CN113029198A - 跟踪精度测量仪校准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学计量与测量技术领域，具体涉及一种跟踪精度测量仪校准装置，包括：平行光管阵列、跟踪精度探测器组、精密可调轴系和计算机采集处理系统；平行光管阵列用于接收、对准和无畸变聚焦被校准跟踪精度测量仪发出的光信号，将光信号会聚到跟踪精度探测器组的光敏面上；跟踪精度探测器组用于探测来自平行光管阵列的光信号，并转换输出电信号；精密可调轴系用于对平行光管阵列和跟踪精度探测器组进行支撑和高精度调节；计算机采集处理系统用于采集跟踪精度探测器组输出的电信号，进行数据分析处理和存储。其具有工作波长范围宽、动态范围大、跟踪精度特性参数精确测量等主要功能和特点，满足武器型号光电系统跟踪精度测量仪的测量校准需求。

Description

跟踪精度测量仪校准装置
技术领域
本发明属于光学计量与测量技术领域，具体涉及一种跟踪精度测量仪校准装置。
背景技术
光电搜索跟踪系统是将红外热像仪和可见光电视，以及激光测距和指示系统安装在两轴或多轴陀螺稳定平台上的集光学搜索、跟踪及瞄准功能为一体的光电武器平台。跟踪精度是评价军用光电搜索跟踪系统跟踪能力的关键参数。目前跟踪精度测量仪的代表方法主要有两类：半实物仿真测试方法、现场打靶测试方法，部分单位也采用单项参数的测试和理论计算给出军用光电搜索跟踪系统整机系统的跟踪精度，由于这些已有的跟踪精度测试装置和测试评价方法差别很大，测量结果的准确性和可信度受到质疑。
中国专利CN103090883A公布了一种光电跟踪系统动态跟踪精度校准装置及方法，该装置由信标光分系统、高速图像采集系统和处理分系统组成。信标光分系统产生光斑模拟多种运动方式和运动速度的目标，通过高速图像采集系统对光斑进行采集，从而根据对跟踪精度的测量对光电跟踪系统进行快速、准确的校正。中国专利CN104932541A公布了一种光电跟踪仪方位跟踪精度的检测方法，该装置由无穷远目标发生器、运动平台、电控系统三部分组成。无穷远目标发生器采用大口径离轴反射式平行光管，运动平台由直线运动平台和转台组成，可以实现水平旋转和直线运动，电控系统用来自动控制运动平台的动作。上述专利以及专利CN105589062A描述的门型框架形式的跟踪检测装置和专利CN107478450A描述的旋转臂形式的跟踪精度检测系统等各种跟踪精度测量仪有以下特点：
(1)测试装置和测试评价方法均针对不同跟踪系统的功能特点，测试方法和评价方法均不相同；
(2)测试方法和评价方法没有统一的标准；
(3)均未涉及跟踪精度测量装置或测量仪的校准。
针对上述问题，且随着各类跟踪精度测试设备性能的不断提升，迫切需要研制一种对的跟踪精度测量仪测量精度进行校准的跟踪精度测量仪校准装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术存在的问题，如何提供一种工作波长范围宽、动态范围大、跟踪精度特性参数精确测量等主要功能和特点的跟踪精度测量仪校准装置。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种跟踪精度测量仪校准装置，其包括：平行光管阵列1、跟踪精度探测器组、精密可调轴系3和计算机采集处理系统4；
所述平行光管阵列1用于接收、对准和无畸变聚焦被校准跟踪精度测量仪发出的光信号，将光信号会聚到跟踪精度探测器组的光敏面上；
所述跟踪精度探测器组用于探测来自平行光管阵列1的光信号，并转换输出电信号；
所述精密可调轴系3用于对平行光管阵列1和跟踪精度探测器组进行支撑和调节；
所述计算机采集处理系统4用于采集跟踪精度探测器组输出的电信号，进行数据分析处理和存储。
其中，所述平行光管阵列1包括若干个平行光管。
其中，所述平行光管阵列1是在0°～90°范围内布局10个平行光管，从而组成阵列；每个平行光管均安装在精密可调轴系3上；
每个平行光管均对应设置一个跟踪精度探测器2；
所述平行光管阵列1中每一个平行光管和其所对应的跟踪精度探测器2共光轴，光轴指向角度使用经纬仪进行校准。
其中，所述平行光管阵列1中，10个平行光管定义其编号为a至j；
则编号a～c的平行光管之间相互角度间隔较大，用于跟踪精度测试设备在高速旋转时的角速度校准；
编号c～j的平行光管之间相互角度间隔较小，用于跟踪精度测试设备在低速旋转时的角速度校准。
其中，编号a～c的平行光管之间相互角度间隔设置为10°～20°；编号c～j的平行光管之间相互角度间隔设置为小于5°。
其中，根据光谱范围，平行光管内设的准直物镜设置有两套；第一套准直物镜光谱范围为可见光到近红外，第二套准直物镜光谱范围为中波红外。
其中，每个跟踪精度探测器2对应安装于平行光管的焦面上，根据光谱范围分别选择三种探测器对应不同的测试波长；
所述三种探测器包括可见光探测器、近红外探测器、中波红外探测器。
其中，所述计算机采集处理系统4包括数据采集模块、数据分析处理模块和数据存储管理模块；
在参数图像的采集过程中，数据采集模块采集跟踪精度探测器2输出的电信号，输入数据分析处理模块，数据分析处理模块将电信号中的采集图像序列按照对应平行光管的序号进行排序，分析光源在不同时刻的位置信息，分析被校准跟踪精度测量仪对应不同时刻的秒准线角度位置信息，处理得到跟踪精度参数数据；
所述数据存储管理模块对试验的原始数据进行保存；且设置为可以通过数据分析处理模块打开已保存的原始数据，继续对数据进行处理。
其中，所述将电信号中的采集图像序列按照对应平行光管的序号进行排序，具体包括：
1)将采集图像按照光信号来源为编号a～c的平行光管的序号进行排序；
2)将采集图像按照光信号来源为编号a～j的平行光管的序号进行排序；
3)将采集图像按照光信号来源为编号c～j的平行光管的序号进行排序。
其中，所述跟踪精度测量仪校准装置的工作方式为：
校准时，首先调节被校准跟踪精度测量仪的回转面与跟踪精度测量仪校准装置的某一平行光管光轴所在平面重合，然后被校准跟踪精度测量仪开始运动，跟踪精度测量仪校准装置中，平行光管阵列1的平行光管依次接收光信号，接收到光信号的平行光管将光信号输出至处于其焦面的对应跟踪精度探测器2上光敏面，多个跟踪精度探测器2依次记录被校准跟踪精度测量仪光源照射到探测器的时刻，根据每个探测器事先标定好的角度信息以及被照明的时刻，并通过计算机采集处理系统4解算被校准跟踪精度测量仪的角速度信息。
(三)有益效果
本发明提供的跟踪精度测量仪校准装置，具有工作波长范围宽、动态范围大、跟踪精度特性参数精确测量等主要功能和特点。用于测量和校准各类跟踪精度测试设备的角速度，为光电搜索跟踪系统跟踪精度测量仪提供跟踪精度特性参数测试保障，满足武器型号光电系统跟踪精度测量仪的测量校准需求。
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
(1)本发明采用了平行光管阵列的方式来接收、对准和无畸变聚焦被校准跟踪精度测量仪发出的光信号，将光信号会聚到跟踪精度探测器的光敏面上，可涵盖多种类型跟踪精度测量仪的跟踪精度特性参数校准，可校准跟踪精度测量仪光谱范围覆盖可见、近红外、中波红外波段。
(2)本发明平行光管阵列设计两种角度间隔，既可用于跟踪精度测试设备在低速旋转时的角速度校准，又可用于跟踪精度测试设备在高速旋转时的角速度校准，其角速度测量范围可达0.1°/s～100°/s，角加速度测量范围可达0.1°/s2～60°/s2，测量不确定度为Urel＝0.01％。
(3)本发明解决了目前跟踪精度测量装置或测量仪校准的难题，具有测量准确度高、校准装置系统稳定、应用前景广的特点。
附图说明
图1是跟踪精度测量仪校准装置系统示意图。
图2是平行光管阵列示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种跟踪精度测量仪校准装置，如图1所示，其包括：平行光管阵列1、跟踪精度探测器组、精密可调轴系3和计算机采集处理系统4；
如图2所示，所述平行光管阵列1用于接收、对准和无畸变聚焦被校准跟踪精度测量仪发出的光信号，将光信号会聚到跟踪精度探测器组的光敏面上；
所述跟踪精度探测器组用于探测来自平行光管阵列1的光信号，并转换输出电信号；
所述精密可调轴系3用于对平行光管阵列1和跟踪精度探测器组进行支撑和高精度调节；
所述计算机采集处理系统4用于采集跟踪精度探测器组输出的电信号，进行数据分析处理和存储。
其中，所述平行光管阵列1包括若干个平行光管。
其中，所述平行光管阵列1是在0°～90°范围内布局10个平行光管，从而组成阵列；每个平行光管均安装在精密可调轴系3上；
每个平行光管均对应设置一个跟踪精度探测器2；
所述平行光管阵列1中每一个平行光管和其所对应的跟踪精度探测器2共光轴，光轴指向角度使用经纬仪进行校准。
其中，所述平行光管阵列1中，10个平行光管定义其编号为a至j；
则编号a～c的平行光管之间相互角度间隔较大，用于跟踪精度测试设备在高速旋转时的角速度校准；
编号c～j的平行光管之间相互角度间隔较小，用于跟踪精度测试设备在低速旋转时的角速度校准。
其中，编号a～c的平行光管之间相互角度间隔设置为10°～20°；编号c～j的平行光管之间相互角度间隔设置为小于5°。
这样的布局，其角速度的测量范围可达0.1°/s～100°/s、角加速度的可达0.1°/s2～60°/s2；系统测量不确定度Urel＝0.01％，同时对于低速跟踪精度测量仪的校准时间也不至于太长。
其中，根据光谱范围，平行光管内设的准直物镜设置有两套；第一套准直物镜光谱范围为可见光到近红外，第二套准直物镜光谱范围为中波红外。
其中，每个跟踪精度探测器2对应安装于平行光管的焦面上，根据光谱范围分别选择三种探测器对应不同的测试波长；
所述三种探测器包括可见光探测器、近红外探测器、中波红外探测器。
所述精密可调轴系3用于对平行光管阵列1和跟踪精度探测器2进行支撑和高精度调节，选用刚性、温度稳定性好、膨胀系数低的金属材料，具有物理性能稳定、隔振等特性，能对平行光管阵列1和跟踪精度探测器2稳定支撑并在校准过程中可针对每个平行光管进行高精度调节。
其中，所述计算机采集处理系统4包括数据采集模块、数据分析处理模块和数据存储管理模块；
在参数图像的采集过程中，数据采集模块采集跟踪精度探测器2输出的电信号，输入数据分析处理模块，数据分析处理模块将电信号中的采集图像序列按照对应平行光管的序号进行排序，分析光源在不同时刻的位置信息，分析被校准跟踪精度测量仪对应不同时刻的秒准线角度位置信息，处理得到跟踪精度参数数据；
所述数据存储管理模块对试验的原始数据进行保存；且设置为可以通过数据分析处理模块打开已保存的原始数据，继续对数据进行处理。
其中，所述将电信号中的采集图像序列按照对应平行光管的序号进行排序，具体包括：
1)将采集图像按照光信号来源为编号a～c的平行光管的序号进行排序；
2)将采集图像按照光信号来源为编号a～j的平行光管的序号进行排序；
3)将采集图像按照光信号来源为编号c～j的平行光管的序号进行排序。
其中，所述跟踪精度测量仪校准装置的工作方式为：
校准时，首先调节被校准跟踪精度测量仪的回转面与跟踪精度测量仪校准装置的某一平行光管光轴所在平面重合，然后被校准跟踪精度测量仪开始运动，跟踪精度测量仪校准装置中，平行光管阵列1的平行光管依次接收光信号，接收到光信号的平行光管将光信号输出至处于其焦面的对应跟踪精度探测器2上光敏面，多个跟踪精度探测器2依次记录被校准跟踪精度测量仪光源照射到探测器的时刻，根据每个探测器事先标定好的角度信息以及被照明的时刻，并通过计算机采集处理系统4解算被校准跟踪精度测量仪的角速度信息。
所述跟踪精度测量仪校准装置，可校准跟踪精度测量仪光谱范围覆盖可见、近红外、中波红外波段，其角加速度测量范围可达0.1°/s2～60°/s2，角速度测量范围可达0.1°/s～100°/s，测量不确定度为Urel＝0.01％。
进一步的优选方案，所述一种跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于：所述平行光管设计口径为Φ60mm，焦距为340mm，单个平行光管的角度范围±2.5°，角度采样间隔为2′。分划板设计目标图案为狭缝形式，其优点是允许跟踪精度测试设备回转过程中的轴系跳动。
进一步的优选方案，所述一种跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于：所述跟踪精度探测器，在需要校准精度较高的场合时，可采用高速3×30的长条探测器，在探测器前加光栅，光栅的间隔为0.2mm，其优点是光栅通光区域定位准，长条探测器面积较大，对测量光束的纵向跳动不敏感。
实施例1
本实施例中的跟踪精度测量仪校准装置，包括平行光管阵列1和跟踪精度探测器2，校准装置系统示意图如图1所示。校准时，首先，调节跟踪精度测试设备的回转面与跟踪精度测量仪校准装置的光轴所在平面重合；然后，跟踪精度测试设备开始运动，跟踪精度测量仪校准装置中每个平行光管焦面的探测器依次记录跟踪精度测试设备光源照射到探测器的时刻，根据每个探测器事先标定好的角度信息以及被照明的时刻解算跟踪精度测试设备的角速度信息。
根据图2所示，平行光管阵列是在90°内布局10个平行光管组成阵列，每个平行光管安装在支架上，光轴指向角度使用经纬仪进行校准。编号c～j的平行光管相互角度间隔较小，用于跟踪精度测试设备在低速旋转时的角速度校准；编号a～b的平行光管相互角度间隔较大，用于跟踪精度测试设备在高速旋转时的角速度校准。在本优选实施例中，平行光管设计口径为Φ60mm，焦距为340mm，单个平行光管的角度范围±2.5°，角度采样间隔为2′。分划板设计目标图案为狭缝形式，其优点是允许跟踪精度测试设备回转过程中的轴系跳动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，其包括：平行光管阵列(1)、跟踪精度探测器组、精密可调轴系(3)和计算机采集处理系统(4)；
所述平行光管阵列(1)用于接收、对准和无畸变聚焦被校准跟踪精度测量仪发出的光信号，将光信号会聚到跟踪精度探测器组的光敏面上；
所述跟踪精度探测器组用于探测来自平行光管阵列(1)的光信号，并转换输出电信号；
所述精密可调轴系(3)用于对平行光管阵列(1)和跟踪精度探测器组进行支撑和调节；
所述计算机采集处理系统(4)用于采集跟踪精度探测器组输出的电信号，进行数据分析处理和存储。
2.如权利要求1所述的跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，所述平行光管阵列(1)包括若干个平行光管。
3.如权利要求2所述的跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，
所述平行光管阵列(1)是在0°～90°范围内布局10个平行光管，从而组成阵列；每个平行光管均安装在精密可调轴系(3)上；
每个平行光管均对应设置一个跟踪精度探测器(2)；
所述平行光管阵列(1)中每一个平行光管和其所对应的跟踪精度探测器(2)共光轴，光轴指向角度使用经纬仪进行校准。
4.如权利要求3所述的跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，
所述平行光管阵列(1)中，10个平行光管定义其编号为a至j；
则编号a～c的平行光管之间相互角度间隔较大，用于跟踪精度测试设备在高速旋转时的角速度校准；
编号c～j的平行光管之间相互角度间隔较小，用于跟踪精度测试设备在低速旋转时的角速度校准。
5.如权利要求4所述的跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，编号a～c的平行光管之间相互角度间隔设置为10°～20°；编号c～j的平行光管之间相互角度间隔设置为小于5°。
6.如权利要求3所述的跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，根据光谱范围，平行光管内设的准直物镜设置有两套；第一套准直物镜光谱范围为可见光到近红外，第二套准直物镜光谱范围为中波红外。
7.如权利要求6所述的跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，
每个跟踪精度探测器(2)对应安装于平行光管的焦面上，根据光谱范围分别选择三种探测器对应不同的测试波长；
所述三种探测器包括可见光探测器、近红外探测器、中波红外探测器。
8.如权利要求4所述的跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，
所述计算机采集处理系统(4)包括数据采集模块、数据分析处理模块和数据存储管理模块；
在参数图像的采集过程中，数据采集模块采集跟踪精度探测器(2)输出的电信号，输入数据分析处理模块，数据分析处理模块将电信号中的采集图像序列按照对应平行光管的序号进行排序，分析光源在不同时刻的位置信息，分析被校准跟踪精度测量仪对应不同时刻的秒准线角度位置信息，处理得到跟踪精度参数数据；
所述数据存储管理模块对试验的原始数据进行保存；且设置为可以通过数据分析处理模块打开已保存的原始数据，继续对数据进行处理。
9.如权利要求8所述的跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，
所述将电信号中的采集图像序列按照对应平行光管的序号进行排序，具体包括：
1)将采集图像按照光信号来源为编号a～c的平行光管的序号进行排序；
2)将采集图像按照光信号来源为编号a～j的平行光管的序号进行排序；
3)将采集图像按照光信号来源为编号c～j的平行光管的序号进行排序。
10.如权利要求3所述的跟踪精度测量仪校准装置，其特征在于，所述跟踪精度测量仪校准装置的工作方式为：
校准时，首先调节被校准跟踪精度测量仪的回转面与跟踪精度测量仪校准装置的某一平行光管光轴所在平面重合，然后被校准跟踪精度测量仪开始运动，跟踪精度测量仪校准装置中，平行光管阵列(1)的平行光管依次接收光信号，接收到光信号的平行光管将光信号输出至处于其焦面的对应跟踪精度探测器(2)上光敏面，多个跟踪精度探测器(2)依次记录被校准跟踪精度测量仪光源照射到探测器的时刻，根据每个探测器事先标定好的角度信息以及被照明的时刻，并通过计算机采集处理系统(4)解算被校准跟踪精度测量仪的角速度信息。
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曹海源等: "光电跟踪仪便携式性能检测设备", 《电光与控制》 *
马世帮等: "光电系统多光轴平行性校准方法的研究", 《应用光学》 *

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114593725A (zh) * 2022-02-08 2022-06-07 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种光电跟踪仪跟踪精度测试装置与方法
CN114593725B (zh) * 2022-02-08 2023-12-01 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种光电跟踪仪跟踪精度测试装置与方法

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