主体的红外辐射经衰减片组衰减后被平行光管接收，被测设备接收平行光管输出的红外辐射信号；通过不断改变衰减片组的透过率，实现对不同环境的模拟；

二、控制系统

控制系统包括温度控制、电机控制与结果输出三个模块，用于实现对目标测试系统的控制，以及对输出结果的显示，具体如下：

(1)温度控制模块

温度控制模块由目标模型、第二温度显示控件组成，用于实现对黑体温度的自动控制；目标模型包含典型点、面目标的红外辐射信号，操作人员选定目标模型后，目标模型将其计算得到的红外辐射信号对应的温度值T₀传给黑体系统的温度调控模块以实现对黑体系统的温度设置；第二温度显示实时接收黑体系统的第一温度显示控件送出的黑体实时温度值T₁，比较T₀与T₁的大小，如果其差值在一定误差范围内，则操作人员判定黑体主体温度设置正常，确保目标模拟的正确性；

(2)电机控制模块

电机控制模块由电机控制部件、透过率查询控件组成，用于实现对衰减片组的控制；电机控制部件用于实施对衰减片转轮旋转的控制，以便将不同透过率的衰减片选入光路中；默认状态下，光路中选入的衰减片的透过率为0.99，相当于全部透过；电机控制部件还同步触发透过率查询控件，使其查询的结果值与当前光路中选的透过率值一致；当被测设备探测不到目标时，结果输出模块中的电压信号检测模块触发电机控制部件停止工作，透过率控件也停止查询，完成一次检测；

(3)结果输出模块

结果输出模块由大气透过率实验数据库、电压信号检测及最远探测距离控件组成，用于实现检测系统最终的输出结果；大气透过率实验数据库存储有若干张不同气候条件下的实验数据表；

最远探测距离控件用于显示被测设备的最远探测距离、探测一定距离对应的气象条件以及探测概率；电压信号检测模块用于接收被测设备输出的电压信号值，并与被测设备的阈值电压值比较，如果其值小于阈值电压值，则触发电机控制部件停止转动；电机控制部件随即触发透过率控件停止查询；此时，透过率查询控件将其查询结果送入大气透过率实验数据库，通过查询，获得距离值，并将该距离值送入最远探测距离控件显示。

2.如权利要求1所述的光电设备性能参数检测系统，其特征在于，衰减片具体分为两组，每组由十片不同透过率的衰减片组成；每一组安装在一个衰减片转轮上，共需要两个衰减片转轮；衰减片的厚度和直径根据需要确定，透过波长为选定红外波长范围；衰减片转轮的尺寸根据衰减片的尺寸和实际需要确定。

3.如权利要求2所述的光电设备性能参数检测系统，其特征在于，每组衰减片的透过率从大到小为：0.99、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1；衰减片的厚度为2mm，衰减片的直径为25.4mm，透过波长为3～5μm；

将表1中不同组合的衰减片选入光路，完成大气环境以及传输距离的模拟；

表1衰减片组匹配数据表

衰减片转轮口径为Φ160mm，定位方式为手动滚珠定位。

4.如权利要求1所述的光电设备性能参数检测系统，其特征在于，平行光管应采用消杂散光的封闭式结构，并有调整机构和可拆装的外盖，便于周期性的光路校准和调整。

5.如权利要求4所述的光电设备性能参数检测系统，其特征在于，平行光管长1m，有效口径120mm，焦距650mm，波面变形PV＜λ/5，两反射镜之间距离750mm，采用无应力固定方式，避免变形；离轴抛物面镜偏轴角27.5°，次反射镜偏轴角120°，同时其口径应保证光源组件离焦±20mm时不挡光。

6.一种光电设备性能参数检测方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：设置模拟目标的温度值、起始透过率等已知量；

第二步：建立临时变量α，并赋初值α₀；

第三步：判断被测设备是否能探测到目标(即比较被测设备输出电压值与其阈值电压的大小)；如果被测设备输出电压值＞其阈值电压，表明能探测到目标，转入第四步；如果被测设备输出电压值＜其阈值电压，表明不能探测到目标，转入第五步；

第四步：以一定的步长(step)减小临时变量α，转入第三步；

第五步：输出相应透过率值+步长(α+step)；

第六步：在大气透过率实验数据库中，查询透过率(α+step)对应的值，即为被测设备的检测结果，检测结束。

7.基于权利要求1-5的任何一项所述的光电设备性能参数检测系统对被测设备最大作用距离的测定方法，为绝对测量方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：设置变量初始值；即被测设备总数量N₀、模拟目标的温度值T₀、起始透过率α₀；

第二步：建立临时变量N，赋初值N＝N₀，建立临时变量α，赋初值α＝α₀；

第三步：判断临时变量N是否小于1，如果小于1则检测结束，如果不小于1则转入第四步；

第四步：判断是否能探测到目标，如果能探测到目标，则转入第五步；如果不能探测到目标，则转入第六步；

第五步：临时变量α减小step，即减小光路中衰减片组的透过率值，转入第四步；

第六步：将当前透过率α值加step；

第七步：在大气透过率实验数据库中，查询透过率(α+step)对应的作用距离，即为该被测设备的最大作用距离；

第八步：临时变量N减小1，即开始检测第二台被测设备，转入第三步。

8.基于权利要求1-5的任何一项所述的光电设备性能参数检测系统对被测设备最大作用距离的测定方法，为相对测量方法中的直接测量法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：设置变量初始值：模拟目标的温度值T₀、初始透过率值α₀；

第二步：建立临时变量α，赋初值α＝α₀；

第三步：判断是否能探测到目标，如果不能探测到目标，则转入第五步；如果能探测到目标，则转入第四步；

第四步：临时变量α减小step，即减小光路中衰减片组的透过率，转入第三步；

第五步：将当前透过率α增加step，转入第六步；

第六步：查询大气透过率实验数据库，输出透过率(α+step)在当前环境参数下对应的作用距离，即为被测设备能探测到的最远距离；检测结束。

9.基于权利要求1-5的任何一项所述的光电设备性能参数检测系统对被测设备最大作用距离的测定方法，为相对测量方法中的间接测量法，其特征在于包括下列步骤：

第一步：设置变量初始值：模拟目标的温度值T₀、初始透过率值α₀，例如α₀＝0.9；

第二步：建立临时变量α，赋初值α＝α₀；

第三步：判断是否能探测到目标，如果能探测到目标，则转入第五步；如果不能探测到目标，则转入第四步；

第四步：临时变量α减小step，即减小光路中衰减片组的透过率，转入第三步；

第五步：将当前透过率α值加step，转入第六步；

第六步：查询大气透过率实验数据库，输出透过率(α+step)对应的气象条件及作用距离，检测结束。

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