方形输出激光光束弹丸发射轨迹测试系统技术方案

本发明专利技术提供了方形输出激光光束弹丸发射轨迹测试系统，结合了啁啾调制激光信号技术，位置灵敏探测技术，高速光电探测技术，快速调焦激光接收技术和ATP高速二维跟踪转台技术。本发明专利技术选用的啁啾调制式的激光光源，进行方形光束发射，可以有效的消除地面回波对测量结果的干扰，使其可以测量距地面距离大于0.5米的弹丸发射轨迹。本发明专利技术结构设计巧妙，应用于近地高速飞行的弹丸轨迹测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种方形输出激光光束弹丸发射轨迹测试系统，属于激光测量

技术介绍
高速光探测器技术中，由于本征光电二极管(简称PIN)探测器的制作工艺较为简单，而且能够得到非常高的响应速度，因此各种不同响应速度的PIN光电探测器得到极大的发展。位置灵敏探测系统(PSD)是能够连续检测光点位置的非分割型元件，基本原理是基于横向光电效应。由于PSD具有较高灵敏度、良好的瞬态响应特性以及紧凑的结构和简单的处理电路而备受工程界的青睐，在航空对接、精密对中、振动测量等诸多领域得到了应用。位置灵敏探测器PSD (Position Sensitive Device)属于半导体器件，一般做成PN结构，具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点。其工作原理是基于横向光电效应。作为新型器件，PSD已经被广泛应用在位置坐标的精确测量上，如兵器制导和跟踪、工业自动控制或位置变化等
上。ATP高速二维跟踪转台技术，实质上是地面跟踪转台在天文学方面的应用，是实现空间目标的捕获(Acquisition)、跟踪(Tracking)和瞄准(Pointing)的重要设备。其主要完成大范围、高概率和快速空间捕获和两运动平台间高精度视轴对准和动态跟踪。在测量弹丸发射轨迹时，一般采用圆形激光束辐照弹丸目标进行相关信息的测量，回波信息中含地物的杂波信号，该杂波信号对目标信息的测量精度存在干扰问题。
技术实现思路
为了解决在测量弹丸发射轨迹时的地物干扰问题，本专利技术提供了一种方形输出激光光束弹丸发射轨迹测试系统。本专利技术之方形输出激光光束弹丸发射轨迹测试系统，其包括啁啾调制器、放大器 A、加法器、激光器、激光器驱动器、方形光阑、望远镜A、望远镜B、探测器、放大器B、模数转换器A/D、计算机、ATP高速二维跟踪转台、位置灵敏探测系统(PSD)和显示器；其中，啁啾调制器、望远镜A、望远镜B、模数转换器A/D、ATP高速二维跟踪转台和位置灵敏探测系统(PSD)分别与计算机连接；啁啾调制器还与放大器A连接；加法器与放大器A、激光器驱动器和激光器连接；激光器在其输出光束的光轴上依次与方形光阑、望远镜A连接；望远镜B与探测器、放大器B、模数转换器A/D顺次连接；计算机与显示器连接；啁啾调制器、放大器A、加法器、激光器、激光器驱动器、方形光阑、望远镜A、望远镜B、探测器、放大器B、模数转换器A/D和位置灵敏探测系统(PSD)均固定放置在ATP高速4二维跟踪转台上，上述所有装置随ATP高速二维跟踪转台一起转动；啁啾调制器为啁啾调制激光信号发生器，啁啾信号频率为200到800兆赫兹；放大器A为功率放大器，增益带宽为200-800兆赫兹，放大倍率15倍，噪声系数小于3分贝，接收增益大于15分贝；方形光阑对激光光束进行方形整形；望远镜A和望远镜B相同，均为快速调焦激光接收光学系统，镜头采用程控方式由计算机控制，调焦速度200毫秒，光学放大倍率69倍，焦距20-720毫米；快速变焦望远镜调整激光发散角，控制激光束直径；探测器为PIN光电探测器；放大器B为功率放大器，放大倍数100倍，噪声系数小于0.1分贝；计算机中存储有管理及运行软件，因此，使得计算机能进行人机交互、信号处理、 控制和数据计算；ATP高速二维跟踪转台，角度分辨率5毫弧度，响应时间50毫弧度/秒，承载重量100千克；位置灵敏探测系统(PSD)，对高速运动的空间目标方位进行探测；啁啾调制器的信号分为两路，一路进入计算机作为时基信号，同时另一路经放大器A放大，进入加法器与激光器驱动器的信号进行叠加，作为激光器的激励源，激光器产生啁啾调制式的激光信号，该激光信号通过方形光阑整形成方形光束，再通过望远镜A发射出去，望远镜A调整激光发散角，控制激光束直径，辐照待测弹丸目标；望远镜B接收回波信号，回波信号进入探测器转换为电信号，该电信号经放大器B 放大后，通过模数转换器A/D进入计算机；激光器产生啁啾调制式的激光信号发射出去，啁啾信号的相位被距离调制，回波含有距离信息，探测器采用同时探测空间位置和回波相位信息，其响应送入计算机，通过数据解调算法得出测量目标的坐标和速度；在计算机中将回波信号与时基信号进行混频，再通过数据解调算法从混频信号中得到相位的改变量，得到测量距离A χ Δ 炉 4π式中，Δφ为光波往返相位差，λ为光波波长；位置灵敏探测系统(PSD)实时对空间目标进行探测，在目标弹丸飞行过程中的偏移，由位置灵敏探测器(PSD)给出，将信息反馈给计算机，计算机将其方位信号及控制信号送入望远镜Α、望远镜B和ATP高速二维跟踪转台，使目标始终在望远镜A和望远镜B的视场内；目标坐标由ATP高速二维跟踪转台偏移量和探测器响应偏移量同时确定出；采用ATP高速二维跟踪转台进行周期性扫描的方式测定目标的速度，预先在计算机中设置ATP高速二维跟踪转台的扫描范围w和扫描速度V，扫描一次的时间是t = w/v ；通过ATP高速二维跟踪转台的扫描，第一个扫描周期得到目标的距离R1，并记录空间位置；第二个扫描周期得到目标的距离R2，并记录空间位置，则可得到两次测量中目标的转角θ，进而得到两次测量目标运动的直线距离L= (R2)2+(R1)2-2R1R2cos θ，由转角 θ与扫描速度ν得到目标运动的时间T= θ/ν,则可知目标速度V = L/T ；依上述操作步骤，重复多次扫描，得到目标的平均速度；计算得到测试系统与目标之间的距离R和目标速度V可以通过显示器显示，或者打印出来，并通过记录弹丸飞行距离随时间的变化，实现弹丸发射轨迹的测试。所述的在计算机中的软件流程，如图2所示。结合硬件介绍软件流程并说明本专利技术的方形输出激光光束弹丸发射轨迹系统的运行方法的步骤如下执行步骤21，开始，初始化；执行步骤22，在计算机中设置ATP高速二维跟踪转台的扫描范围w和扫描速度ν ；执行步骤23，啁啾调制器的信号分为两路，一路进入计算机作为时基信号，同时另一路经放大器A放大，进入加法器与激光器驱动器的信号进行叠加，作为激光器的激励源， 激光器产生啁啾调制式的激光信号，该激光信号通过方形光阑整形成方形光束；执行步骤Μ，再通过望远镜A发射出去，望远镜A调整激光发散角，控制激光束直径，辐照待测弹丸目标；执行步骤25，望远镜B接收回波信号，回波信号进入探测器后转换为电信号，该电信号经放大器B放大后通过模数转换器A/D进入计算机；若在一个周期内，没有接收到回波信号，则返回步骤22 ；执行步骤沈，激光器产生啁啾调制式的激光信号发射出去，啁啾信号的相位被距离调制，回波含有距离信息，探测器采用同时探测空间位置和回波相位信息，其响应送入计算机，通过数据解调算法得出测量目标的坐标和速度；在计算机中将回波信号与时基信号进行混频，再通过数据解调算法从混频信号中得到相位的改变量，因为光波在传播过程中每传播λ的距离，相位就变化2 π，从而得到距 1 η 息权利要求1. 一种方形输出激光光束弹丸发射轨迹测试系统，其特征在于，其包括啁啾调制器 (1)、放大器AO)、加法器(3)、激光器(4)、激光器驱动器(5)、方形光阑(6)、望远镜A(7)、 望远镜B(8)、探测器(9)、放大器B(10)、模数转换器A/D(ll)、计算机(1 、ATP高速二维跟踪转台(1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高明希，蔡红星，张天幕，任玉，胡馨月，谭见瑶，靳美会，宋宛营，刘杨，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：