[发明专利]用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置及方法

权利要求书

1.一种用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置，其特征在于，所述校轴装置包括：主镜（2）、次镜（3）、直角分光棱镜（4）、成像组件（5）、光源（6）、小孔分划（7）、陀螺（8）、带两轴直线电机的二维电动滑轨（9）、信号处理单元（10）、光学壳体（11）；其中，主镜（2）、次镜（3）置于光学壳体（11）中；

所述主镜（2）、次镜（3）构成卡塞格林望远物镜，用于反射电视波段、红外波段和激光波段；

所述直角分光棱镜（4）用于反射激光波段，透射电视和红外波段；

所述成像组件（5）用于接收经主镜（2）、次镜（3）、直角分光棱镜（4）反射的激光，并在成像组件靶面上成激光光斑像；

所述光源（6）用于与小孔分划（7）形成点光源，经直角分光棱镜（4）透射、经卡塞格林望远物镜反射后平行出射；

所述陀螺（8）用于感应光学壳体（11）的方位角速度、俯仰角速度，经信号处理单元（10）处理后形成带两轴直线电机的二维电动滑轨（9）的驱动信号；

所述带两轴直线电机的二维电动滑轨（9），用于根据驱动信号，带动由成像组件（5）、直角棱镜（4）、光源（6）、小孔分划（7）组成的部件按照与光学壳体（11）方位运动、俯仰运动的反方向进行运动，从而保证校轴装置的光轴在惯性坐标系中稳定。

2.如权利要求1所述的用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置，其特征在于，所述主镜（2）、次镜（3）表面镀制反射激光、电视和红外波段膜层。

3.如权利要求2所述的用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置，其特征在于，所述直角分光棱镜（4）镀制反射激光波段，透射电视和红外波段膜层。

4.如权利要求3所述的用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置，其特征在于，所述校轴装置还包括窗口（1）；

所述窗口（1）设置在光学壳体（11）一端端面上，主镜（2）、次镜（3）设置于光学壳体（11）内部，直角分光棱镜（4）设置于光学壳体（11）另一端的外部；

物方光线经过窗口（1）到由主镜（2）、次镜（3）构成的卡塞格林望远物镜，卡塞格林望远物镜出射后光线入射到直角分光棱镜（4），激光经直角分光棱镜（4）反射至成像组件（5）；

所述直角分光棱镜（4）投射光路后放置有小孔分划（7）、光源（6），其中光源（6）发出的可见光及红外波段光线经小孔分划（7）、直角分光棱镜（4）、次镜（3）、主镜（2）以及窗口（1）后平行出射至被校设备。

5.如权利要求4所述的用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置，其特征在于，所述陀螺（8）安装在光学壳体（11）上，用于感应光学壳体（11）的方位角速度、俯仰角速度，经信号处理单元（10）处理后形成带两轴直线电机的二维电动滑轨（9）的驱动信号；

所述带两轴直线电机的二维电动滑轨（9）用于根据驱动信号，带动由成像组件（5）、直角棱镜（4）、光源（6）、小孔分划（7）组成的部件按照与光学壳体（11）方位运动、俯仰运动的反方向进行运动，从而保证校轴装置的光轴在惯性坐标系中稳定。

6.如权利要求5所述的用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置，其特征在于，所述主镜（2）和次镜（3）的材料均为石英，固定主镜（2）和次镜（3）的镜筒材料为铟钢。

7.如权利要求5所述的用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置，其特征在于，所述直角分光棱镜（4）的材料为氟化钙，用于在卡塞格林望远物镜后进行波段分光，反射1.06μm激光波段，透射0.7μm~0.9μm近红外波段和3μm~5μm中波红外波段。

8.如权利要求5所述的用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置，其特征在于，所述光源（6）为钨炽灯，是一个全波段光源。

9.如权利要求5所述的用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置，其特征在于，所述校轴装置用于解决机载光电系统在空中无法实时动态校轴，影响远距离捕获、跟踪、瞄准打击精度，且维护复杂和成本高的问题。

10.一种用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴方法，其特征在于，所述校轴方法基于权利要求5所述的校轴装置（14）来实施，所述校轴方法包括：

步骤1：在进行光轴校准前，将被校光电转塔（12），对准校轴装置（14）；

步骤2：被校光电转塔（12）内的光电传感器装于被校光电转塔（12）的内环中，光电传感器的光轴在惯性系中稳定；在校轴装置（14）的光学壳体（11）上安装有陀螺（8），陀螺（8）敏感光学壳体（11）的方位角速度、俯仰角速度，并将数据交由信号处理单元（10）处理得到光学壳体（11）的方位位移数据信号、俯仰位移数据信号，形成电机的驱动信号，用于驱动两轴直线电机的二维电动滑轨（9）反向移动，实现校轴装置（14）的光轴在惯性系中的稳定；

步骤3：经过步骤1和步骤2，此时，被校光电转塔（12）内的光学传感器光轴和校轴装置（14）的光轴都在惯性系中稳定，被校光电转塔（12）光轴和校轴装置（14）光轴相对静止；

成像组件（5）接收被校光电转塔（12）中的激光器发射的激光，在成像组件（5）的靶面上成激光光斑像，成像组件（5）中的成像处理板对激光光斑进行图像处理，获取激光光斑的质心位置，得到质心位置与成像组件（5）的CMOS探测器靶面的电十字分划线之间的偏差为（X₁，Y₁）；所述电十字分划线在校轴装置（14）装调时标定得到；

步骤4：光源（6）经过小孔分划（7）、直角分光棱镜（4）、次镜（3）、主镜（2）、窗口（1）在被校光电转塔（12）的电视传感器和红外传感器上成点源光斑像；

对点源光斑进行质心检测，得到光斑质心位置与被校的红外传感器电十字分划和被校的电视传感器电十字分划的偏差为（X₂，Y₂）、（X₃，Y₃）；

步骤5：成像组件（5）和光源（6）在位置上属于共轭关系，因此，被校的光电传感器中，激光光轴与红外/电视光轴之间，在两个方向上的偏差分别为△X₁=X₁ -X₂、△Y₁=Y₁ -Y₂和△X₂=X₁ -X₃、△Y₂=Y₁ -Y₃；

步骤6：按照偏差量（△X₁，△Y₁）和（△X₂，△Y₂）移动被校光电转塔（12）中红外传感器和电视传感器的电十字分划，从而实现激光光轴、电视光轴、红外光轴的校准。