一种便携式激光器辅瞄装置设计与应用*

2023-06-05赵志刚陈庆良陈明亮郭云峰

舰船电子工程 2023年2期

赵志刚陈庆良陈明亮尚乾郭云峰

（中国人民解放军63895部队孟州 454750）

1 引言

激光器自问世以来，在科研、军事和民用等众多领域［1～5］，都获得了飞速的发展，激光技术也逐渐成为影响科研效率、战争局势和国民经济的重要因素之一。因此，激光技术历来都是各国竞相研发的热点［6～9］。

作为激光技术的应用终端，激光器的可靠性、便捷性和适用性一直都是关注重点［10～13］。通过对常规激光器的出厂配置分析发现，现有的激光器除了核心组件外，通常配备有备用电池、GPS 和1：1的白光瞄准具，在户外天气状况良好的环境下应用时，简单高效。但如果在夜间或大气能见度较低的环境下进行激光器作业时，瞄准具无法瞄准远方目标，难以保证激光信号准确地照射到目标上，就会导致无法获得测距信息和激光照射任务失败。

针对上述问题，设计了一种便携式激光器辅瞄装置。辅瞄装置由壳体、红外热像仪、转接件和微型显示器等组成，体积小、重量轻，具备一定的通用性。实验验证表明，这种激光器辅瞄装置可以满足激光器在夜间或能见度较低的环境下作业的应用需求，有较强的工程应用价值，可作为激光器的常规配件进行推广。

2 系统设计

便携式激光器辅瞄装置由壳体1、红外机构2和转接件3 等组成。红外机构包括红外热像仪和控制电路板，红外机构位于壳体中，壳体开有红外镜头窗口以及外置显示器接口，能够实现瞄准过程可视化。辅瞄装置可以平稳安装在激光器上，通过调节紧固螺钉与激光器自带的白光瞄准具（出厂前已标校过）的瞄准轴相互平行。辅瞄装置的外观如图1所示，分解示意图如图2、3所示。

图1 系统外观图

图2 系统正面分解示意图

图3 系统俯视分解图

红外机构由红外镜头21 和控制电路板22 组成，整体位于壳体中。11 和12 分别为镜头窗口和外置显示器的接口。红外机构细节如图4 所示，包括主动齿轮23、从动齿轮24以及驱动电机25，主动齿轮与从动齿轮相互啮合，驱动电机用于驱动主动齿轮转动进而带动从动齿轮转动，从动齿轮用于对红外机构进行调节变焦，使得显示装置上的图像更加清晰。转接件如图4 所示，包括底板31、夹持部32 和调节螺栓33，用于系统和激光器的固定，还可实现系统与白光瞄准具的光轴调节。壳体上的把手4 呈扁片状，通过连接柱41 与壳体固定，用于人手握持，方便系统携带。壳体包括可相互拼接的第一壳体C1 和第二壳体C2，C1 的边沿具有向内凹陷的拼接槽C11，C2 的边沿具有向外凸起的拼接部C21，C21嵌入C11，可快速完成壳体的拼接和拆除，方便对壳体内部的零部件进行维修和更换。壳体的表面设置有多个内凹槽13，周向环绕壳体，既能减轻系统重量，又能增大壳体自身摩擦力，降低表面光滑带来的滑落风险。

图4 系统转接件和红外热像仪示意图

3 实验验证

系统产品化后，进行了实验验证。由于雨雪、雾霾或沙尘等恶劣天气状况下，激光信号的吸收、散射很严重，不具备作业条件，系统在这几种场景下的应用不作讨论。正常的气象条件下，大气能见度一般可以满足激光器的作用距离要求，使用激光器自带的白光瞄准具可以完成对目标的精确定位。所以，系统的定位主要是夜间或能见度较低的应用场景。

夜间或能见度较低的场景，通常包含两类，分别是作业目标自身或周围有光亮和作业目标自身及周围无光亮。图5 所示场景为第一类（为了参照对比，实验中采用1980×1020 像元数的常规相机对待测场景采图，白色圈定的两个目标距离观测点分别为3006m 和3424m）。激光器作业目标为住宅楼，在夜间、傍晚或凌晨时，楼内有光照，这种情形下，如果激光器作业目标较大（大楼墙体），依然可以借助激光器自带的白光瞄准具实现对目标定位。但如果作业目标较小（楼顶热水器箱体等），白光瞄准具的分辨率较低，就无法实现对目标定位。图6 为使用辅瞄系统时，呈现在显示屏上的作业目标图像。相对而言，细节更加完整、清晰，通过调焦，可以实现对激光器作用距离范围内的任何目标定位。

图5 第一类目标/白光瞄准具

图6 第一类目标/辅瞄系统

当目标自身或附近没有光亮时，白光瞄准具的视场内一片漆黑，如图7 所示，在这种场景下，激光器完全不具备作业条件。而辅瞄系统不受影响，可以利用红外热像仪的自身优势，实现对此类目标的搜索识别定位，辅助激光器正常作业，图8 所示为与图7 相同场景的目标图像。实验时，还使用了长波热像仪对第二类目标进行了搜索识别，如图9 所示。中波热像仪和长波热像仪各具特色，可以根据实际应用场景进行选择。本文所述是以中波热像仪为主体，与基于长波热像仪的辅瞄系统的设计思路基本一致，不再赘述。