專利名稱:載體光電系列現(xiàn)場動態(tài)自校準用校準方法和標準靶板的制作方法
載體光電系列現(xiàn)場動態(tài)自校準用校準方法和標準靶板技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明涉及一種載體光電系列動態(tài)自校準使用的通用校準方法和標準靶板，主要涉及一種載體光電系統(tǒng)現(xiàn)場動態(tài)進行多波段多光軸自校準和成像質(zhì)量評價的標準靶板，尤其涉及一種具有激光發(fā)射機的光電系列進行快速現(xiàn)場光軸自校準與性能評估的標準靶板。[0002]技術(shù)背景[0003]隨著精確制導技術(shù)的迅猛發(fā)展，光電系統(tǒng)在軍事和民用產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越多，尤其是集激光、紅外、可見光、電視、微光于一體的多波段多光軸的光電監(jiān)視/偵查系統(tǒng)、光電跟蹤系統(tǒng)和激光壓制系統(tǒng)及其他們的集成在各類用途的光電平臺上得到了廣泛的應(yīng)用，而且對提高載體系統(tǒng)的綜合作用效能起到了重要作用。對于具有多個光電系統(tǒng)的載體，多波段多光軸的光電系統(tǒng)及其各光電系統(tǒng)光軸而言，其光軸的同軸度將直接影響到載體光電系統(tǒng)的最大作用距離，因此它是重要的技術(shù)指標之一，而對各光軸的同軸度能否進行客觀而準確的評價，則是關(guān)系到這類光電系統(tǒng)能否調(diào)校到滿足其同軸度戰(zhàn)技指標的前提，也是各個光電系統(tǒng)之間實現(xiàn)協(xié)同作用的前提。光電系統(tǒng)現(xiàn)場動態(tài)工作時的成像質(zhì)量，直接影響到對作用目標的正確偵查與識別，因此也是重要的技術(shù)指標之一。在對目標的搜尋過程中，光電系統(tǒng)探測器的采樣率與目標被發(fā)現(xiàn)的概率相關(guān)，因此對快速閃爍目標的捕獲能力也是評價光電系統(tǒng)性能的重要技術(shù)指標之一。載體光電系統(tǒng)的激光測距機的測距能力也是重要的技術(shù)指標之一。[0004]激光是多波段、多光軸光電系統(tǒng)的主動作用部分。目前對多波段多光軸光電系統(tǒng)進行光軸同軸度調(diào)校時，一般都是將激光光軸作為基準軸，即用激光照射位于焦平面上的校軸靶并根據(jù)激光光斑位置調(diào)校其它光軸，這種方法用于載體現(xiàn)場動態(tài)檢測時操作難度很大。在載體工作狀態(tài)，通常由于載體的晃動，多個光電系統(tǒng)的光軸校準采用同時瞄準某個星體的瞄星法，這種方法僅適合于能見度極好時；要實現(xiàn)多個光電系統(tǒng)的光軸精確校準需要將載體吊起固定后，精確瞄準某一載體專用校軸靶的十字分劃中心，進行光軸校準，這種方法費時費力。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，高功率激光器和重復(fù)頻率激光器越來越多地應(yīng)用于光電偵查、光電跟蹤和激光壓制作用系統(tǒng)。對于采用高功率激光器的光電系統(tǒng)來說，若采用焦平面上光斑位置調(diào)校的方法進行光軸校正，常會因焦平面的激光損傷閾值低出現(xiàn)嚴重燒蝕現(xiàn)象和激光衰減器引入畸變，這將影響到激光光斑的形狀、大小和位置，最終影響到各光軸的調(diào)校精度，同時在載體現(xiàn)場校準不易操作。而對于采用重復(fù)頻率激光器的光電系統(tǒng)而言，由于連續(xù)發(fā)射的激光時，激光光軸方向存在一定的漂移，因而在焦平面上打出的一列激光脈沖的光斑中心分布呈散斑狀，降低了光軸的校正精度。另外，載體在運動期間對光電系統(tǒng)的作用力會導致光學器件及其支架形變，導致光軸同軸度和成像質(zhì)量降低。因此，需要進行現(xiàn)場動態(tài)自校準。[0005]美國專利US6734448B2 (Methed and apparatus for boresighting alaser witha forward looking infrared device)公開了一種用于激光器與前視紅外儀光軸校準的方法與校軸靶。這種方法采用在焦平面打光斑，不能適應(yīng)于現(xiàn)場動態(tài)光軸校準。[0006]美國專利US5838014(Laser beam boresighting apparatus)公開了一種由熱革巴材料制作的激光校軸靶。該校軸靶的靶面由兩層材料構(gòu)成，第一層材料為各向異性的低熱導率光譜轉(zhuǎn)換材料，第二層材料為起熱沉作用的高熱導率吸收材料。該校軸靶存在的主要缺陷是:靶面為整塊材料，其熱擴散后導致光斑增大；光譜轉(zhuǎn)換材料的熱導率較低，不能實現(xiàn)快速的溫度變化，當用重復(fù)頻率激光脈沖打點時，會出現(xiàn)多個光點無法區(qū)分的現(xiàn)象，影響到自動校軸基準點的計算精度。[0007]現(xiàn)有的光電系統(tǒng)校準和評估測試方法只考慮了空間因素的影響，通常為載體靜態(tài)凝視時校準，沒有涉及載體在運動中瞬時搜索時校準，沒有涉及光電系統(tǒng)在光譜域和時間域的特性評估，更沒有考慮各個探測系統(tǒng)探測結(jié)果的同步與否。
發(fā)明內(nèi)容
[0008]本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是，為載體光電系統(tǒng)提供一種現(xiàn)場動態(tài)自校準測量方法。[0009]本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是，為進行載體動態(tài)多波段多光軸光電系列的多光軸校正提供一種采用復(fù)合材料構(gòu)成的具有激光致發(fā)光功能自校準用標準靶板。[0010]本發(fā)明要解決的第三個技術(shù)問題是，所提供的標準靶板不僅能夠解決的載體動態(tài)光軸校準問題，而且還提供具有不同光譜的隨時間變化的具有標準刻度的圖案進行光譜域和時間域的成像質(zhì)量評估的自校準用標準靶板。[0011]本發(fā)明要解決的第四個技術(shù)問題是，所提供的標準靶板不僅能夠解決動態(tài)校軸和成像質(zhì)量評估，而且還可以校準光電系統(tǒng)激光測距機的測距能力的自校準用標準靶板。[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明包括光電系統(tǒng)的現(xiàn)場動態(tài)自校準方法、標準靶板、標準距離模擬器、激光指示器。[0013]所述光電系統(tǒng)的現(xiàn)場動態(tài)自校準方法為:若干標準靶板布成一個陣，該陣面積覆蓋被校準光電系統(tǒng)的激光可能輻射區(qū)域，當載體光電系統(tǒng)的本機激光(或其他機發(fā)射激光)輻照到標準靶板的不同物面上，產(chǎn)生的瞬時輻射效應(yīng)不同，光電系統(tǒng)的激光、紅外、可見光探測器接收到這種瞬時輻射信號的圖像，提供具有不同光譜的隨時間變化的具有標準刻度的圖案，該圖像的亮度隨時間變化，分析該圖像與標準靶板上圖像的對應(yīng)關(guān)系，獲得接收視場中十字分劃中心在標準靶板處的坐標，即瞄準點的坐標，計算獲得該坐標與激光光斑中心坐標，與載體光電系統(tǒng)自身位置參數(shù)和運動參數(shù)的分析比較，實現(xiàn)對光電系統(tǒng)的多波段多光軸自校準和成像質(zhì)量評價。同樣方法實現(xiàn)對載體光電系列轉(zhuǎn)臺的零位校準。[0014]所述標準靶板包括基板、可在激光輻射下發(fā)出瞬時可見光和不同波段紅外光且構(gòu)成一定圖案的多種顯示材料、標準距離模擬器、保護膜。其主要技術(shù)特點是，基板為隔熱板，基板上設(shè)有mXm個通孔的方陣；多種顯示材料包括顯示粉料和附著在基板的孔壁與正反面上的顯示膜，顯示膜為低熱容且導熱良好的材料，并通過孔壁上的導熱膜將基板的正面和背面相連，顯示膜在基板正表面構(gòu)成規(guī)則圖案和刻線且大小和線條粗細不同，所述規(guī)則圖案在靶面上的分布具有一定目標特征；所述顯示膜可以選用多種金屬膜，且圖案和線條表面為朗伯面，并在正面構(gòu)成對激光致發(fā)熱不同散熱速度的單元，背面整個為金屬膜；顯示粉填充在通孔內(nèi)，顯示粉料可以選用對紅外激光實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的材料。保護膜采用對激光、可見光和紅外光透明的塑料膜，保護膜粘貼在基板的兩個表面上?？c陣、顯示膜圖案和刻線構(gòu)成標準刻度尺。[0015]所述的標準距離模擬器包括若干對自聚焦透鏡、若干根標準距離光纖和FC接口及其連接支架。所述標準距離光纖的輸入/輸出端均在自聚焦透鏡的焦點上，也可采用一端為全反射端面的標準距離光纖，用于模擬激光大氣傳輸，對激光脈沖的時間延遲和峰值功率衰減。所述自聚焦透鏡的光軸與基板的正面垂直，所述標準距離光纖的輸入/輸出端位于自聚焦透鏡的焦點上，所述FC接口及其連接支架用于標準距離光纖與自聚焦透鏡的連接。所述標準距離光纖的長度根據(jù)被測光電系統(tǒng)的激光測距機測試要求而定；所述若干個標準距離模擬器按一定位置并排分布在標準靶板的基板上，每個單元在靶面上占據(jù)的面積遠小于被測激光在靶面上光斑。所述自聚焦透鏡的輸入/輸出端面還模擬了光電系統(tǒng)的光學窗口。[0016]所述的激光指不器包括一個發(fā)出可見光的激光器、傳輸光纖、自聚焦透鏡。所述自聚焦透鏡的光軸與基板的正面垂直，所述傳輸光纖用于激光器發(fā)出的激光傳輸?shù)阶跃劢雇哥R的焦點上，輸出一束激光，被校準光電系統(tǒng)進入該激光照射區(qū)域內(nèi)，即可對標準靶板發(fā)射激光，進行自校準。在有合作探測器時，也可采用其他波長激光器。[0017]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個方面:[0018](一)本發(fā)明的標準靶板結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，可以大面積布陣，光電系統(tǒng)無需進行精確瞄準，解決了載體在運動中采用十字分劃凝視瞄準困難問題。[0019](二)本發(fā)明采用了激光致發(fā)光點陣、激光致發(fā)熱的不同顯示膜圖案構(gòu)成的標準刻度尺，借助光電系統(tǒng)接收到的瞬時圖像，獲得瞄準點的瞬時坐標。[0020](三)本發(fā)明采用了激光致發(fā)光點陣、激光致發(fā)熱的顯示膜，這些材料均為激光輻射快速響應(yīng)材料，被激光照射后實時輻射可見光和紅外光，且輻射的可見光和紅外光的余暉時間短，光電系統(tǒng)的電視和紅外成像系統(tǒng)可實時接收，接收圖像的托影少，利于進行圖形的計算機圖形數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)快速自校準。[0021](四)本發(fā)明采用多種顯示材料構(gòu)成的規(guī)則圖案和刻線及其分布，使得激光致輻射圖像具有多波段、多亮度、多個空間分辨率、多個余暉時間，層次清楚，便于自校準觀測人員和圖像處理時的信息析出。同時實現(xiàn)了復(fù)雜背景的光電目標模擬，尤其適合對光電主動搜索系統(tǒng)的性能評估。[0022](五)本發(fā)明采用了具有自聚焦透鏡與標準距離模擬器的標準靶板，使得載體光電系統(tǒng)光軸校準和激光測距機測距能力校準一次完成。[0023]
[0024]圖1是本發(fā)明標準靶板的局部結(jié)構(gòu)組成示意圖。[0025]圖2是本發(fā)明標準靶板的局部剖面圖。[0026]圖3是含有本發(fā)明的載體單個光電系統(tǒng)現(xiàn)場動態(tài)自校準示意圖。[0027]圖4是含有本發(fā)明的載體光電系列現(xiàn)場動態(tài)自校準示意圖。[0028]具體實施方式
[0029]下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進一步的詳述。[0030]根據(jù)圖1、圖2所示，本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括基板1、圖案2、標準距離模擬器3、保護膜4、激光指示器5。本優(yōu)選實施例的基板I為印制電路板，規(guī)格為400 X 400 X 5mm，基板I上mXm個<tamm通孔的方陣,孔間距為2amm。本優(yōu)選實施例的圖案2由多種顯示材料20構(gòu)成，包括顯示粉21、顯示膜23、顯示膜24、顯示膜25、導熱膜22、散熱膜26，均為金屬膜，可以是銅膜，亦可以是鎳膜；顯示膜23是以通孔為中心的同心圓環(huán)，該同心圓環(huán)通過孔壁上導熱膜22與背面散熱膜26相連，激光輻照后，顯示膜23的散熱速度快；顯示膜24為不與背面相連的同心圓環(huán)，散熱速度相對較慢。相鄰?fù)椎耐膱A環(huán)分別為顯示膜23、24。四個相鄰?fù)字g的菱形區(qū)域為顯示膜25，在光電系統(tǒng)的視場中菱形像的銳度可直接解析出光電系統(tǒng)的分辨率。顯示膜和散熱膜全部進行打毛處理，使其表面形成朗伯面。顯示粉21為上轉(zhuǎn)換材料。顯示粉21構(gòu)成的點陣和顯示膜23、24、25的圖案2陣列形成光電系統(tǒng)的標準刻度尺。[0031]圖2是標準靶板的剖面圖，給出了激光的工作光路和剖面結(jié)構(gòu)。自聚焦透鏡31的直徑依據(jù)被校準光電系統(tǒng)發(fā)射激光功率密度和激光的最小探測靈敏度而定，其光軸位于某通孔的中心，自聚焦透鏡31的光軸并與基板I的正面垂直，在基板I的背面通過連接件35緊固在基板I上；FC接口 32的座與連接件35緊固連接，且確保標準距離光纖33的FC接口 32的輸出/輸入端位于自聚焦透鏡31的焦點上。標準距離光纖34是一端為全反射鏡的光纖。所述標準距離光纖33用于模擬激光大氣傳輸，對激光脈沖的時間延遲和峰值功率衰減。傳輸光纖51把指不激光導入一個自聚焦透鏡31中,輸出一束垂直于基板I的激光束，用于對被校準光電系統(tǒng)的位置導引。[0032]圖3是采用了本發(fā)明的載體單個光電系統(tǒng)現(xiàn)場動態(tài)的自校準示意圖。下面以該校準過程為例，進一步闡述本發(fā)明的測量方法。將本發(fā)明基板I布陣并將其板面垂直懸掛起來，光電系統(tǒng)進入指示激光輻照區(qū)域，粗瞄準標準靶板發(fā)射一系列激光脈沖，并開啟光電接收系統(tǒng)接收激光致輻射的可見光、紅外光、激光圖像，對可見光敏感的電視獲得顯示粉21的點面陣圖像，對紅外光敏感的熱像儀獲得顯示膜的同心圓環(huán)、菱形構(gòu)成的具有一定溫差的面陣圖像。通過一系列對應(yīng)激光脈沖的各個面陣圖像在視場中的位置和分辨率數(shù)據(jù)分析，獲得光電系統(tǒng)各光軸的十字分劃中心在標準靶板處瞄準點的坐標，結(jié)合載體光電系統(tǒng)的相互位置坐標和運動狀態(tài)的分析獲得光電系統(tǒng)各個光軸的同軸度和成像質(zhì)量數(shù)據(jù)，進行相應(yīng)電十字自動校準或微位移手動調(diào)整校準。[0033]圖4是采用了本發(fā)明的載體光電系列現(xiàn)場動態(tài)自校準示意圖。下面以該校準過程為例，進一步闡述本發(fā)明的測量方法。載體光電系列的測量過程如下:[0034]①將本發(fā)明基板I布陣并將其板面垂直懸掛起來，先將每個光電系統(tǒng)按照圖3所述方法進行校準；[0035]②將每個光電系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺的方位/俯仰設(shè)置在相同的角坐標上；[0036]③將其中某個光電系統(tǒng)進入指示激光輻照區(qū)域，粗瞄準標準靶板發(fā)射一系列激光脈沖，并開啟載體上其他光電系統(tǒng)的接收系統(tǒng)接收激光致輻射的可見光、紅外光、激光圖像；[0037]④通過對這些面陣圖像在各自接收視場中的位置和分辨率數(shù)據(jù)分析獲得各個光電系統(tǒng)各光軸的十字分劃中心在標準祀板處貓準點的坐標，與載體各個光電系統(tǒng)的相對位置坐標進行比較，其偏差量除以載體到標準靶板的距離獲得各個光電系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺零位的相對偏差;[0038]⑤依據(jù)各個轉(zhuǎn)臺零位的相對偏差，進行自動校準或手動校準。
權(quán)利要求
1.一種載體光電系列現(xiàn)場動態(tài)自校準使用的通用自校準方法，其特征在于:若干標準靶板(I)布成一個陣，該陣面積覆蓋被校準光電系統(tǒng)的激光可能輻射區(qū)域，當載體光電系列的某一光電系統(tǒng)的激光器發(fā)射激光輻照到標準靶板(I)的不同物面上，產(chǎn)生瞬時輻射圖像，被該光電系統(tǒng)或其他光電系統(tǒng)接收，分析接收圖像與標準靶板⑴上圖案⑵的對應(yīng)關(guān)系，獲得接收視場中十字分劃中心在標準靶板(I)處的坐標，即瞄準點坐標，通過該坐標和載體光電系統(tǒng)自身位置參數(shù)和運動參數(shù)的分析比較，實現(xiàn)對光電系列的光譜域和時間域的成像質(zhì)量評價和光軸自校準。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的自校準方法，其特征在于:還包括激光致瞬時發(fā)光、發(fā)熱且具有一定圖案(2)的標準靶板(1)，該圖案(2)在標準靶板(I)上按照標準刻度均勻分布，構(gòu)成陣列；標準靶板(I)提供具有不同光譜和亮度的隨時間變化的圖像和信號，光電系統(tǒng)的激光、紅外、可見光探測器接收到該瞬時輻射圖像和信號。
3.—種如權(quán)利要求
2所述的標準靶板(I)，其特征在于:還包括基板(11)、圖案(2)、標準距離模擬器(3)、保護膜(4)、激光指示器(5);所述基板(11)為隔熱板，基板(11)上設(shè)有mXm個通孔的方陣；所述圖案(2)為激光致瞬時發(fā)射可見光、不同波段紅外光的多種顯示材料(20);所述多種顯示材料(20)包括顯示粉(21)和正面的顯示膜(23、24、25)，顯示膜為低熱容且導熱良好的材料，并通過孔壁上的導熱膜(22)將基板(11)的正面顯示膜(23)和背面散熱膜(26)相連，顯示膜(23、24、25)在基板(11)的正面構(gòu)成圖形和刻線且大小和線條粗細不同，其表面打毛處理形成朗伯面，使圖案(2)具有目標特征；所述顯示粉(21)填充在通孔內(nèi)，且為對紅外激光實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換的材料；所述導熱膜(22)和顯示膜(23、24、25)選用多種金屬膜，并構(gòu)成對激光致發(fā)熱不同散熱速度的圖形陣列；標準距離模擬器(3)用于對激光測距機測距能力校準；保護膜(4)起到密封作用；激光指示器(5)用于對被校準光電系統(tǒng)的位置導引。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的標準靶板(I)，其特征在于:還包括標準距離模擬器(3)，所述標準距離模擬器(3)包括若干自聚焦透鏡(31)、若干組FC接口(32)、若干根標準距離光纖(33)，所述標準距離光纖(33)用于模擬激光大氣傳輸，對激光脈沖實現(xiàn)時間延遲和峰值功率衰減；所述自聚焦透鏡(31)的輸入/輸出端面還模擬光電系統(tǒng)的光學窗口。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的標準靶板(I)，其特征在于:還包括保護膜(4)采用對激光、可見光和紅外光透明的塑料膜，粘貼在基板(11)的兩個表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的標準靶板(I)，其特征在于:還包括傳輸光纖(51)把指示激光導入自聚焦透鏡(31)中，輸出一束垂直于基板(11)的激光束。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的標準距離光纖(33)，其特征在于:還包括一端為全反射鏡的標準距離光纖(34)，所述標準距離光纖(34)用于模擬激光大氣傳輸，對激光脈沖實現(xiàn)時間延遲和峰值功率衰減。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種載體光電系列現(xiàn)場動態(tài)多波段多光軸自校準和成像質(zhì)量評價使用的通用校準方法和標準靶板。由激光致瞬時發(fā)光、發(fā)熱材料制成陣列圖案的標準靶板，標準距離模擬器和激光指向器組成。當載體光電系統(tǒng)的本機激光(或其他機發(fā)射激光)輻照到標準靶板上，產(chǎn)生瞬時輻射，光電系統(tǒng)接收到這種瞬時輻射信號的圖像，分析該圖像，可獲得接收視場中十字分劃中心在標準靶板處的坐標(瞄準點的坐標)，實現(xiàn)光軸自校準和成像質(zhì)量評價。也可對載體光電系列轉(zhuǎn)臺零位校準。還可進行激光測距機的測距性能評價。本發(fā)明無需光電系統(tǒng)進行精確瞄準，可一次完成光電系統(tǒng)的多項參數(shù)校準；且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。
文檔編號F41G3/32GKCN101476844 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200810232618
公開日2013年6月5日 申請日期2008年12月9日
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