CN113791399A - 一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法及系统 - Google Patents

一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法及系统。该方法包括步骤：调整激光跟踪瞄准装置，使得目标光斑位于四象限探测器的正前方，并且使所述目标光斑分布在所述四象限探测器四个象限的面积相同；满足上述条件后使反馈控制回路开环，锁定伺服机构，继续调整所述激光跟踪瞄准装置围绕其中心轴转动180度；获取转动180度后所述四象限探测器的四个象限的输出信号，根据所述输出信号计算确定所述激光跟踪瞄准装置的失调角，根据所述失调角调整所述伺服机构。本发明可以简单快速地对激光跟踪瞄准装置的误差进行补偿，可以避免重复拆装，节省了人力。

Description

一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法及系统
技术领域
本发明属于激光测试技术领域，更具体地，涉及一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法及系统。
背景技术
在激光瞄准装置中，四象限探测器是光电转换的关键“眼睛”，四象限探测器的每个象限功能上都是光电二极管，根据其工作特性，在一定的反偏电压和入射光的作用下，光电二极管会因受激吸收过程产生电子，形成电流，所形成电流的大小和它所接受的光能量的大小成正比。四象限探测器的4个光电二级管形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4个象限，当光束入射到四象限探测器的光敏表面上，四象限探测器实际输出的是转换后的电压信号。
瞄准装置中，目标激光信号是通过光学系统将光斑汇聚到探测器上，通过比较激光光斑在探测器上的位置分布情况来获取瞄准装置相对于目标的偏差信号。当光斑落到探测器上，会产生四个电压值Va、Vb、Vc、Vd，如图1所示。当光斑中心正好位于探测器中心，光斑分布在四个象限的面积大小一致，四个电压值也同样相同，说明此时激光装置精确对准目标，伺服反馈回路不需要做其他调整。而当激光装置未对准目标时，光斑并不落在探测器中心，探测器产生的四路电压不一致，此时(Va+Vb)-(Vc+Vd)≠0或(Vb+Vd)-(Va+Vc)≠0，进而通过电路处理，程序控制电机，使得探测器在伺服系统的带动下移动，确保四象限输出电压一致。利用四象限输出信号的幅值变化，可以有效地控制瞄准装置不断地自动修正方向，直到准确地瞄准激光目标。
但是在实际激光瞄准装置的生产中，四象限探测器的光学轴无法保障安装在伺服系统的中心，由于一系列安装以及结构公差会不可避免的使激光瞄准装置光学轴与机械轴产生一个角度误差。四象限探测器作为激光瞄准装置光电转换的核心，角度误差会对激光瞄准装置的精度产生影响。另外对探测器进行重复拆装调试也存在操作难度大，耗时周期长等问题。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法及系统，可以简单快速地对激光跟踪瞄准装置的误差进行补偿，可以避免重复拆装，节省了人力。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，应用于激光跟踪瞄准装置，所述激光跟踪瞄准装置包括四象限探测器、伺服机构和反馈控制回路，所述反馈控制回路用于根据所述四象限探测器的输出信号调整所述伺服机构，所述方法包括步骤：
调整所述激光跟踪瞄准装置，使得目标光斑位于所述四象限探测器的正前方，并且使所述目标光斑分布在所述四象限探测器四个象限的面积相同；
满足上述条件后使所述反馈控制回路开环，锁定所述伺服机构，继续调整所述激光跟踪瞄准装置围绕其中心轴转动180度；
获取转动180度后所述四象限探测器的四个象限的输出信号，根据所述输出信号计算确定所述激光跟踪瞄准装置的失调角，根据所述失调角调整所述伺服机构。
优选的，将所述激光跟踪瞄准装置安装在三轴转台上，通过调整所述三轴转台来调整所述激光跟踪瞄准装置。
优选的，所述根据所述输出信号计算确定所述激光跟踪瞄准装置的失调角包括步骤：
按顺时针方向或逆时针方向依次记四个象限分别为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，分别记第一象限、第二象限、第三象限、第四象限的输出信号分别为S1、S2、S3和S4；
计算所述激光跟踪瞄准装置水平方位失调角和俯仰失调角，计算公式为：
Figure BDA0003239723880000021
Figure BDA0003239723880000031
βfw＝a1xfw+b1，
βfy＝a2xfy+b2，
其中，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角，a1、b1、a2、b2为已知常数，k为已知比例系数。
优选的，所述根据所述失调角调整所述伺服机构包括步骤：
获取所述伺服机构旋变零位原始值和电机零位原始值；
根据所述旋变零位原始值和电机零位原始值、以及所述激光跟踪瞄准装置的失调角，计算所述伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值。
优选的，所述伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值的计算公式为：
fwxb0，new＝fwxb0+0.5βfw，
fyxb0，new＝fyxb0+0.5βfy，
fwdj0，new＝fwdj0+0.5βfw，
fydj0，new＝fydj0+0.5βfy，
其中，其中，fwxb0，new、fyxb0，new分别为调整后的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwxb0、fyxb0分别为调整前的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwdj0，new、fydj0，new分别为调整后的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，fwdj0、fydj0分别为调整前的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角。
按照本发明的第二方面，提供了一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿系统，应用于激光跟踪瞄准装置，所述激光跟踪瞄准装置包括四象限探测器、伺服机构和反馈控制回路，所述反馈控制回路用于根据所述四象限探测器的输出信号调整所述伺服机构，所述系统包括：
调整装置，用于调整所述激光跟踪瞄准装置，使得目标光斑位于所述四象限探测器的正前方，并且使所述目标光斑分布在所述四象限探测器四个象限的面积相同；
伺服机构控制模块，用于满足上述条件后使所述反馈控制回路开环，锁定所述伺服机构；
所述调整装置还用于在所述伺服机构锁定后继续调整所述激光跟踪瞄准装置围绕其中心轴转动180度；
控制模块，用于获取转动180度后所述四象限探测器的四个象限的输出信号，根据所述输出信号计算确定所述激光跟踪瞄准装置的失调角，根据所述失调角调整所述伺服机构。
总体而言，本发明与现有技术相比，具有有益效果：通过调整激光跟踪瞄准装置围绕其中心轴转动180度，此时存在的角度误差α会被放大至两倍，根据转动180度之后的输出信号计算失调角，然后通过对伺服机构的参数进行修改补偿，调整调整激光跟踪瞄准装置，这样可以简单快速地对激光跟踪瞄准装置的误差进行补偿，可以避免重复拆装，节省了人力。
附图说明
图1是四象限探测器的示意图；
图2是本发明实施例的激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法的流程图；
图3是本发明实施例的激光瞄准装置与转台轴向示意图；
图4是本发明实施例的激光瞄准装置安装误差示意图。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，应用于激光跟踪瞄准装置，激光跟踪瞄准装置包括四象限探测器、伺服机构和反馈控制回路，反馈控制回路用于根据四象限探测器的输出信号调整伺服机构。
如图1所示，本发明实施例的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，包括步骤：
S1，调整激光跟踪瞄准装置，使得目标光斑位于四象限探测器的正前方，并且使目标光斑分布在四象限探测器四个象限的面积相同。
优选的，将激光跟踪瞄准装置安装在三轴转台上，通过调整三轴转台来调整激光跟踪瞄准装置。
激光跟踪瞄准装置如图3所示，其可以在3个方向上调整。
在室内进行激光跟踪瞄准装置模拟测试，将激光瞄准装置正常安装在三轴转台上，通过激光目标模拟发射器，使激光跟踪瞄准装置正常对准目标光斑。继续控制转台方位轴与俯仰轴使激光跟踪瞄准装置正对着漫反射布上目标光斑位置，此时激光瞄准装置方位与俯仰框架角为零。
S2，满足上述条件后使反馈控制回路开环，锁定伺服机构，继续调整激光跟踪瞄准装置围绕其中心轴转动180度。
利用测试软件控制激光跟踪瞄准装置反馈回路开环，锁定其伺服框架，固定光学系统。理想状态下此时光斑在四象限探测器上的分布应该是均匀分布，即四象限电压(Va+Vb)-(Vc+Vd)＝0或(Va+Vc)-(Vb+Vd)＝0，实际上由于偏差解算出来的激光瞄准装置失调角不为零。
将激光跟踪瞄准装置方位与俯仰失调角通过三轴转台方位与俯仰轴调整至零，假设这个状态为光学零位位置。旋转180前的误差示意图如图4(a)所示，转台三号轴旋转180度如图4(b)，此时解算出来的激光瞄准装置方位失调角βfw，即为两倍的α，俯仰方向上失调角βfy与方位类同。
S3，获取转动180度后四象限探测器的四个象限的输出信号，根据输出信号计算确定激光跟踪瞄准装置的失调角，根据失调角调整伺服机构。
优选的，根据输出信号计算确定激光跟踪瞄准装置的失调角的步骤包括：
按顺时针方向或逆时针方向依次记四个象限分别为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，分别记第一象限、第二象限、第三象限、第四象限的输出信号分别为S1、S2、S3和S4；
计算激光跟踪瞄准装置水平方位失调角和俯仰失调角，计算公式为：
Figure BDA0003239723880000061
Figure BDA0003239723880000062
βfw＝a1xfw+b1，
βfy＝a2xfy+b2，
其中，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角，a1、b1、a2、b2为已知常数，k为已知比例系数。
优选的，根据失调角调整伺服机构包括步骤：
获取伺服机构旋变零位原始值和电机零位原始值；
根据旋变零位原始值和电机零位原始值、以及激光跟踪瞄准装置的失调角，计算伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值。
其中，伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值的计算公式为：
fwxb0，new＝fwxb0+0.5βfw，
fyxb0，new＝fyxb0+0.5βfy，
fwdj0，new＝fwdj0+0.5βfw，
fydj0，new＝fydj0+0.5βfy，
其中，fwxb0，new、fyxb0，new分别为调整后的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwxb0、fyxb0分别为调整前的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwdj0，new、fydj0，new分别为调整后的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，fwdj0、fydj0分别为调整前的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角。
将计算旋变零位和电机零位调整后的电机旋变参数写入伺服软件后可重复旋转转台180度加以验证补偿结果。表1中为部分加以验证的示例数据。
表1
Figure BDA0003239723880000063
Figure BDA0003239723880000071
对数据进行分析，补偿后实际失调角数据满足精度要求。
本发明实施例的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿系统，应用于激光跟踪瞄准装置，激光跟踪瞄准装置包括四象限探测器、伺服机构和反馈控制回路，反馈控制回路用于根据四象限探测器的输出信号调整伺服机构，系统包括：
调整装置，用于调整激光跟踪瞄准装置，使得目标光斑位于四象限探测器的正前方，并且使目标光斑分布在四象限探测器四个象限的面积相同；
伺服机构控制模块，用于满足上述条件后使所述反馈控制回路开环，锁定所述伺服机构；
所述调整装置还用于在所述伺服机构锁定后继续调整所述激光跟踪瞄准装置围绕其中心轴转动180度；
控制模块，用于获取转动180度后四象限探测器的四个象限的输出信号，根据输出信号计算确定激光跟踪瞄准装置的失调角，根据失调角调整伺服机构。
优选的，将激光跟踪瞄准装置安装在三轴转台上，通过调整三轴转台来调整激光跟踪瞄准装置。
优选的，根据输出信号计算确定激光跟踪瞄准装置的失调角包括步骤：
按顺时针方向或逆时针方向依次记四个象限分别为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，分别记第一象限、第二象限、第三象限、第四象限的输出信号分别为S1、S2、S3和S4；
计算激光跟踪瞄准装置水平方位失调角和俯仰失调角，计算公式为：
Figure BDA0003239723880000072
Figure BDA0003239723880000073
βfw＝a1xfw+b1，
βfy＝a2xfy+b2，
其中，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角，a1、b1、a2、b2为已知常数，k为已知比例系数。
优选的，根据失调角调整伺服机构包括步骤：
获取伺服机构旋变零位原始值和电机零位原始值；
根据旋变零位原始值和电机零位原始值、以及激光跟踪瞄准装置的失调角，计算伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值。
优选的，伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值的计算公式为：
fwxb0，new＝fwxb0+0.5βfw，
fyxb0，new＝fyxb0+0.5βfy，
fwdj0，new＝fwdj0+0.5βfw，
fydj0，new＝fydj0+0.5βfy，
其中，fwxb0，new、fyxb0，new分别为调整后的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwxb0、fyxb0分别为调整前的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwdj0，new、fydj0，new分别为调整后的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，fwdj0、fydj0分别为调整前的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角。
系统的实现原理、技术效果与上述方法类似，此处不再赘述。
必须说明的是，上述任一实施例中，方法并不必然按照序号顺序依次执行，只要从执行逻辑中不能推定必然按某一顺序执行，则意味着可以以其他任何可能的顺序执行。
本领域的技术人员容易理解，以上所述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 (10)

1.一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，其特征在于，应用于激光跟踪瞄准装置，所述激光跟踪瞄准装置包括四象限探测器、伺服机构和反馈控制回路，所述反馈控制回路用于根据所述四象限探测器的输出信号调整所述伺服机构，所述方法包括步骤：
调整所述激光跟踪瞄准装置，使得目标光斑位于所述四象限探测器的正前方，并且使所述目标光斑分布在所述四象限探测器四个象限的面积相同；
满足上述条件后使所述反馈控制回路开环，锁定所述伺服机构，继续调整所述激光跟踪瞄准装置围绕其中心轴转动180度；
获取转动180度后所述四象限探测器的四个象限的输出信号，根据所述输出信号计算确定所述激光跟踪瞄准装置的失调角，根据所述失调角调整所述伺服机构。
2.如权利要求1所述的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，其特征在于，将所述激光跟踪瞄准装置安装在三轴转台上，通过调整所述三轴转台来调整所述激光跟踪瞄准装置。
3.如权利要求1所述的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，其特征在于，所述根据所述输出信号计算确定所述激光跟踪瞄准装置的失调角包括步骤：
按顺时针方向或逆时针方向依次记四个象限分别为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，分别记第一象限、第二象限、第三象限、第四象限的输出信号分别为S1、S2、S3和S4；
计算所述激光跟踪瞄准装置水平方位失调角和俯仰失调角，计算公式为：
Figure FDA0003239723870000011
Figure FDA0003239723870000021
βfw＝a1xfw+b1，
βfy＝a2xfy+b2，
其中，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角，a1、b1、a2、b2为已知常数，k为已知比例系数。
4.如权利要求1所述的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，其特征在于，所述根据所述失调角调整所述伺服机构包括步骤：
获取所述伺服机构旋变零位原始值和电机零位原始值；
根据所述旋变零位原始值和电机零位原始值、以及所述激光跟踪瞄准装置的失调角，计算所述伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值。
5.如权利要求4所述的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，其特征在于，所述伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值的计算公式为：
fwxb0,new＝fwxb0+0.5βfw，
fyxb0,new＝fyxb0+0.5βfy，
fwdj0,new＝fwdj0+0.5βfw，
fydj0,new＝fydj0+0.5βfy，
其中，fwxb0,new、fyxb0,new分别为调整后的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwxb0、fyxb0分别为调整前的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwdj0,new、fydj0,new分别为调整后的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，fwdj0、fydj0分别为调整前的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角。
6.一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿系统，其特征在于，应用于激光跟踪瞄准装置，所述激光跟踪瞄准装置包括四象限探测器、伺服机构和反馈控制回路，所述反馈控制回路用于根据所述四象限探测器的输出信号调整所述伺服机构，所述系统包括：
调整装置，用于调整所述激光跟踪瞄准装置，使得目标光斑位于所述四象限探测器的正前方，并且使所述目标光斑分布在所述四象限探测器四个象限的面积相同；
伺服机构控制模块，用于满足上述条件后使所述反馈控制回路开环，锁定所述伺服机构；
所述调整装置还用于在所述伺服机构锁定后继续调整所述激光跟踪瞄准装置围绕其中心轴转动180度；
控制模块，用于获取转动180度后所述四象限探测器的四个象限的输出信号，根据所述输出信号计算确定所述激光跟踪瞄准装置的失调角，根据所述失调角调整所述伺服机构。
7.如权利要求6所述的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，其特征在于，将所述激光跟踪瞄准装置安装在三轴转台上，通过调整所述三轴转台来调整所述激光跟踪瞄准装置。
8.如权利要求6所述的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，其特征在于，所述根据所述输出信号计算确定所述激光跟踪瞄准装置的失调角包括步骤：
按顺时针方向或逆时针方向依次记四个象限分别为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，分别记第一象限、第二象限、第三象限、第四象限的输出信号分别为S1、S2、S3和S4；
计算所述激光跟踪瞄准装置水平方位失调角和俯仰失调角，计算公式为：
Figure FDA0003239723870000031
Figure FDA0003239723870000032
βfw＝a1xfw+b1，
βfy＝a2xfy+b2，
其中，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角，a1、b1、a2、b2为已知常数，k为已知比例系数。
9.如权利要求6所述的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，其特征在于，所述根据所述失调角调整所述伺服机构包括步骤：
获取所述伺服机构旋变零位原始值和电机零位原始值；
根据所述旋变零位原始值和电机零位原始值、以及所述激光跟踪瞄准装置的失调角，计算所述伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值。
10.如权利要求9所述的一种激光跟踪瞄准装置光学零位补偿方法，其特征在于，所述伺服机构调整后的旋变零位和电机零位调整后的数值的计算公式为：
fwxb0,new＝fwxb0+0.5βfw，
fyxb0,new＝fyxb0+0.5βfy，
fwdj0,new＝fwdj0+0.5βfw，
fydj0,new＝fydj0+0.5βfy，
其中，fwxb0,new、fyxb0,new分别为调整后的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwxb0、fyxb0分别为调整前的旋变零位对应的旋变发送机方位相位和俯仰相位，fwdj0,new、fydj0,new分别为调整后的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，fwdj0、fydj0分别为调整前的电机零位对应的电机方位相位和俯仰相位，βfw为水平方位失调角，βfy为俯仰失调角。
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