高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及激光测距机，具体涉及一种基于散射取样的高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统及方法。本发明专利技术的目的是解决现有高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统及方法存在对于宽谱段激光光轴一致性测量使用受限的技术问题，提供一种高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统及方法。该系统包括离轴抛物面镜、折轴镜、毛玻璃、取样镜、会聚透镜、CCD探测器、模拟激光器和靶标切换导轨；折轴镜和毛玻璃依次设置于离轴抛物面镜的会聚光路上；取样镜、会聚透镜和CCD探测器依次设置于离轴抛物面镜的准直光路上；模拟激光器和所述毛玻璃均设置于所述靶标切换导轨上，所述靶标切换导轨通过经折轴镜反射的离轴抛物面镜焦点处。该方法利用该系统进行。

【技术实现步骤摘要】
高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统及方法
本专利技术涉及激光测距机，具体涉及一种基于散射取样的高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统及方法。
技术介绍
高功率脉冲激光测距机是实现远距离精准测距的重要设备。其在航天领域主要应用于空间目标监测，对提升目标轨道测定精度、预报能力、编目精度等具有重要作用。在航空领域，将其搭载于机载吊舱或小球的光电载荷系统，已经发展成为集可见光、激光和红外光于一体的复杂光电探测系统，激光测距系统(即高功率脉冲激光测距机)为进一步增强机载光电载荷探测能力，实现高精度距离探测和精确定位起到了重要的保障作用。而如何装调和检测激光测距系统的激光发射天线光轴与激光接收天线光轴的一致性(即平行性)，保证发射光轴和接收光轴的一致性偏差达到允许的最小范围，是影响高功率脉冲激光测距精度的重要因素。目前，常用的测量高功率脉冲激光测距机光轴一致性的方法为共轭焦面法，其原理如图1所示，被测高功率脉冲激光测距机06发射的高功率脉冲激光，经离轴抛物面镜01会聚、分光镜02透射、衰减片03能量衰减后到达CCD探测器04焦面处，CCD探测器04通过软件对激光光斑进行质心提取，标记为发射光轴坐标；特定波长的模拟激光器05被设置于离轴抛物面镜01焦点处的分光镜02反射、经离轴抛物面镜01准直后被上述被测高功率脉冲激光测距机06自带的探测器接收，并提取激光光斑质心，标记为接收光轴坐标。由于设置了分光镜，离轴抛物面镜01的两个焦面是共轭关系，保证了CCD探测器04光轴和模拟激光05光轴的一致性，因此，可以根据标记的质心坐标计算出被测高功率脉冲激光测距机06发射光轴与接收光轴的一致性偏差。这种测量方法的优点是测量设备的结构形式简单，缺点是存在严重的使用局限性，具体表现为：第一，共轭焦面法是基于对分光镜02镀特殊的介质膜实现的，这种介质膜只能针对一种特定单点波长的高功率脉冲激光测距机06，无法实现对宽谱段范围的其他高功率脉冲激光测距机06的精准测量；第二，被测高功率脉冲激光测距机06发射的高功率脉冲激光大多可达兆瓦级，经离轴抛物面镜01会聚到达CCD探测器04的焦面处，功率密度会成几何量级增大，因此必须对高功率的激光进行充分衰减，以保护CCD探测器04的感光元件不被高功率脉冲激光所损坏，此处用到的衰减片03同样无法实现对宽谱段激光的高抑制比衰减。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统及方法存在对于宽谱段激光光轴一致性测量使用受限的技术问题，提供一种基于散射取样的高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统及方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术解决方案如下：本专利技术提供一种高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统，其特殊之处在于：包括离轴抛物面镜、折轴镜、毛玻璃、取样镜、会聚透镜、CCD探测器、模拟激光器和靶标切换导轨；所述折轴镜和毛玻璃依次设置于离轴抛物面镜的会聚光路上；所述取样镜、会聚透镜和CCD探测器依次设置于离轴抛物面镜的准直光路上；所述模拟激光器和所述毛玻璃均设置于所述靶标切换导轨上，所述靶标切换导轨通过经折轴镜反射的离轴抛物面镜焦点处，可以使模拟激光器和毛玻璃通过在靶标切换导轨上移动，分别位于离轴抛物面镜焦点处。进一步地，所述离轴抛物面镜的焦距为1000mm、有效通光口径为进一步地，所述折轴镜的有效通光口径为进一步地，所述毛玻璃表面均镀抗强激光损伤膜，抗激光损伤阈值为≥300MW/cm2。进一步地，所述毛玻璃的有效通光口径为进一步地，所述模拟激光器为波长为1.064um的半导体激光器，其连续工作2小时功率不稳定性为3％。进一步地，所述CCD探测器的工作谱段为0.4um-1.1um、帧频最大为200Hz。本专利技术还提供一种利用上述高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统进行光轴一致性测量的方法，其特殊之处在于，包含以下步骤：1)测量发射光轴坐标位置利用靶标切换导轨将毛玻璃置于经折轴镜反射的离轴抛物面镜的焦点处，被测高功率脉冲激光测距机发射的高功率脉冲激光，经离轴抛物面镜会聚、折轴镜反射后到达毛玻璃，毛玻璃将高功率脉冲激光进行衰减和散射，少部分散射激光经折轴镜反射、离轴抛物面镜准直、取样镜取样反射、会聚透镜透射后进入CCD探测器，CCD探测器将入射激光会聚到CCD探测器的焦面处，提取会聚光斑的质心，将其标记为发射光轴坐标；2)测量接收光轴坐标位置利用靶标切换导轨将模拟激光器切换到经折轴镜反射的离轴抛物面镜的焦点处，模拟激光经折轴镜反射、离轴抛物面镜准直后被所述被测高功率脉冲激光测距机自身接收天线携带的探测器接收，探测器将入射激光会聚到探测器的焦面处，提取会聚光斑的质心，将其标记为接收光轴坐标位置；3)计算发射光轴与接收光轴的一致性偏差利用步骤1)获取的发射光轴坐标位置和步骤2)获取的接收光轴坐标位置，计算被测高功率脉冲激光测距机发射光轴与接收光轴的一致性偏差。本专利技术相比现有技术具有的有益效果如下：1、本专利技术在针对高功率脉冲激光测距机的发射光轴和接收光轴一致性测量中，所述离轴抛物面镜主要起会聚激光和准直发射模拟激光的作用；所述折轴镜起折转光路，减小测试设备外形尺寸作用；所述毛玻璃起到衰减和散射高功率激光的作用；所述取样镜起接受和传递散射的高功率激光作用；所述会聚透镜起会聚接收到的散射高功率激光作用；所述CCD探测器起对取样的高功率激光进行成像作用；所述模拟激光器起为被测高功率脉冲激光测距机提供模拟激光作用；所述靶标切换导轨起切换离轴抛物面平行光管焦面靶标的作用。这里采用毛玻璃实现了自带衰减功能的散射取样，不再需要现有共轭焦面法光轴一致性测量中用到的镀有特殊介质膜的分光镜，故不再局限于特定单点波长，而是具有更为广泛的适用性，即实现了对宽谱段激光发射光轴和接收光轴的一致性精确测量。2、由于采用了自带衰减功能和散射取样的毛玻璃，故不再需要在CCD探测器前边安装衰减装置，降低了测量设备的研制成本。3、由于采用了自带衰减功能和散射取样的毛玻璃，高功率脉冲激光测距机发射的高功率脉冲激光不会直接会聚到CCD探测器的焦面上，有效地保护CCD探测器，提高了CCD探测器的使用寿命。4、毛玻璃表面镀抗强激光损伤膜，抗激光损伤阈值为≥300MW/cm2，可以承受被测高功率脉冲激光测距机发射的高功率激光。5、模拟激光器为1.064um波长的半导体激光器，连续工作2小时功率不稳定性为3％，为被测高功率脉冲激光测距机提供稳定的激光模拟光源。6、CCD探测器的工作谱段为0.4um-1.1um，帧频最大为200Hz，可以实现对被测高功率脉冲激光测距机的低频率高功率脉冲激光的探测。附图说明图1为现有共轭焦面法高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统；图2为本专利技术散射取样法高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统；附图标记说明：现有技术中：01-离轴抛物面镜；02-分光镜；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统，其特征在于：包括离轴抛物面镜(1)、折轴镜(2)、毛玻璃(3)、取样镜(4)、会聚透镜(5)、CCD探测器(6)、模拟激光器(7)和靶标切换导轨(8)；/n所述折轴镜(2)和毛玻璃(3)依次设置于离轴抛物面镜(1)的会聚光路上；/n所述取样镜(4)、会聚透镜(5)和CCD探测器(6)依次设置于离轴抛物面镜(1)的准直光路上；/n所述模拟激光器(7)和所述毛玻璃(3)均设置于所述靶标切换导轨(8)上，所述靶标切换导轨(8)通过经折轴镜(2)反射的离轴抛物面镜(1)焦点处，可以使模拟激光器(7)和毛玻璃(3)通过在靶标切换导轨(8)上移动，分别位于离轴抛物面镜(1)焦点处。/n

【技术特征摘要】
1.一种高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统，其特征在于：包括离轴抛物面镜(1)、折轴镜(2)、毛玻璃(3)、取样镜(4)、会聚透镜(5)、CCD探测器(6)、模拟激光器(7)和靶标切换导轨(8)；
所述折轴镜(2)和毛玻璃(3)依次设置于离轴抛物面镜(1)的会聚光路上；
所述取样镜(4)、会聚透镜(5)和CCD探测器(6)依次设置于离轴抛物面镜(1)的准直光路上；
所述模拟激光器(7)和所述毛玻璃(3)均设置于所述靶标切换导轨(8)上，所述靶标切换导轨(8)通过经折轴镜(2)反射的离轴抛物面镜(1)焦点处，可以使模拟激光器(7)和毛玻璃(3)通过在靶标切换导轨(8)上移动，分别位于离轴抛物面镜(1)焦点处。


2.根据权利要求1所述的高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统，其特征在于：所述离轴抛物面镜(1)的焦距为1000mm、有效通光口径为


3.根据权利要求1所述的高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统，其特征在于：所述折轴镜(2)的有效通光口径为


4.根据权利要求1所述的高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统，其特征在于：所述毛玻璃(3)表面均镀抗强激光损伤膜，抗激光损伤阈值为≥300MW/cm2。


5.根据权利要求4所述的高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统，其特征在于：所述毛玻璃(3)的有效通光口径为


6.根据权利要求1所述的高功率脉冲激光测距机光轴一致性测量系统，其特征在于：所述模拟激光器(7)为波长为1.064um的半导体激光器，其连续...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玺斌，赵建科，徐亮，刘峰，康晓鹏，李朝辉，李晓辉，午建军，魏紫薇，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61