CN218994687U - 一种气动光学传输效应模拟测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及航空航天实验技术领域，尤其是涉及一种气动光学传输效应模拟测试系统，包括光学靶标模块、大气环境模拟模块、图像接收模块和存储控制模块；光学靶标模块用于发射出光学信号；大气环境模拟模块用于生成大气云雾环境；光学靶标模拟模块发出的光学信号经过由大气环境模拟模块生成的大气云雾环境由所述图像接收模块接收采集；存储控制模块用于图像存储；所述光学标靶模块包括光纤激光器，所述光纤激光器通过光纤与准直器相连，激光束经过准直器后形成平行光，所述准直器底部设有电动升降台，所述电动升降台底部设有电动位移台。本实用新型能够在地面模拟目标辐射信号的光学传输过程，测量模拟大气环境的气动光学传输效应。

Description

一种气动光学传输效应模拟测试系统

技术领域

本实用新型涉及航空航天实验技术领域，尤其是涉及一种气动光学传输效应模拟测试系统。

背景技术

随着国际形势日益严峻，对我国武器装备的性能提出了更高的要求，“看得清，打得准”是攻防武器的终极追求，如何提高武器装备的探测制导精度是需要解决的关键问题。光学探测是武器装备重要的探测手段，敌方目标必然会辐射出可见光和红外信号，但由于目标辐射信号在大气传输过程中，大气中存在的云雾等介质，会导致信号发生衰减和偏折，使探测器无法接收到目标信号或者难以识别，最终导致探测距离和探测精度降低。因此，研究大气云雾环境的气动光学传输效应对探测能力的提高非常重要。

大气云雾中存在的云滴微粒(包括液体和固体粒子)会对目标光束有反射、吸收、散射和折射作用，导致目标光束产生严重的能量衰减和方向偏移，使得探测系统成像模糊识别困难，探测距离大大缩短。研究大气环境的气动光学传输效应主要可以通过飞行试验、地面试验和数值模拟三种途径开展。飞行试验是最直接的方式，可以对真实大气开展研究，但由于飞行试验成本极其昂贵，且试验状态难以复现，因此局限性很大。数值模拟方法可以采用粒子分布模型来模拟云雾粒子的分布，进而计算其光学传输效应，但是数值模拟采用的粒子分布模型是简化模型，与真实环境仍存在差异，难以验证其准确性。

因此，针对武器装备目标探测气动光学传输效应的地面模拟测试需求，提供一种准确模拟目标辐射信号的光学传输过程的气动光学传输效应模拟测试系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种气动光学传输效应模拟测试系统，能够在地面模拟目标辐射信号的光学传输过程，测量模拟大气环境的气动光学传输效应，研究在不同状态和厚度条件下的气动光学传输规律，为武器装备目标探测的试验模拟提供一种新的试验测试手段。

本实用新型提供一种气动光学传输效应模拟测试系统，包括光学靶标模块、大气环境模拟模块、图像接收模块和存储控制模块；

所述光学靶标模块用于发射光学信号；

所述大气环境模拟模块用于生成大气云雾环境；

所述光学靶标模拟模块发出的光学信号经过由大气环境模拟模块生成的大气云雾环境由所述图像接收模块接收采集；

所述存储控制模块用于图像存储；

所述光学标靶模块包括光纤激光器，所述光纤激光器通过光纤与准直器相连，激光束经过准直器后形成平行光，所述准直器底部设有电动升降台，所述电动升降台底部设有电动位移台。

优选地，所述大气模拟模块包括底部水槽和玻璃框，所述玻璃框罩在所述底部水槽上方，所述玻璃框顶部设有盖板，组成一个密封环境，所述盖板底部设有支架，所述支架上放置有盛有水的雾化水槽，所述雾化水槽内放置有超声波雾化器，完全浸入水中，所述超声波雾化器通过雾化器控制器控制启动及调节功率。

优选地，所述玻璃框底部设有缺口供线缆通过。

优选地，所述底部水槽内装有水，保证系统密封性，同时回收液化的水汽。

优选地，所述电动位移台底部设有支撑装置，使得光学标靶模块离开水面。

优选地，所述图像接收模块包括相机和衰减片，所述衰减片位于所述相机镜头的一侧，所述准直器、所述衰减片和所述相机在一条直线上。

优选地，所述相机的底部设有云台，所述云台底部设有竖直方向升降台，所述竖直方向升降台底部依次设有横向位移台和纵向位移台。

优选地，所述光纤激光器为固体激光器或半导体激光器。

优选地，所述电动升降台和所述电动位移台通过升降位移控制箱控制移动。

优选地，所述玻璃框采用无色透明的有机玻璃。

有益效果：

本实用新型的气动光学传输效应模拟测试系统能够在试验室条件下实现气动光学传输效应的测量，相比于飞行试验成本更低，试验条件控制更加精确，且具有可重复性；相比于数值模拟方法更加贴近真实环境，可信度更高；相比于传统的气动光学风洞试验方法，引入了大气环境传输的影响，拓展了试验模拟的能力，提高了试验模拟的工程应用能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型气动光学传输效应模拟测试系统整体示意图；

图2为本实用新型光学靶标模块的示意图；

图3为本实用新型大气环境模拟模块的示意图；

图4为本实用新型图像接收模块的示意图；

图5为本实用新型经过大气传输后靶标图像的对比图；

图6为本实用新型随着云雾厚度增加的靶标图案对比度变化曲线。

附图标记说明：1-光学靶标模块、2-大气环境模拟模块、3-图像接收模块、4-存储控制模块、5-准直器、6-光纤激光器、7-电动升降台、8-电动位移台、9-升降位移控制箱、10-支撑装置、11-盖板、12-玻璃框、13-底部水槽、14-超声波雾化器、15-雾化水槽、16-支架、17-大气云雾环境、18-雾化器控制器、19-相机、20-衰减片、21-云台、22-竖直方向升降台、23-横向位移台、24-纵向位移台。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

一种气动光学传输效应模拟测试系统，如图1所示，该系统由光学靶标模块1、大气环境模拟模块2、图像接收模块3和存储控制模块4组成。光学靶标模拟模块1发出的光学信号经过由大气环境模拟模块2生成的大气云雾环境，由图像接收模块3接收采集，存储控制模块4负责图像接收模块3中相机的参数设置、采集控制和图像存储。

图2为上述光学靶标模块1的示意图，光学靶标模块1由准直器5、光纤激光器6、电动升降台7、电动位移台8、升降位移控制箱9和支撑装置10组成。准直器5和光纤激光器6构成光学靶标，模拟目标辐射信号，光纤激光器6为固体或半导体激光器，波段为可见光，优选波长532nm，光纤激光器6通过光纤与准直器5相连，激光束经过准直器5后形成平行光，光束直径1～3mm。电动升降台7可以调节激光束的高度，电动位移台8可以调节激光束的前后位置，进而调节光束穿过大气云雾的厚度，升降位移控制箱9控制电动升降台7和电动位移台8的启动和位移。支撑装置10将上述部件支撑起来，使其离开水面。

图3为上述大气环境模拟系统2的示意图，大气环境模拟模块2由盖板11、玻璃框12、底部水槽13、超声波雾化器14、雾化水槽15、支架16和雾化器控制器18组成。盖板11、玻璃框12和底部水槽13组成了封闭的大气云雾环境，盖板11保证系统的密闭性；玻璃框12采用高透过率的有机玻璃，减小光的衰减，底部留有缺口供线缆通过；底部水槽13内装有水，保证系统密封性，同时回收液化的水汽。超声波雾化器14放在雾化水槽15中，完全浸入水中，通过雾化器控制器18控制启动及调节功率，生成的云雾粒子直径在20～40μm之间。雾化水槽15放置在支架16上，悬挂在玻璃框上方，这种方式可以使超声波雾化器14生成的云雾粒子向下沉降，在玻璃框下方后粒子重力与浮力平衡，形成均匀稳定的大气云雾环境17。

图4为上述图像接收系统3的示意图，图像接收系统3由相机19、衰减片20、云台21、升降台22、位移台23和位移台24组成。相机19的光学分辨率不小于600×800，采集频率不小于100Hz，可以获得随时间变化的光学靶标图像。衰减片20可以对激光束能量进行衰减，防止能量过高对相机19的损伤或者图像过曝。云台21、竖直方向升降台22、横向位移台23和纵向位移台24共同组成了六自由度的相机姿态控制系统，可以调节相机19的位置和姿态，使光学靶标信号垂直进入成像芯片。

图5为经过大气传输后靶标图像的对比图，左边为无大气云雾环境的靶标图案，右边为穿过大气云雾环境的靶标图案，定义图像中目标图案的平均灰度与背景平均灰度的比值为目标图像的对比度，可以看出由于大气云雾环境的作用，靶标图像的亮度大大降低，使其与背景灰度接近，目标图像的对比度大大降低，极大地增加了目标识别的难度。

图6为随着云雾厚度增加的靶标图案对比度变化曲线，从图中可以看出随着目标光束穿过的云雾厚度的增加，目标图像的对比度迅速降低，当云雾厚度为50mm时，目标图像的对比度已接近1，此时已经无法从背景中识别出目标。

本实用新型的气动光学传输效应模拟测试系统提供了一种大气环境地面模拟装置和目标辐射信号气动光学传输效应测试系统。大气环境地面模拟装置能够在地面环境模拟大气主要成分(气体和云雾粒子)，云雾粒子通过超声波雾化的方式产生，相比于绝热膨胀造雾，云雾环境更加稳定；相比于蒸发造雾，温度更接近真实；相比于机械造雾，云雾粒子直径更小。而且通过将雾化器悬挂放置，使云雾粒子下沉，生成的云雾更加稳定可控。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，包括光学靶标模块、大气环境模拟模块、图像接收模块和存储控制模块；

所述光学靶标模块用于发射光学信号；

所述大气环境模拟模块用于生成大气云雾环境；

所述光学靶标模块发出的光学信号经过由大气环境模拟模块生成的大气云雾环境由所述图像接收模块接收采集；

所述存储控制模块用于图像存储；

所述光学靶标模块包括光纤激光器，所述光纤激光器通过光纤与准直器相连，激光束经过准直器后形成平行光，所述准直器底部设有电动升降台，所述电动升降台底部设有电动位移台。

2.根据权利要求1所述的气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，所述大气环境模拟模块包括底部水槽和玻璃框，所述玻璃框罩在所述底部水槽上方，所述玻璃框顶部设有盖板，组成一个密封环境，所述盖板底部设有支架，所述支架上放置有盛有水的雾化水槽，所述雾化水槽内放置有超声波雾化器，完全浸入水中，所述超声波雾化器通过雾化器控制器控制启动及调节功率。

3.根据权利要求2所述的气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，所述玻璃框底部设有缺口供线缆通过。

4.根据权利要求3所述的气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，所述底部水槽内装有水，保证系统密封性，同时回收液化的水汽。

5.根据权利要求4所述的气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，所述电动位移台底部设有支撑装置，使得光学标靶模块离开水面。

6.根据权利要求1所述的气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，所述图像接收模块包括相机和衰减片，所述衰减片位于所述相机镜头的一侧，所述准直器、所述衰减片和所述相机在一条直线上。

7.根据权利要求6所述的气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，所述相机的底部设有云台，所述云台底部设有竖直方向升降台，所述竖直方向升降台底部依次设有横向位移台和纵向位移台。

8.根据权利要求1所述的气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，所述光纤激光器为固体激光器或半导体激光器。

9.根据权利要求1所述的气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，所述电动升降台和所述电动位移台通过升降位移控制箱控制移动。

10.根据权利要求2所述的气动光学传输效应模拟测试系统，其特征在于，所述玻璃框采用无色透明的有机玻璃。

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