[发明专利]一种光电跟踪性能检测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及光电设备的检测技术，具体涉及一种光电跟踪性能检测方法，可用于空间激光通信等系统中的光电跟踪终端的性能检测。

背景技术：

光电跟踪设备广泛用于非合作目标跟踪、合作目标的双向通信等场景，其跟踪性能是系统的重要指标。以空间平台下的用于空地光通信的光电跟踪终端为例，其面临平台微振动等复杂环境，同时又要保证很高的跟踪精度，因此有必要在地面对其性能进行充分的检测。

对光电跟踪设备进行性能检测的关键在于提供合适的动态靶标和模拟真实的工作环境。一般认为动态靶标分为跟踪靶标和测量靶标，前者仅模拟动态空间目标，后者还可以精确测定任意时刻靶标的空间角度，用来标定待测设备的测量精度。对工作环境的模拟主要包括对终端所处的平台运动状态、热环境、大气湍流、激光的远距离传输和远场分布等因素的模拟。

目前最常见的光电跟踪性能检测方法有两种，一是旋转靶标法，二是利用平行光管加光束偏转机构。旋转靶标法由旋转电机带动平行光管转动，通过反射镜形成旋转光锥，被测设备位于光锥顶点。这种方法应用广泛，可提供跟踪和测量靶标，但其结构庞大，控制复杂，且运动轨迹单一。第二种方法利用平行光管产生平行光，在光路中间加入双棱镜等光束偏转机构使得光束发生偏折，产生二维运动轨迹。此方法常用来模拟激光的远场分布，检测系统的光学性能，但其运动轨迹范围较小，机动性差，对跟踪性能的检测不够充分。

另外一种与本发明较为接近的方法是利用激光光束在幕墙上的反射作为动态靶标。(参见张波，检测光电跟踪测量设备的激光模拟空间目标[J].光电子·激光，2003，14(3)：324-326.)这种方法利用激光的准直特性，直接将激光器产生的激光光束打在幕墙上，模拟空间目标。激光器安装于两轴转台上，转台按编程规律运动，形成空间目标轨迹。待测设备跟踪靶标后，根据空间位置关系来计算其跟踪指向精度。由于不考虑光束的远场分布，该方法未使用平行光管，因而结构简单，控制灵活，且目标轨迹的动态范围大，机动性强。但此方法存在以下两个问题：

第一，无法对光电跟踪设备所处平台的微振动干扰进行模拟。以星载跟踪终端为例，卫星平台的动量轮运动造成的微振动会对跟踪精度造成一定影响，有必要对其进行相应的模拟和检测。

第二，该方法针对的对象是光电跟踪测量设备，因此它将检测系统作为测量靶标，即利用激光器转台的测角值和设备的空间位置关系来计算空间目标的位置真值，以待测设备跟踪时的自身角度作为测量值，从而对待测设备的指向精度进行检测。此方法依赖于对空间位置的精确测量与标定，以及检测设备和被测设备之间的准确的时间同步，并且要求检测设备的测角精度高于被测设备。这使得测试系统难于搭建和标定，当待测光电跟踪设备的自身精度较高时无法采用该检测方法。

发明内容：

本发明的目的是提出一种光电跟踪性能检测方法，它在提供大范围、机动性强的动态跟踪靶标的同时，同时能够模拟平台的微振动干扰，解决了对光电跟踪设备进行动态跟踪性能检测的问题。

本发明的装置构成如附图1所示，包括：二维靶标转台1，靶标转台驱动器2，靶标转台控制计算机3，俯仰轴工作平面4，激光器5，激光器电源6，音圈电机快速指向镜7，音圈电机驱动控制器8，漫反射屏9，待测光电跟踪设备10。

其中：二维靶标转台1为双U型架结构，分别在方位和俯仰两个维度转动，俯仰轴工作平面4的表面具有孔距25mm的M6螺纹孔阵列；俯仰轴工作平面4上安放激光器5，激光器5的出射光轴与俯仰轴轴线平行；音圈电机快速指向镜7固定安放在俯仰轴工作平面4的中心，其基准法线方向与激光器出射光轴呈45°夹角，激光光束经其反射后沿着垂直于俯仰轴轴线的方向出射；在音圈电机驱动控制器8的作用下，音圈电机快速指向镜7在基准方向的基础上产生高频小角度的二维偏转，使得激光束在原有方向上发生微小偏折；激光束由快速指向镜反射后打在漫反射屏9上，形成靶标光斑；二维靶标转台1和待测光电跟踪设备10的中心位置保持同一水平高度，且二者连线与漫反射屏9所在平面平行。

工作时，二维靶标转台1带动俯仰轴工作平面4及上面安放的激光器5和音圈电机快速指向镜7在方位轴和俯仰轴方向进行大范围转动，使得漫反射屏9上的靶标光斑产生大范围运动，模拟动态靶标与待测光电跟踪设备10之间的相对运动；在此基础上，音圈电机快速指向镜7进行高频小角度二维偏转，改变激光束出射方向，使得漫反射屏9上的靶标光斑产生小范围抖动，模拟待测光电跟踪设备10的光轴所受到的微振动干扰。

结合上述装置，本发明的检测方法如下：

1)跟踪范围测试，具体步骤为：