基于修理状态下光电瞄准吊舱三光轴=平行度测试技术的研究

吴国平

摘要：针对昼夜型瞄准吊舱修理需求，以某型飞机光电吊舱为研究对象，进行红外、电视、激光三光轴测试技术研究，论述了光轴调校原理，分别测试了不同波段光轴平行度，解决光轴不平行的调校问题，通过三光轴平行度测试技术研究，实现了光轴调校，提高了光电瞄准吊舱光学系统的稳定性。

关键词：光电瞄准吊舱;三光轴;调校;光学系统

0引言

光电瞄准吊舱是集信息获取、显示、传输、处理、激光、红外、计算机处理等多种学科为一体的综合性技术，与其他机载设备相比，光电瞄准吊舱自成体系，有独立的环控系统、氣动布局;同时，光电瞄准吊舱集成了红外成像、电视追踪、激光测距/多光谱测试和光轴调校等功能，由精密的伺服系统、光学系统及控制系统组成，其故障模式、损耗模式与其他机载设备有很大不同，决定了光电吊舱修理技术的复杂性。随着军事科学的不断发展，光电技术能够缩短武器装备的反应时间，提高射击精度，最大限度地发挥现有武器装备的作战效能，要求光电瞄准吊舱的光轴精度更加准确，其中，三光轴平行度测试和调校技术是光电瞄准吊舱修理过程中亟待解决的问题。

本文系统阐述了昼夜型瞄准吊舱的光学系统原理，并结合某型飞机光电吊舱光学系统结构特点，测试了三光轴平行度，分别阐述了激光、红外、电视三光轴调校具体步骤方法，并系统地分析了角度指标，最终完成了三光轴校准。

1光学系统原理分析

昼夜型瞄准吊舱是集红外、电视、激光于一体的机载光电探测系统，其中光学分系统由双视场变倍望远系统、红外消旋系统、折转镜组、光学汇聚镜组等组成，其光学系统组成框图见图1。

光学分系统具有对目标发出的红外辐射和太阳照射地面景物的漫反射可见光进行汇聚、放大、成像的作用，以及对激光发射光束进行准直、对经目标漫反射的激光回波光束进行接收聚焦的作用，是实现吊舱系统功能和性能的关键分系统。

2吊舱光路布局分析

光电瞄准吊舱的光学系统主要由红外、电视、激光发射和激光接收四套光学系统组成，光路总体布局采用的是红外、激光发射、电视激光接收三条光路分开的形式，其中激光接收与电视采用共光路再通过棱镜分光的设计，达到激光与电视的分光作用。同时，与光路布局相一致，头罩上设计有两个光窗，激光和电视合用一个光窗，红外单独一个光窗，光路布局如图2所示。

从吊舱光路布局可以看出，红外和激光发射光路通过折转反射镜和平台内的随动反射镜进行光路折转，在使用和修理过程中，由于内部机械结构的轻微变化，必然导致内部光学系统的光轴发生变化，难以达到光学精度，因此吊舱维修时需要一台地面综合保障设备三光轴检测仪和一台综合控制台，用于对瞄准吊舱红外、电视、激光光轴之间偏差的检测和校准。

3光轴三轴平行度测试技术

三光轴检测仪由可变温差目标发生器（由高精度面源黑体和靶标运动系统组成）、光学准直仪、光学平台、光路校准仪、方位调整机构、俯仰调整机构、地脚等组成。三光轴检测仪能产生大口径的红外和可见光全波段的平行光，同时检测仪具有可变光阑，能调节目标源的大小和强度。三光轴检测仪光学平台的平面布置图如图3所示，主要部件功能如下：

1）光学平台由导轨、靶标系统安装板、红外成像系统安装支座、平行光管龙门架和平行光管等组成。用于测试系统的安装调试，寻找准直仪的焦点，通过控制系统实现靶标系统的切换，并确定靶标转轮的摆放位置，使系统实现无穷远目标的模拟。

2）可变温差目标发生器由一系列的靶板、可转动靶盘、面源黑体、电子控制箱（可变温差控制器和靶标转轮控制器）组成，是测试系统的核心部分。其功能是可以对目标背景温差进行精确的控制，该温差辐射经准直仪投射于红外系统，在红外系统产生一个具有热对比度的靶标图案，该图案的热对比度可以通过改变温差来调整。靶板转盘上安装5种标准靶标，如图4所示。其中，大方孔靶标用于噪声等效温差NETD测量，四杆靶标用于最小可分辨温差MRTD测量，圆孔靶标用于最小可探测温差MDTD测量，狭缝靶标用于调制传递函数MTF测量，半月形靶标用于信号传递函数SiTF测量。靶盘上埋有一个温度传感器，用来测试背景温度。不同空间频率的靶标分布在数个靶板上，以便靶盘转动时，所需的靶标可位于视场中央。测试时可手动，也可计算机控制操作，使所需形状和空间频率的靶标位于与红外成像系统光轴同轴的准直仪光轴上。面源黑体通过内置温差传感器自动控制背景与黑体的温差值，控制器经过计算后自动调节热源温度，使热源温度达到设定值。同时，热源发出的红外辐射经过反射镜反射后，由辐射孔射出，经过靶板形成热图，进入平行光管供测试使用。

3）光学准直仪是整个测试系统的主要部件之一，为各项测试提供一个目标近似无穷远的平行光束。准直仪由两个反射镜构成，主镜为离轴抛物面反射镜，次镜为平面反射镜。离轴抛物面反射镜的优点是没有色像差和球差，目标可以放在系统的焦点上，产生的光束是清晰无遮挡的准直光束;次镜主要用途是折转光路减小准直系统的轴向尺寸。两块反射镜的反射面均镀有高效反射膜，以提高反射效率。整个系统的反射率优于95%，其工作原理如图5所示。

4）地脚可调节，结合方位调整机构和俯仰调整机构用来调整三光轴检测仪的高低以及方位、俯仰变化，使检测仪出射的平行光与被测系统的光轴平行，完成对准。通过手动旋转方位调整机构两侧面的小手轮，可以进行检测仪的方位调整，通过手动旋转俯仰调整机构大手轮，可以进行检测仪的俯仰调整。

4三光轴校准

利用系统综合控制台给光电吊舱上电，控制光电吊舱进入伺服状态，然后将吊舱三光轴检测仪放在光电吊舱头部光窗前，调节检测仪支脚，目视观察检测仪红外光窗、激光电视光窗分别与被检吊舱红外光窗、激光电视光窗基本对准，完成三光轴检测仪与光电吊舱光窗的对准调节。

在吊舱处于正常工作模式机械锁定状态下进入系统维护模式，此时通过系统综合控制台和三光轴检测仪可分别对吊舱红外、电视的方位和俯仰进行调节。利用三光轴检测仪将综合控制台视频采集与显示中的红外十字中心调至激光光轴的圆心，并利用调整光楔钥匙调整激光辐射器中的光楔，使激光光斑落在移动后的红外十字中心，完成红外与激光光轴的校准;同样利用三光轴检测仪分别对红外和电视方位及俯仰进行调节，使综合控制台视频采集与显示中的电视十字分划落在移动后的红外十字中心，完成红外与电视光轴的校准。

5结束语

本文主要介绍了光电吊舱内部光学系统，重点阐述了三光轴平行性调试原理。以某型瞄准吊舱为例，介绍了光轴平行性检查的方法、步骤及注意事项，为吊舱光轴平行度测试及调校提供了可靠依据，可实现光电吊舱光学系统深度修理，为机载通用吊舱内场维修时技术指标符合性检查提供了保障和光电吊舱的修理提供了技术储备。