CN102679812B - 激光衍射式多***轴线平行性检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光衍射式多***轴线平行性检测装置，其主要特点是，发射红光、绿光等能被电视探测器探测激光束，激光束经准直后进入衍射光栅器件发生衍射产生衍射光束，其中零级衍射激光的方向与火炮炮管的轴线方向一致，衍射光束经透镜组投影到远处的非合作反射屏上形成衍射像。衍射像经漫反射进入雷达/光电的电视观测装置的视场中成像，从图像中计算衍射像与电十字的角度，经数据处理即可确定火炮与雷达/光电之间轴线平行性误差。本发明的优点是使用时不受平台间基线距离的限制，也可以同时对多个装备之间的轴线平行性进行检测。

Description

激光衍射式多***轴线平行性检测装置

技术领域

本发明属于光电测试技术领域，尤其涉及检测火炮武器***中火炮与雷达/光电等观测跟踪设备之间轴线平行性的一种光电测试仪器。

技术背景

随着自动控制技术和光电技术的发展，现代自行火炮武器***配备了跟踪雷达/光电瞄准装置火控***。跟踪雷达/光电瞄准装置可在较远距离发现和捕获目标并准确确定目标方位，及时将目标信息传递给火炮随动***，通过随动***带动火炮转动方位，调节俯仰角，实施射击，提高了射击精度和火炮的命中精度。而雷达/光电与火炮之间轴线的平行性决定了雷达/光电提供给火炮的目标信息的精度是保证射击精度和命中精度的首要条件之一。因此要对火炮、跟踪雷达、光电瞄准装置之间轴线的平行性进行检测、校准，以保证火炮武器***的射击精度，满足作战需要。

目前检测火炮、跟踪雷达、光电瞄准装置间的轴线平行性的一种方法是在远处架设一个靶板，靶板上标出各个十字刻度线，各十字刻度线的中心距离是火炮、雷达、光电之间的基线距离，通过被测电视探测器或瞄准望远镜观测靶板，瞄准十字刻度线，就可以求出各轴线间平行性误差。然而该方法的不足之处是要求被测装置平台和靶板必须是保持静止，这样才能稳定瞄准。另外，该方法只能用于对特定的装备之间轴线平行性的测量，当装备间的基线距离发生变化时，该方法就不能使用，并且当基线距离比较长时，架设那么大的靶板也不切实际。另一种方法是“瞄星”方法，在晴朗天气的夜晚，火炮、跟踪雷达、光电瞄准装置同时瞄准遥远的同一个星(北极星)来进行平行性检查和标定。该方法尤其适用于多***基线距离比较大的轴线一致性标定，例如火控雷达、光电跟踪装置安装在桅杆上而火炮安装在甲板上的分离式结构的轴线一致性标定，以及舰船上的各***的零位与舰船首尾线一致标定等情况，并且标定精度比较高。但该方法也存在不足之处，即要求被测装备平台必须是静止的，因为北极星是不动的，如果平台摇摆晃动，就没法对准。尤其对于舰船平台，用“瞄星”方法是件很不容易的事情，一般要在风平浪静、还必须是天气良好、能见度高的条件下方可进行。有时为了保证“瞄星”精度，要将舰船开进船坞，这是比较费时费力的事情。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够在防区地面、码头、舰船上对多***尤其火炮武器***中火炮、跟踪雷达/光电跟踪装备之间轴线平行性检测的光电检测装置。

为解决上述技术问题，本发明包括一个激光衍射光发射器、至少一路视频采集电路和图像数据处理模块。所述激光衍射光发射器安插在火炮的炮管内，代表火炮炮管轴线方向，用可以是红光、绿光等能被电视探测器探测的激光作为光源，发射激光束，激光束经扩束准直透镜后变为平行光，然后进入衍射光栅器件发生衍射，产生固定衍射角的衍射光束，其中零级衍射激光的方向与火炮炮管的轴线方向一致，衍射光束经可变焦透镜组投影到远处的非合作反射屏上形成衍射像，调整可变焦透镜组焦距使非合作反射屏上的衍射像清晰。反射屏可以是建设物、广告牌或大型水面舰艇等非合作物体。衍射像经漫反射进入雷达/光电的电视观测装置的视场中成像，电视观测装置的光轴代表了雷达/光电的轴线，电视图像经视频采集电路变成数字图像信号，从该数字图像信号中计算出衍射像与电视电十字之间的像数个数，电十字表示了电视观测装置的光轴，像数的多少就是衍射像与电十字的角度，从已知的固定衍射角度和衍射像与电十字基准的角度通过几何关系确定火炮与雷达/光电之间轴线平行性误差。所述激光衍射光发射器包括有激光源、扩束准直透镜、衍射光栅器件、可变焦透镜组。激光源可以是红光、绿光等能被电视探测器探测的光源。激光束经扩束准直透镜后变为平行光，然后进入衍射光栅器件发生衍射，最后经可变焦透镜组投影到非合作屏后形成衍射像，调整可变透镜组焦距使反射屏上的衍射像清晰。

本发明的使用不受平台间基线距离的限制，基线距离可以很近如火炮、雷达/光电为一体的综合体结构，也可以较远如火炮在甲板上、雷达/光电在桅杆上的分离结构，不用安装、调试，可以随时随地快速进行轴线平行性检测。不用将舰船开到船坞、坦克开到测试台上，只要周围有合适的反射物体即可对轴线进行检测。使用本发明所需要的最近测量距离是能让反射屏上的衍射像进入电视探测器视场，并且成像清楚，不模糊；最远测量距离是只要能让电视探测器探测到衍射像并且有合适面积的非合作反射屏。使用本发明也可以同时对多个装备之间的轴线平行性进行检测，只要增加多路图像采集电路，将各个图像采集模块采集到的角度数据进行数据处理就可以得到多个装备之间的轴线平行性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。

图1是本发明原理示意图。

图2是本发明激光衍射光发射器构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

图1是本发明原理示意图，从装置1发射夹角为θ₀的两束激光10、11，其中激光束10的方向代表平台A1的轴线5，两束激光投射到距离为D处的反射屏4上，形成亮点8、9，被反射屏漫反射后，被平台A2上的电视观测装置探测成像。平台A1与平台A2的基线距离为H。电视电十字位置代表了电视探测器的轴线位置，也是测量时的基准中心。当平台A1与平台A2平行时，轴线即电十字为6，不平行时，假设电十字位置在7，这时平行时的轴线6与不平行时轴线即电十字7存在Δθ，也就是平台A1与A2之间轴线平行性误差。以电十字7为基准中心，可求得亮点9、8的测量角度为θ₁、θ₂，根据几何关系，可以计算出Δθ。

其中：

角所在象限由a，b的符合确定。

$a=\frac{\mathrm{BC}+\mathrm{AD}}{2},$ $b=\frac{\mathrm{BD}-\mathrm{AC}}{2}-\frac{\mathrm{AD}-\mathrm{BC}}{E},$ $c=-\frac{\mathrm{AC}+\mathrm{BD}}{2}$

A＝sin(θ₂)，B＝cos(θ₂)，C＝sin(θ₁)，D＝cos(θ₁)，E＝tan(θ₀)

图2是本发明的一个优选实施例示意图。所述激光衍射光发射器含有激光源12、扩束准直透镜13、衍射光栅器件14、可变焦透镜组15。所述激光源12发射激光光束，经扩束准直透镜13后变为平行光，平行光进入衍射光栅器件14后发生衍射，一级衍射对应的衍射角为θ₀，衍射光经可变焦透镜组15投影到非合作屏4后形成衍射条纹，调整可变焦透镜组15的焦距，使反射屏4上的衍射条纹清晰。根据几何光学可知，以一定角度斜入射的平行光经透镜会聚成像，不管透镜的焦距如何变化，主光线的方向不会改变，这也是本发明成立的前提条件。所述激光源12可以是红光、绿光等能被电视探测的光源，所述衍射光栅器件14选用圆环衍射光栅器件，所述可变焦透镜组15焦距范围100m-1Km。

下面结合本优选实施例叙述本发明的操作使用过程。

在使用本实施例对火炮***进行轴线平行性检测时，首先将激光衍射光发射器***炮管中，激光衍射光发射器的光轴就代表了炮管轴线，然后寻找远处(100m-1Km)合适的反射屏，反射屏可以是建筑物，舰船，广告牌等非合作物体，当找到合适的反射屏后，记录下火炮的方位和俯仰角度数据，将雷达/光电观测装置调到该位置，然后发射激光衍射光，调整可变焦透镜组，使反射屏上的衍射条纹清晰，经反射屏漫反射，这时在雷达/光电的电视探测器视场中出现了该衍射光环，记录下衍射光环像的零级和第一级分别到电十字或十字分划的测量角度θ₁、θ₂，用这两个角度值和第一级衍射角θ₀就可以计算出火炮轴线与雷达/光电轴线平行性误差。为了减小激光衍射光发射器光轴与炮管轴线不一致所产生的***误差，在使用中可以将激光衍射光发射器在炮管中旋转360°，记录不同旋转角度时的测量数据进行统计处理，就可以将***误差消掉，提高测量精度。

虽然本发明是通过示例装置来描述的，但熟悉该领域的专业人员应当知道，在不违背本发明宗旨、范围以及权项的情况下，可以进行添加、删减、更改和替换。

Claims (3)

1.一种激光衍射式多***轴线平行性检测装置，其特征在于，它包括：激光衍射光发射器，它产生夹度为θ₀的两束衍射激光，安插在平台A1上，其中一束光的方向代表平台A1的轴线；图像采集电路，它采集电视观测装置A2的输出图像，输出图像为经远处的非合作屏反射的激光衍射光的像点；数据处理模块，它处理经图像采集电路采集的图像，计算出两束衍射激光像点与电视观测装置A2轴线的夹角θ₁和夹角θ₂，由内置算法(2)得到平台A1与电视观测装置A2轴线的夹角Δθ即平行性，

其中：

角所在象限由a，b的符号确定，

A=sin(θ₂)，B=cos(θ₂)，C=sin(θ₁)，D=cos(θ₁)，E=tan(θ₀) 。

2.根据权利要求1所述的激光衍射式多***轴线平行性检测装置，其特征在于：所述激光衍射光发射器由激光源、扩束准直透镜、衍射光栅器件、可变焦透镜组按顺序连接构成，产生夹角为θ₀的圆环衍射光，衍射光在100m-1Km距离间可成清晰像。 

3.根据权利要求2所述的激光衍射式多***轴线平行性检测装置，其特征在于：所述激光源为红光、绿光等能被电视观测装置探测的激光源，所述可变焦透镜组焦距范围为100m-1Km，所述衍射光栅器件为圆环衍射光栅。 

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