一种光电跟踪性能检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可便携检测装置的光电跟踪性能检测方法。它对待测设备的跟踪范围、跟踪速度和跟踪精度等指标进行测试。本发明专利技术为光电跟踪系统提供了大范围、机动性强的动态跟踪靶标，同时可模拟光轴的微振动干扰，且测试系统结构简单，易于搭建和携带，可在不同场合下灵活使用。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术涉及光电设备的检测技术，具体涉及，可用于空间激光通信等系统中的光电跟踪终端的性能检测。
技术介绍
:光电跟踪设备广泛用于非合作目标跟踪、合作目标的双向通信等场景，其跟踪性能是系统的重要指标。以空间平台下的用于空地光通信的光电跟踪终端为例，其面临平台微振动等复杂环境，同时又要保证很高的跟踪精度，因此有必要在地面对其性能进行充分的检测。对光电跟踪设备进行性能检测的关键在于提供合适的动态靶标和模拟真实的工作环境。一般认为动态靶标分为跟踪靶标和测量靶标，前者仅模拟动态空间目标，后者还可以精确测定任意时刻靶标的空间角度，用来标定待测设备的测量精度。对工作环境的模拟主要包括对终端所处的平台运动状态、热环境、大气湍流、激光的远距离传输和远场分布等因素的模拟。目前最常见的光电跟踪性能检测方法有两种，一是旋转靶标法，二是利用平行光管加光束偏转机构。旋转祀标法由旋转电机带动平行光管转动，通过反射镜形成旋转光锥，被测设备位于光锥顶点。这种方法应用广泛，可提供跟踪和测量靶标，但其结构庞大，控制复杂，且运动 轨迹单一。第二种方法利用平行光管产生平行光，在光路中间加入双棱镜等光束偏转机构使得光束发生偏折，产生二维运动轨迹。此方法常用来模拟激光的远场分布，检测系统的光学性能，但其运动轨迹范围较小，机动性差，对跟踪性能的检测不够充分。另外一种与本专利技术较为接近的方法是利用激光光束在幕墙上的反射作为动态靶标。(参见张波，检测光电跟踪测量设备的激光模拟空间目标[J].光电子?激光，2003，14(3) =324-326.)这种方法利用激光的准直特性，直接将激光器产生的激光光束打在幕墙上，模拟空间目标。激光器安装于两轴转台上，转台按编程规律运动，形成空间目标轨迹。待测设备跟踪靶标后，根据空间位置关系来计算其跟踪指向精度。由于不考虑光束的远场分布，该方法未使用平行光管，因而结构简单，控制灵活，且目标轨迹的动态范围大，机动性强。但此方法存在以下两个问题:第一，无法对光电跟踪设备所处平台的微振动干扰进行模拟。以星载跟踪终端为例，卫星平台的动量轮运动造成的微振动会对跟踪精度造成一定影响，有必要对其进行相应的模拟和检测。第二，该方法针对的对象是光电跟踪测量设备，因此它将检测系统作为测量靶标，即利用激光器转台的测角值和设备的空间位置关系来计算空间目标的位置真值，以待测设备跟踪时的自身角度作为测量值，从而对待测设备的指向精度进行检测。此方法依赖于对空间位置的精确测量与标定，以及检测设备和被测设备之间的准确的时间同步，并且要求检测设备的测角精度高于被测设备。这使得测试系统难于搭建和标定，当待测光电跟踪设备的自身精度较高时无法采用该检测方法。
技术实现思路
:本专利技术的目的是提出，它在提供大范围、机动性强的动态跟踪靶标的同时，同时能够模拟平台的微振动干扰，解决了对光电跟踪设备进行动态跟踪性能检测的问题。本专利技术的装置构成如附图1所示，包括:二维靶标转台1，靶标转台驱动器2，靶标转台控制计算机3，俯仰轴工作平面4，激光器5，激光器电源6，音圈电机快速指向镜7，音圈电机驱动控制器8，漫反射屏9，待测光电跟踪设备10。其中:二维靶标转台I为双U型架结构，分别在方位和俯仰两个维度转动，俯仰轴工作平面4的表面具有孔距25mm的M6螺纹孔阵列；俯仰轴工作平面4上安放激光器5，激光器5的出射光轴与俯仰轴轴线平行；音圈电机快速指向镜7固定安放在俯仰轴工作平面4的中心，其基准法线方向与激光器出射光轴呈45°夹角，激光光束经其反射后沿着垂直于俯仰轴轴线的方向出射；在音圈电机驱动控制器8的作用下,音圈电机快速指向镜7在基准方向的基础上产生高频小角度的二维偏转，使得激光束在原有方向上发生微小偏折；激光束由快速指向镜反射后打在漫反射屏9上，形成靶标光斑；二维靶标转台I和待测光电跟踪设备10的中心位置保持同一水平高度，且二者连线与漫反射屏9所在平面平行。工作时，二维靶标转台I带动俯仰轴工作平面4及上面安放的激光器5和音圈电机快速指向镜7在方位轴和俯仰轴方向进行大范围转动，使得漫反射屏9上的靶标光斑产生大范围运动，模拟动态靶标与待测光电跟踪设备10之间的相对运动；在此基础上，音圈电机快速指向镜7进行高频小角度二维偏转，改变激光束出射方向，使得漫反射屏9上的靶标光斑产生小范围抖动，模拟待测光电跟踪设备10的光轴所受到的微振动干扰。结合上述装置，本专利技术的检测方法如下:I)跟踪范围测试，具体步骤为:1.1令待测光电跟踪设备10捕获漫反射屏9上的激光光斑；1.2 二维靶标转台I带动激光光斑在方位轴或者俯仰轴方向做低速单向运动，待测光电跟踪设备10跟踪激光光斑；1.3当待测光电跟踪设备10的运动机构达到边界而丢失激光光斑时的角度测量值即为该方向上的跟踪范围极限值；2)最大瞬时捕获角速度测试，具体步骤为:2.1令待测光电跟踪设备10处于扫描或凝视捕获状态；2.2 二维靶标转台I带动激光光斑从一侧进入待测光电跟踪设备10的扫描或凝视范围，观察其是否能瞬间捕获并跟踪；2.3逐渐增大激光光斑运行的角速度，当待测光电跟踪设备10无法瞬间捕获光斑时的角速度测量值即为该方向上的瞬时捕获角速度极限值；3)最大跟踪角速度测试，具体步骤为:3.1令待测光电跟踪设备10捕获漫反射屏9上的激光光斑；3.2 二维靶标转台I带动激光光斑在方位轴或者俯仰轴方向做单向运动，待测光电跟踪设备10跟踪激光光斑；3.3逐渐增大光斑运行的角速度，当待测光电跟踪设备10丢失光斑时的角速度测量值即为该方向上的跟踪角速度极限值；4)跟踪带宽测试，具体步骤为:4.1令待测光电跟踪设备10捕获漫反射屏9上的激光光斑；4.2 二维靶标转台I带动激光光斑按照一定频率和振幅的正弦曲线运动，待测光电跟踪设备10跟踪激光光斑；4.3逐渐增大正弦曲线的频率，当待测光电跟踪设备10丢失光斑时的正弦曲线频率值即为其跟踪带宽指标；5)微振动干扰测试，具体步骤为:5.1令二维靶标转台I处于零位位置，并保持静止；5.2开启音圈电机快速指向镜7，令其产生特定频率和幅度的小角度偏转，使光轴出射方向发生抖动，并令待测光电跟踪设备10跟踪激光光斑；5.3记录待测光电跟踪设备10的跟踪探测器脱靶量，计算跟踪误差，改变音圈电机快速指向镜7的工作频率，通过扫频方式得到跟踪误差与干扰频率的关系；5.4当跟踪误差 的幅度与扰动幅度相等时，此时的扰动频率为待测光电跟踪设备10的干扰抑制带宽；6)跟踪精度测试，具体步骤为:6.1令待测光电跟踪设备10捕获漫反射屏9上的激光光斑；6.2 二维靶标转台I带动激光光斑按照特定轨迹运动，待测光电跟踪设备6.3跟踪激光光斑，并依据跟踪探测器的脱靶量指标来计算待测光电跟踪设备10的跟踪精度，测试特定的相对运动对跟踪精度的影响；6.4在上述基础上令音圈电机快速指向镜7产生符合特定振动功率谱的微振动干扰，依据跟踪探测器的脱靶量指标来计算待测光电跟踪设备10的跟踪精度，测试特定功率谱下的微振动对跟踪精度的影响。本专利技术有如下有益效果:采用漫反射屏上的激光光斑作为动态跟踪靶标，利用二维靶标转台产生大范围、机动性强的运动轨迹，同时利用音圈电机快速指向镜使光束产生高频小角度抖动，不仅可以模拟靶标与待测设备的相对运动，还可模拟光轴的微振动干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电跟踪性能检测方法，它基于包括有二维靶标转台(1)，靶标转台驱动器(2)，靶标转台控制计算机(3)，俯仰轴工作平面(4)，激光器(5)，激光器电源(6)，音圈电机快速指向镜(7)，音圈电机驱动控制器(8)和漫反射屏(9)的便携的光电跟踪性能检测装置实现的，其特征在于检测方法如下：1)跟踪范围测试，具体步骤为：1.1令待测光电跟踪设备(10)捕获漫反射屏(9)上的激光光斑；1.2二维靶标转台(1)带动激光光斑在方位轴或者俯仰轴方向做低速单向运动，待测光电跟踪设备(10)跟踪激光光斑；1.3当待测光电跟踪设备(10)的运动机构达到边界而丢失激光光斑时的角度测量值即为该方向上的跟踪范围极限值；2)最大瞬时捕获角速度测试，具体步骤为：2.1令待测光电跟踪设备(10)处于扫描或凝视捕获状态；2.2二维靶标转台1带动激光光斑从一侧进入待测光电跟踪设备(10)的扫描或凝视范围，观察其是否能瞬间捕获并跟踪；2.3逐渐增大激光光斑运行的角速度，当待测光电跟踪设备(10)无法瞬间捕获光斑时的角速度测量值即为该方向上的瞬时捕获角速度极限值；3)最大跟踪角速度测试，具体步骤为：3.1令待测光电跟踪设备(10)捕获漫反射屏9上的激光光斑；3.2二维靶标转台(1)带动激光光斑在方位轴或者俯仰轴方向做单向运动，待测光电跟踪设备(10)跟踪激光光斑；3.3逐渐增大光斑运行的角速度，当待测光电跟踪设备(10)丢失光斑时的角速度测量值即为该方向上的跟踪角速度极限值；4)跟踪带宽测试，具体步骤为：4.1令待测光电跟踪设备(10)捕获漫反射屏9上的激光光斑；4.2二维靶标转台(1)带动激光光斑按照一定频率和振幅的正弦曲线运动，待测光电跟踪设备(10)跟踪激光光斑；4.3逐渐增大正弦曲线的频率，当待测光电跟踪设备(10)丢失光斑时的正弦曲线频率值即为其跟踪带宽指标；5)微振动干扰测试，具体步骤为：5.1令二维靶标转台(1)处于零位位置，并保持静止；5.2开启音圈电机快速指向镜(7)，令其产生特定频率和幅度的小角度偏转，使光轴出射方向发生抖动，并令待测光电跟踪设备(10)跟踪激光光斑；5.3记录待测光电跟踪设备(10)的跟踪探测器脱靶量，计算跟踪误差，改变音圈电机快速指向镜(7)的工作频率，通过扫频方式得到跟踪误差与干扰频率的关系；5.4当跟踪误差的幅度与扰动幅度相等时，此时的扰动频率为待测光电跟踪设备(10)的干扰抑制带宽；6)跟踪精度测试，具体步骤为：6.1令待测光电跟踪设备(10)捕获漫反射屏(9)上的激光光斑；6.2二维靶标转台(1)带动激光光斑按照特定轨迹运动，待测光电跟踪设备(10)跟踪激光光斑，并依据跟踪探测器的脱靶量指标来计算待测光电跟踪设备(10)的跟踪精度，测试特定的相对运动对跟踪精度的影响；6.3在上述基础上令音圈电机快速指向镜(7)产生符合特定振动功率谱的微振动干扰，依据跟踪探测器的脱靶量指标来计算待测光电跟踪设备(10)的跟踪精度，测试特定功率谱下的微振动对跟踪精度的影响。...

【技术特征摘要】
1.一种光电跟踪性能检测方法，它基于包括有二维靶标转台(1)，靶标转台驱动器(2)，靶标转台控制计算机(3)，俯仰轴工作平面(4)，激光器(5)，激光器电源(6)，音圈电机快速指向镜(7)，音圈电机驱动控制器(8)和漫反射屏(9)的便携的光电跟踪性能检测装置实现的，其特征在于检测方法如下: . 1)跟踪范围测试，具体步骤为: .1.1令待测光电跟踪设备(10)捕获漫反射屏(9)上的激光光斑；. 1.2 二维靶标转台(I)带动激光光斑在方位轴或者俯仰轴方向做低速单向运动，待测光电跟踪设备(10)跟踪激光光斑； . 1.3当待测光电跟踪设备(10)的运动机构达到边界而丢失激光光斑时的角度测量值即为该方向上的跟踪范围极 限值； . 2)最大瞬时捕获角速度测试，具体步骤为: . 2.1令待测光电跟踪设备(10)处于扫描或凝视捕获状态； . 2.2 二维靶标转台I带动激光光斑从一侧进入待测光电跟踪设备(10)的扫描或凝视范围，观察其是否能瞬间捕获并跟踪； . 2.3逐渐增大激光光斑运行的角速度，当待测光电跟踪设备(10)无法瞬间捕获光斑时的角速度测量值即为该方向上的瞬时捕获角速度极限值； . 3)最大跟踪角速度测试，具体步骤为: . 3.1令待测光电跟踪设备(10)捕获漫反射屏9上的激光光斑； . 3.2 二维靶标转台(I)带动激光光斑在方位轴或者俯仰轴方向做单向运动，待测光电跟踪设备(10)跟踪激光光斑； .3.3逐渐增大光斑运行的角速度，当待测光电跟踪设备(10)丢失光斑时的角速度测量值即为该方向上的跟踪角速度极限...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾建军，白帅，石小丽，王娟娟，杨明冬，秦文，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31