一种外场环境中舰载光电跟踪仪光轴一致性检测方法

2018-05-10阳平

现代导航 2018年2期

阳平

（中国人民解放军92941部队，辽宁葫芦岛 125000）

0 引言

光电跟踪仪是舰炮武器系统重要的探测设备，其主要任务是利用光电传感器探测和跟踪待打击目标，为火控设备提供解算用的目标参数信息。典型的舰载光电跟踪仪集成了电视探测器、红外热像仪和激光测距机。

光轴一致性是指光电跟踪仪光电传感器的光轴相互平行程度[1]。光轴一致性是衡量舰炮武器系统性能的一项重要技术指标，直接影响到武器系统对目标的捕获、瞄准和打击[2]。常用的光轴一致性检测方法分为实验室检测方法和室外检测方法，具体有投影靶板法、激光光轴仪法、五棱镜法、大口径平行光管法和分光路投射法等。目前，实验室检测方法比较成熟，而室外检测方法受环境影响较大，使用受限[3]。在外场试验中，光轴一致性检测是光电跟踪仪的一项重要的静态检测项目。受环境条件和现场仪器设备的限制，在保证检测精度的前提下，外场检测方法越简单越好、所用检测越少越好。本文对常用的投影靶板法进行了分析，指出了该方法的优缺点，并提出一种外场环境中的舰载光电跟踪仪光轴一致性检测方法，该方法所需设备少、操作简便，特别适合靶场使用。

1 光轴一致性的重要性

光电跟踪仪的光轴一致性对于发现概率和跟踪精度等都有直接的影响。如果光轴一致性满足设计要求，那么在红外或电视探测器对目标角跟踪好之后，在激光测距机的测距威力范围内，激光测距机就能够对目标正常测距。目标角跟踪好之后，光轴偏差会削弱到激光接收机接收到的激光回波能量，严重时会导致回波能量太弱而无法识别，从而影响了目标的发现概率。光轴一致性通常以激光光轴为基准，检测电视和红外探测器与激光光轴的偏差程度。光轴一致性对角跟踪精度也会有影响。如果红外与激光光轴在俯仰上的偏差为α，在横向上的偏差为β，根据文献4，当目标的仰角为E时，红外跟踪在方位角上的误差为[4]：

以某航路为例进行分析，目标高度为H，航路捷径为P，目标进入距离为Din，速度为v。经过分析可以得到，在航路上目标距离为D时，红外跟踪方位角误差为取H=2km，P=500m，Din=20km，据此绘制了红外方位误差与目标距离的关系曲线，如图1所示。

图1 方位偏差与目标距离关系曲线

从图1中可以看出，红外跟踪方位误差恒大于β。随着目标的靠近，误差也越来越大。在靠近航路捷径点的时候，这个方位误差已经3.3β。如果β大到一定程度，这个误差就不能忽略了。

此外，外部环境因素，比如气温变化，对光电跟踪仪的光轴一致性也会带来影响。在设备日常使用中，应经常性地观测光轴的平行度。检查方法：对一个远距离目标，在光电操控台上人工控制光电指向器转动，用红外探测器对目标进行捕获和跟踪。红外跟踪好后转电视探测器观测，记录目标与屏幕十字线中心的偏差。即可粗略得到红外和电视光轴偏差，从而判断是否需要进行进一步的精确检测或校正。

2 投影靶板法分析

2.1 投影靶板法原理

投影靶板法是一种常用的室外检测方法。该方法利用一个放置在远处（取100m左右比较合适）的靶板来接收从被测仪器出瞳射出的激光束，即将各光轴投影到靶板上。各光轴相互间隔便是靶板上各光轴投影的间隔，沿着光路方向看，各光轴与靶板上的投影点之间是镜像关系。通过比较间隔的差异来反映光轴平行与否。原理图如图2所示[5]：

图2 投影靶板法原理图

2.2 方法分析

投影靶板法主要优点是使用方便、成本低、在野外和室内都能使用。其不足之处是受环境影响较大，只能在夜晚或阴天进行检测，测试精度受到一定限制[6]。

3 外场环境中舰载光电跟踪仪光轴一致性检测方法

3.1 检测原理

检测原理如图3所示。使用到的工具有凹面镜和感光纸。凹面镜与光电跟踪仪指向器高度相当，感光纸位于凹面镜的焦点位置上。转动指向器，同时激光测距机向凹面镜发射激光。直到激光恰好照射到感光纸上，记录此时指向器的架位（方位，俯仰）。用电视探测器去捕获、跟踪感光纸在凹面镜里的像。跟踪好以后，将波门回中，记录此时指向器的架位。指向器前后两次的架位差，即为电视探测器和激光测距机光轴的偏差。同理，可以测得红外探测器与激光测距机的光轴偏差。