激光測距儀接收視場標(biāo)定及光軸平行度測量的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視場標(biāo)定及測量技術(shù)，特別是指一種基于輔助光源進(jìn)行中心視場標(biāo)定 和接收視場精確測量的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間遠(yuǎn)距離激光測距系統(tǒng)主要應(yīng)用在星載對地激光測高、空間小目標(biāo)測量、空間 交會對接等領(lǐng)域，激光發(fā)射角通常很小，微弧度至毫弧度量級，為了避免背景雜光對探測靈 敏度的影響，接收系統(tǒng)視場角也盡量小，而且接收視場必須與發(fā)射視場高精度匹配，微小的 光軸夾角誤差都會導(dǎo)致遠(yuǎn)距離探測時(shí)回波能量的降低損失和探測概率的降低。因此接收視 場與發(fā)射視場的高精度和高穩(wěn)定度匹配對于空間激光測距系統(tǒng)是非常重要。
[0003] 對于激光測距系統(tǒng)而言，發(fā)射光軸決定了目標(biāo)距離處的光斑位置，為保證回波探 測的高概率與高信噪比，發(fā)射的光斑必須被接收視場所覆蓋，該視場的大小一般由接收系 統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)決定，該視場的指向角則由接收光軸所確定。因此，接收光軸與發(fā)射光軸的 共軸度對激光測距儀性能至關(guān)重要。例如，在星載對地激光測距系統(tǒng)中，工作距離通常為 400km~500km，激光收發(fā)光軸夾角的微小偏差都會導(dǎo)致發(fā)射光斑偏出或者部分偏出接收 視場，從而導(dǎo)致回波信號能量下降乃至丟失，減低探測概率和系統(tǒng)信噪比；在空間小目標(biāo)大 動(dòng)態(tài)范圍激光測距系統(tǒng)中，激光收發(fā)光軸的微小偏差會導(dǎo)致發(fā)射光斑與接收視場偏差隨著 距離的增大不斷增大，因此會影響此種系統(tǒng)的最遠(yuǎn)探測距離，降低探測概率和系統(tǒng)信噪比。
[0004] 因此，激光測距系統(tǒng)地面裝調(diào)測試的時(shí)候需要對光軸匹配性進(jìn)行測量和標(biāo)校，使 得接收光機(jī)系統(tǒng)中心視場與發(fā)射光軸高精度配準(zhǔn)，對中心視場和邊緣視場進(jìn)行標(biāo)定和測 量。此外，系統(tǒng)裝調(diào)完成后，經(jīng)歷各種環(huán)境實(shí)驗(yàn)、室內(nèi)測試、外場測試，受到各種力、熱、電的 環(huán)境影響，準(zhǔn)確的檢測光軸平行度和接收中心視場偏移對于確定系統(tǒng)狀態(tài)是非常重要的。
[0005] 現(xiàn)有的測試方法都是針對收發(fā)光軸的匹配度的測試裝置和方法，不同的激光測距 系統(tǒng)采用的測試裝置和方法均不同，但是針對接收視場的標(biāo)定和測試尚沒有相關(guān)文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用長焦距平行光管、精密刻 度漫透射板和高光束質(zhì)量的輔助光源，能夠?qū)崿F(xiàn)角度偏移量的精確測量和收發(fā)光軸的高匹 配度裝調(diào)，相比其它裝置與方法，可以實(shí)現(xiàn)高精度、定量測量光軸夾角和視場范圍。
[0007] 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0008] 提供一種激光測距儀測量裝置，用于激光測距儀接收中心視場標(biāo)定和測量，或用 于激光測距儀發(fā)射和接收光軸平行度測量，包括輔助標(biāo)定光源、光束整形與精密調(diào)整組件、 漫透射板、功率計(jì)、平行光管、待測激光測距系統(tǒng)及示波器；
[0009] 所述光束整形與精密調(diào)整組件包括激光擴(kuò)束鏡頭、能量衰減器、激光匯聚透鏡和 精密調(diào)整架組成；擴(kuò)束鏡頭、能量衰減器和匯聚透鏡均安裝在三維精密調(diào)整架上；漫透射 板放置在激光匯聚透鏡的焦平面上；
[0010] 所述待測激光測距系統(tǒng)包括激光發(fā)射機(jī)、接收光學(xué)系統(tǒng)、探測及放大電路系統(tǒng)；漫 透射板放置在平行光管的焦平面處，激光發(fā)射機(jī)發(fā)出的激光通過平行光管匯聚后在漫透射 板上形成光斑；
[0011] 輔助標(biāo)定光源（1)發(fā)出的激光光束，經(jīng)過激光擴(kuò)束鏡頭（201)的準(zhǔn)直擴(kuò)束后，調(diào)整 能量衰減器（202)的不同衰減倍率，再耦合到匯聚透鏡（203)中，在漫透射板（3)上形成光 斑，通過平行光管（5)傳輸至接收光學(xué)系統(tǒng)（602)，經(jīng)探測及放大電路系統(tǒng)（603)發(fā)送至示 波器（7);需要測試入射到平行光管（5)內(nèi)的光功率P時(shí)，將功率計(jì)（4)放置在漫透射板（3) 與平行光管（5)之間，距離平行光管（5)焦平面的距離為：d = Dl*f/D2, Dl為功率計(jì)的有 效接收口徑，D2為平行光管的口徑，f為平行光管的焦距。
[0012] 同時(shí)提供一種激光測距儀發(fā)射和接收光軸平行度測量的方法，包括如下步驟：
[0013] 1)待測激光測距系統(tǒng)的收發(fā)光軸平行度裝調(diào)完成后，開啟激光發(fā)射機(jī)，由激光發(fā) 射機(jī)發(fā)出的激光通過平行光管匯聚后在漫透射板上形成光斑A，記錄光斑A的位置；
[0014] 2)關(guān)閉激光發(fā)射機(jī)，開啟輔助標(biāo)定光源，發(fā)出激光光束，經(jīng)過激光擴(kuò)束鏡頭的準(zhǔn)直 擴(kuò)束后，再耦合到匯聚透鏡中，在漫透射板上形成光斑，調(diào)整精密調(diào)整架，使光斑匯聚到漫 透射板的中心，漫透射板的中心即為平行光管焦平面的中心；
[0015] 3)將功率計(jì)（4)放置在漫透射板（3)與平行光管（5)之間，檢測入射到平行光管 (5)內(nèi)的光功率P，功率計(jì)（4)距離平行光管（5)焦平面的距離為：d = Dl*f/D2,其中Dl為 功率計(jì)⑷的有效接收口徑，D2為平行光管（5)的口徑，f為平行光管（5)的焦距；計(jì)算激 光測距系統(tǒng)（6)接收到的模擬回波光功率P'，計(jì)算公式如下：P' =P*D3/D2,其中，D3為激 光測距系統(tǒng)（6)有效接收口徑；設(shè)置衰減倍率，使激光測距系統(tǒng)（6)接收到的模擬回波光功 率P'在其接收回波的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，開啟能量衰減器（202)，并撤離功率計(jì)；調(diào)整三維精密調(diào) 整架（204)使輔助標(biāo)定光源（1)形成的光斑與光斑A的位置重合，漫透射板（3)產(chǎn)生激光 發(fā)射機(jī)(601)的模擬回波；
[0016] 4)開啟接收光學(xué)系統(tǒng)、探測及放大電路系統(tǒng)和示波器，調(diào)節(jié)三維精密調(diào)整架分別 進(jìn)行俯仰和方位向的視場掃描，記錄示波器采集探測及放大電路系統(tǒng)輸出的回波波形，標(biāo) 定中心視場對應(yīng)到漫透射板上的模擬回波焦點(diǎn)；
[0017] 5)計(jì)算漫透射板上的模擬回波焦點(diǎn)與激光發(fā)射像點(diǎn)的相對位移Ad，計(jì)算回波信 號的光軸與發(fā)射光軸的夾角誤差>
;
[0018] 6) Δ Θ在閾值范圍內(nèi)，則判定為收發(fā)光軸平行度裝調(diào)合格；△ Θ超過設(shè)定閾值， 則判定為收發(fā)光軸平行度裝調(diào)不合格，需重新調(diào)整。
[0019] 提供一種激光測距儀接收中心視場標(biāo)定和測量的方法，包括如下步驟：
[0020] 1)待測激光測距系統(tǒng)（6)的收發(fā)光軸平行度裝調(diào)完成后，開啟激光發(fā)射機(jī)（601)， 由激光發(fā)射機(jī)（601)發(fā)出的激光通過平行光管（5)匯聚后在漫透射板（3)上形成光斑A，記 錄光斑A的位置；
[0021] 2)關(guān)閉激光發(fā)射機(jī)（601)，開啟輔助標(biāo)定光源（1)，發(fā)出激光光束，經(jīng)過激光擴(kuò)束 鏡頭（201)的準(zhǔn)直擴(kuò)束后，再耦合到匯聚透鏡（203)中，在漫透射板（3)上形成光斑，調(diào)整 精密調(diào)整架（204)，使光斑匯聚到漫透射板（3)的中心，漫透射板（3)的中心即為平行光管 焦平面的中心；
[0022] 3)將功率計(jì)（4)放置在漫透射板（3)與平行光管（5)之間，檢測入射到平行光管 (5)內(nèi)的光功率P，功率計(jì)（4)距離平行光管（5)焦平面的距離為：d = Dl*f/D2,其中Dl為 功率計(jì)⑷的有效接收口徑，D2為平行光管（5)的口徑，f為平行光管（5)的焦距；計(jì)算激 光測距系統(tǒng)（6)接收到的模擬回波光功率P'，計(jì)算公式如下：P' =P*D3/D2,其中，D3為激 光測距系統(tǒng)（6)有效接收口徑；設(shè)置衰減倍率，使激光測距系統(tǒng)（6)接收到的模擬回波光功 率P'在其接收回波的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，開啟能量衰減器（202)，并撤離功率計(jì)；調(diào)整三維精密調(diào) 整架（204)使輔助標(biāo)定光源（1)形成的光斑與光斑A的位置重合，漫透射板（3)產(chǎn)生激光 發(fā)射機(jī)(601)的模擬