[发明专利]一种利用单探测器合成远场提高双光束合成精度和指向精度的标定方法

摘要

本发明公开了一种利用单探测器合成远场提高双光束合成精度和指向精度的标定方法，该标定方法对同一个探测器探测靶面进行区域划分，把四路测量信息分别调至四个不同的区域中，四个区域分别对应合束光瞳、合束光轴、A路激光光轴和B路激光光轴的实时状态信息。标定时采用A路和B路激光分别出光，先利用合束光轴A1′和B1′分别闭环在该区域中心决对零点处，再分别计算出A2′和B2′激光光轴坐标作，后再以A2′和B2′为零点闭环工作。本发明可大幅度降低标定成本、简化了标定结构和有效消除设备环境温度、震动等带来的误差，保证了双光束在探测器靶面的合成精度和稳定精度，从而提高了输出激光光束的合成精度和指向精度。

主权项

一种利用单探测器合成远场提高双光束合成精度和指向精度的标定方法，采用的标定装置包括激光器入射光束、光束传输合成系统、以及光束稳定控制系统；光束传输合成系统包括：第一可调镜(1‑1)，第一传输镜(1‑2)，第二传输镜(1‑3)，合成分光组合镜(1‑4)，第二可调镜(1‑5)，第三传输镜(1‑6)，聚焦系统(1‑7)，目标(1‑8)，第一激光器(1‑9)，第二激光器(1‑10)；第一激光器(1‑9)发出的激光光束经过第一可调镜(1‑1)和第一传输镜(1‑2)，第二传输镜(1‑3)到合成分光组合镜(1‑4)，第二激光器(1‑10)发出的激光光束经过第二可调镜(1‑5)和第三传输镜(1‑6)进入合成分光组合镜(1‑4)，第一激光器(1‑9)发出的第一激光光束，第一激光光束的大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜(1‑4)反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜(1‑4)透射进入光束稳定控制系统的合成传感器(1‑11)；第二激光器(1‑10)发出的第二激光光束的大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜(1‑4)透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜(1‑4)反射进入合成传感器(1‑11)；光束稳定控制系统执行光束指向信息探测、处理及控制功能，它包括合成传感器、计算机、高压驱动器、第一可调镜和第二可调镜；在合成传感器中利用单探测器对光瞳光轴同时成像的合束探测装置，提高了多光束合成指向精度，所述的利用单探测器提高双光束合成精度和指向精度的标定，首先必须对探测器探测靶面行政区域划分，把探测器探测靶面划分成四个区域，在工作时把四路测量信号分别调在四个不同的区域中，具体的，探测器全靶面有效区域为n×n像素，则需要分别从n/2行和n/2列的位置划分出两根十字形相交的区域分割线，所划分的四个区域分别对应到合束光瞳、合束光轴、A路光轴和B路光轴四路信号的实时状态；所述的合成传感器(1‑11)采用的是单探测器合束系统，它包括：共光路缩束模块(2‑1)，第一分光镜(2‑2)，第二分光镜(2‑3)，第三分光镜(2‑4)，第四分光镜(2‑5)，第五分光镜(2‑6)，第一反射镜(2‑7)，成像模块(2‑8)，第二反射镜(2‑9)，聚焦模块(2‑10)，第六分光镜(2‑11)，第三反射镜(2‑12)，探测器(2‑13)和第四反射镜(2‑14)，第一激光器(1‑9)和第二激光器(1‑10)所发出的双波长光束A和B通过共有的光路缩束模块(2‑1)缩束后，到达第一分光镜(2‑2)，此时共有四种不同的传输路径，第一种传输路径为一部分能量的双波长光束A和B经过第一分光镜(2‑2)透射、第四分光镜(2‑5)反射、第五分光镜(2‑6)透射、聚焦模块(2‑10)透射并聚焦、第六分光镜(2‑11)反射后，到达探测器(2‑13)，并聚焦于探测器靶面(2‑16)的位置上，为合束以后的光轴图像；第二种传输路径为一部分能量的双波长光束A和B经过第一分光镜(2‑2)透射、第四分光镜(2‑5)透射、第一反射镜(2‑7)反射、成像模块(2‑8)透射、第二反射镜(2‑9)反射、第六分光镜(2‑11)透射后，到达探测器(2‑13)，并成像于探测器靶面(2‑17)的位置，为合束以后的光瞳图像；第三种传输路径为一部分能量的其中波长A的光束经过第一分光镜(2‑2)反射、第二分光镜(2‑3)透射、第四反射镜(2‑14)和第三反光镜(2‑12)反射、第三分光镜(2‑4)和第五分光镜(2‑6)反射、聚焦模块(2‑10)透射并聚焦、第六分光镜(2‑11)反射后，到达探测器(2‑13)，并聚焦于探测器靶面(2‑18)的位置，为A路光轴信息；第四种传输路径为一部分能量的波长为B光束经过分光镜(1‑2)和(1‑3)反射、分光镜(1‑4)透射、分光镜(1‑6)反射、分光镜(1‑11)反射后，到达探测器(1‑13)，并聚焦于探测器靶面(1‑15)的位置，为B路光轴信息；其特征在于：该标定方法步骤如下：步骤1、打开第一激光器(1‑9)，其发出的光束波长为A，关闭第二激光器(1‑10)；第一激光器(1‑9)发出的光束大部分能量作为主光束合成分光组合镜(1‑4)反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜(1‑4)透射进入合成传感器(1‑11)；这部分能量的一部分光束经过第一种传输路径：第一分光镜(2‑2)透射、第四分光镜(2‑5)反射、第五分光镜(2‑6)透射、聚焦模块(2‑10)透射并聚焦、第六分光镜(2‑11)反射后、到达探测器(2‑13)，并聚焦于探测器靶面(2‑16)的位置A1点；另一部分能量光束经过第三种传输路径：第一分光镜(2‑2)反射、第二分光镜(2‑3)透射、第四反射镜(2‑14)和第三反光镜(2‑12)反射、第三分光镜(2‑4)和第五分光镜(2‑6)反射、聚焦模块(2‑10)透射并聚焦、第六分光镜(2‑11)反射后，到达探测器(2‑13)，并聚焦于探测器靶面(2‑18)的A2位置上，此时光束A的光轴质心A1点并没有聚焦到探测器靶面(2‑16)的标定零点位置上，计算机运用PID算法将误差传给高压放大器，高压放大器把误差信号放大并驱动倾斜镜1‑1向误差小的方向旋转，最终将光束A在靶面(2‑16)上的质心A1闭环到标定零点A1′位置上，与此同时聚焦在探测器靶面(2‑18)的光轴质心A2也有个相对移动，光束A在靶面(2‑18)的质心由A2移到了A2′的位置上，A2′就作为光束A在探测器靶面(2‑18)的标定零点；步骤2、打开第二激光器(1‑10)，其发出的光束波长为B，关闭第一激光器(1‑9)；第二激光器(1‑10)发出的光束大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜(1‑4)透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜(1‑4)反射进入合成传感器(1‑11)；这部分能量的一部分光束经过第一种传输路径：第一分光镜(2‑2)透射、第四分光镜(2‑5)反射、第五分光镜(2‑6)透射、聚焦模块(2‑10)透射并聚焦、第六分光镜(2‑11)反射后、到达探测器(2‑13)，并聚焦于探测器靶面(2‑16)的位置B1点，波长为B的另一部分能量光束经过第四种传输路径：第一分光镜(2‑2)和第二分光镜(2‑3)反射、第三分光镜(2‑4)透射、第五分光镜(2‑6)反射、第六分光镜(2‑11)反射后，到达探测器(2‑13)，并聚焦于探测器靶面(2‑15)的B2位置上，此时光束B的光轴质心B1点并没有聚焦到探测器靶面(2‑18)的标定零点位置上，计算机运用PID算法将误差传给高压放大器，高压放大器把误差信号放大并驱动倾斜镜(1‑5)向误差小的方向旋转，最终将光束B在靶面(2‑16)上的质心B1闭环到标定零点的B1`位置上，与此同时聚焦在探测器靶面(2‑15)的光轴质心B2也有个相对的移动，光束B在靶面(2‑15)的质心由B2移到了B2`的位置上，B2`就作为光束B在探测器靶面(2‑15)的标定零点；步骤3、将第一激光器(1‑9)、第二激光器(1‑10)同时打开，波长为A和波长为B的光束同时放出，第一激光器(1‑9)发出的光束大部分能量作为主光束合成分光组合镜(1‑4)反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜(1‑4)透射进入合成传感器(1‑11)；第二激光器(1‑10)发出的光束大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜(1‑4)透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜(1‑4)反射进入合成传感器(1‑11)；波长为A和B的双波长光束的一部分能量光束经过第一种传输路径：第一分光镜(2‑2)透射、第四分光镜(2‑5)反射、第五分光镜(2‑6)透射、聚焦模块(2‑10)透射并聚焦、第六分光镜(2‑11)反射后、到达探测器(2‑13)，并聚焦于探测器靶面(2‑16)的位置A1点和B1点，波长为A的另一部分能量光束经过第三种传输路径：第一分光镜(2‑2)反射、第二分光镜(2‑3)透射、第四反射镜(2‑14)和第三反光镜(2‑12)反射、第三分光镜(2‑4)和第五(2‑6)反射、聚焦模块(2‑10)透射并聚焦、第六分光镜(2‑11)反射后，到达探测器(2‑13)，并聚焦于探测器靶面(2‑18)的A2位置上，波长为B的另一部分能量光束经过第四种传输路径：第一分光镜(2‑2)和第二分光镜(2‑3)反射、第三分光镜(2‑4)透射、第五分光镜(2‑6)反射、第六分光镜(2‑11)反射后，到达探测器(2‑13)，并聚焦于探测器靶面(2‑15)的B2位置上，通过驱动倾斜镜调整光束A质心A2和光束B质心B2，将探测器靶面(2‑18)上的A2和探测器靶面上的(2‑15)上的B2拉向A2′和B2′，相应的靶面(2‑16)的位置上的A1点和B1点必重合。