直写式激光导引头标定系统误差分析

为提高激光导引头测角精度,研究了激光导引头测角误差的来源,并分析了直写式激光导引头标定系统误差。首先,分析了激光导引头内光学系统和探测器安装误差对导引头测角的影响;其次,介绍直写式激光导引头标定系统的工作原理,给出理想条件下转台转角和导引头测角关系;再次,为了提高标定后导引头测角精度,分析了标定系统存在的安装误差;最后,针对一次实际的标定过程,结合文中分析方法对标定系统误差进行了校正,导引头零位误差由校正前的2.5 mrad降低到了1 mrad以内。文中结论为直写式激光导引头标定系统中的结构安装精度要求提供了分析方法,进而提高了标定后激光导引头的测角精度。     

在高精度要求下的激光导引头改进设计探究

本文介绍了激光半主动导引头的发展现状及其应用的前景,提出了采用双四象限探测器提取目标信号的方法,以及平台式稳定跟踪目标的导引头结构组成方案,并且讨论了激光半主动导引头在激光制导系统中的应用问题。由于导引头采用平台式稳定跟踪方案,加之激光的单色性好,光束发散角小,导引头抗自然干扰和人工干扰能力强,导引头精度大大提高,使得激光半主动导引头在制导武器中得到广泛的应用。     

激光导引头探测性能对高重复频率干扰激光器的影响

高重复频率干扰激光器被激光导引头精确探测是高重复频率有效干扰的必要条件,因此基于激光导引头探测性能研究高重复频率干扰激光器至关重要。采用计算分析的方法研究导引头虚警概率和探测概率,得出:当阈噪比T_(NR)为3.5时,虚警概率P_f约为0.02%;当阈噪比T_(NR)为3.5且被检测信号在导引头入瞳处的功率密度为导引头探测器门限值的1.9倍时,探测概率P_p约为99.92%。基于探测概率研究高重复频率干扰激光器的激光导引头探测概率P_p与高重复频率干扰激光器参数(平均功率P_1、脉冲发射频率f、脉冲宽度τ)、激光导引头参数(探测器门限值P_(th)、阈噪比T_(NR))以及作用距离R之间的关系,并结合应用背景通过MATLAB软件进行仿真分析。     

高功率YAG激光对激光导引头压制干扰的效果评估与理论分析

推导出计算高功率YAG激光直接或间接照射在激光导引头前或其四象限探测器上的能量密度公式和峰值功率密度公式,提出致盲或深度饱和评估准则.通过激光干扰时间序列图分析,指出由于激光导引头光电传感器饱和驰豫时间太小,非同步压制干扰无效是体制问题;并提出,可以借用激光角度欺骗干扰中的编码识别技术,控制高功率YAG激光脉冲的发射时机,让压制干扰刚好屏蔽激光导引头的信号探测时间波门,从而使得压制干扰有效.     

四象限探测器测角算法分析与改进

四象限探测器测角误差是影响激光跟踪系统精度的关键,因此算法设计是提高跟踪系统跟踪精度的根本。首先分析了消除光学系统四象限探测器测角误差的几种算法,随后在不考虑非均匀性的影响下的条件下,提出了将插值法和传统算法相结合的一种改进算法,测角误差能控制在0.1°之内且容易实现。     

星间激光通信中四象限探测器的定位精度研究

在星间激光通信中,精跟踪单元常采用四象限探测器用于光斑位置定位,定位误差的大小直接影响精跟踪单元的测角精度.为实现微弧度量级的测角精度,文章研究了影响探测器定位误差的各个噪声因素,并根据星间光通信的实际情况进行了简化分析,提出了定位误差的具体计算方法,最后通过具体算例评估了各噪声因素的影响程度.研究结果表明,提高发射功...     

激光半主动导引头光学系统设计

激光制导导引头是当今最常用的制导装置,本文设计的激光半主动制导导引头由光学接收系统和一个四象限探测器组成。本文对四象限探测器的工作原理进行了分析介绍。结合激光器的发射功率、作用距离与四象限探测器的参数,对导引头光学系统参数进行了计算与分析,得到了系统入瞳的最小尺寸。应用ZEMAX软件对激光半主动导引头的光学系统进行了优化设计,并通过包围圆能量曲线、光斑均匀性等对光斑质量进行了评价。使用MATLAB软件对能量曲线进行拟合,根据拟合曲线对光斑的能量分布进行评价。     

采用四象限探测器的激光跟踪系统设计

为简化自由空间激光通信的跟踪系统,本文采用四象限探测器检测目标位置,通过峰值保持电路稳定激光脉冲峰值并计算脱靶量,结合角速率和角位置信息,采用基于位置环、速率环、电流环的闭环控制算法实现视轴稳定与目标跟踪。仿真设定载体扰动频率为3 Hz时,系统的隔离度达到1.0%;目标位置±20°正弦变化时,能稳定跟踪;脱靶量噪声是跟踪误差的主要因素,峰值信噪比20 dB时,跟踪误差0.07°。结果证明系统设计可行,为激光跟踪样机研制奠定了基础。     

基于位置探测器的激光跟踪系统设计

针对位置探测器在测量时,容易出现所得跟踪目标精度较低、很难实时反馈出被测对象的空间坐标信息等问题,提出基于位置探测器的激光跟踪系统设计方案。首先对四象限探测器角位置测量精度实施分析,根据探测器的光斑位置实际偏差获取主要噪声源,然后设计激光跟踪系统检测光斑位置,并通过低通滤波对信号放大处理,能够大幅降低噪声,提高信号的信噪比,最后运用补偿控制函数优化跟踪处理单元,根据四象限探测器检测目标位置,充分结合角速率和角位置信息,利用PID控制算法实现视轴稳定与目标跟踪。实验结果表明:本文跟踪系统能够减少运算复杂度、跟踪目标精度较高、跟踪误差较小,具有较高实用性和显著优越性。     

四象限探测器角跟踪误差对激光制导的影响

依据四象限探测器对目标进行主动探测时的角跟踪误差计算公式,得出了适合于半主动制导时角跟踪随机误差的计算方法,并以激光半主动制导导引头为例,计算了随机误差对导引头跟踪精度的影响.     

基于圆形四象限光电探测器的条纹形状识别方法研究

为了实现二维小角度的测量,采用压电陶瓷(PZT)驱动方式,获取运动的干涉条纹。利用数值积分法推导了理想干涉条纹下,条纹宽度、条纹方向角与光电探测器各象限信号相位的关系,解出了各象限相位等效点,并建立了激光光束夹角与条纹形状之间的模型。应用椭圆最小二乘拟合算法,实现了四象限探测器相位信息的有效提取,达到识别条纹宽度和方向角的目的。二维偏转角的测量实验结果表明,该方法能够满足对工作台角度偏转量等精密测量的要求,即使是在干涉条纹形状不规则、工作台运动频率不严格一致的环境下,对条纹形状的识别精度也很高,重复性好。     

干扰和噪声对激光制导性能及精度的影响

针对某激光导引头检测中输出弹目视线角速度误差较大的情况,分析指出弹目视线角速度噪声是角跟踪回路中探测器噪声、弹体扰动和摩擦等干扰力矩共同作用产生的。根据导引头控制原理建立了其稳定跟踪回路模型,定量分析了这些误差因素对导引头稳定跟踪性能和弹目视线角速度输出指令的影响程度。然后实测分析了激光导引头输出弹目视线角速度噪声特性,建立了其与弹目距离的函数关系,并将其加入某制导武器制导模型中进行仿真。结果表明:加入弹目视线角速度噪声后,弹体滚转姿态角变化较大,舵偏角变化也较大,近距离时由于角速度指令噪声较小对全弹道及脱靶量的影响比较小,这与实际检测结果相符较好。但近距时当角速度指令处于噪声峰值处,弹偏离后来不及修正可能会对导弹的近距攻击区有影响,研究方法及结论对导引头的实际研究测试及弹的战术使用均有一定的参考价值。     

差分补偿光线漂移的准直方法

在长距离直线度、同轴度测量时,光线漂移是影响激光准直精度的最主要因素.本文提出了一种差分补偿光线漂移的方法.分光器用作位置敏感器件,利用两个四象限探测器分别探测分光器的第一次反射光和通过猫眼逆向反射再经过分光器的第二次反射光,最后利用差分方式消除光束漂移对光线基准的影响.实验结果表明:在8～18 m的距离范围内,漂移误...     

激光捷联导引头线性区扩展方法研究

当激光捷联导引头工作在设计的线性区外时,在确定的激光导引头参数条件下,通过对激光探测器输出电信号的综合处理与运用,从软件算法方面可将激光导引头线性区向外大范围扩展。当目标回光剩余光斑占有两个象限时,经计算、标定,其测量结果较准确,扩展后的测量结果与线性区内测量结果呈准线性分布,当目标剩余光斑仅占有一个象限时,其质心相对于导引头视轴的距离可精确确定,但其给出的俯仰、方位位置存在较大偏差,通过限定角度,可以给出目标粗略角度位置。     

基于旁瓣光束衍射反演的远场测量旁瓣波峰参数检测方法

针对强激光远场测量不能有效识别旁瓣光束任意方向各个旁瓣波峰参数的问题,提出了基于旁瓣光束衍射反演的远场测量旁瓣波峰参数的检测方法。对旁瓣光束图像按照选定的角度采样间隔进行量化,使用角度变换将二维旁瓣光束图像转化为全方向的一维旁瓣光束曲线集合,检测每一个角度的一维旁瓣光束曲线的各个旁瓣波峰参数,从而获得旁瓣光束任意方向各个旁瓣波峰的参数。主要优化措施为：(1)使用角度变换将二维旁瓣光束图像转化为全方向的一维旁瓣光束曲线集合;(2)检测每一个角度的一维旁瓣光束曲线的各个旁瓣波峰的参数,统计所有方向的各个旁瓣峰值,生成每个旁瓣波峰的极大值圆环;(3)统计每个旁瓣波峰极大值圆环的灰度均值,将各个旁瓣波峰极大值圆环的灰度均值与本底噪声进行比较,选择大于本底噪声1.5倍的最小波峰均值为整个旁瓣光束的最小可测旁瓣波峰信号。实验结果表明：该方法能够有效检测旁瓣光束任意方向各个旁瓣波峰的参数,任意方向上灰度极大值均值与理论值灰度极大值误差为0.477,5个波峰的极大值圆环半径均值与理论值半径之间误差小于1个像素。该方法提高了基于旁瓣光束衍射反演的远场测量的实验精度和可信度,为将来大科学装置强激光远场的精...     

伴飞式激光对抗卫星光电探测器干扰效能研究

为了研究天基平台激光对抗中高轨道卫星的伴飞干扰能力,建立了天基激光干扰的理论模型。首先分析了伴飞式激光干扰的特点,并分析了激光发射系统、跟踪瞄准精度、接收光学系统及探测器自身的特性,在此基础上建立了激光接收功率密度的数学模型,以最大干扰距离作为评估标准分析干扰效能。由分析可知激光干扰效能与激光功率、发散角、激光波长、干扰阈值等有关。最后以天基红外系统的扫描型探测器为例,定量分析了天基致盲干扰的干扰效能。     

高超声速飞行器楔面激波的光线偏折校正模型

天文定姿是飞行器实现高精度自主导航的重要技术手段之一。高超声速飞行器在飞行过程中会产生激波,造成光线偏折,影响星敏感器的观测和天文定姿导航的性能。现代高超声速飞行器多采用乘波体设计,其载荷舱部分可简化为楔面结构。论文聚焦高超声速飞行器上楔面激波,基于空气动力学理论,给出了高超声速楔面激波结构参数的解析计算方法,以及激波对光线偏折影响的量化测算模型。提出了一种利用解析计算结果控制光线偏折的校正模型,讨论了激波角测量误差在该模型中的传播,证明了激波角测量误差与其引起的校正效果偏差其呈负线性相关。仿真试验表明,在高度20 km、马赫数5-8的条件下,楔面上方形成稳定的激波结构,对入射光线造成的偏折可达6.8";解析计算方法获得的激波角参数与试验结果误差在0.1"以内。这意味着运用该模型来校正光线偏折的误差可以控制在激波角观测误差的量级,可以显著提升观测精度。     

面向特大齿轮的激光跟踪测量精度提升方法

为实现特大齿轮激光跟踪测量精度的提升,采用激光跟踪仪与柔性关节坐标测量臂相结合的测量方式,建立了基于激光跟踪多边测量方法的特大齿轮组合式测量网络。采用柔性关节坐标测量臂蛙跳技术确定激光跟踪仪全局坐标系与柔性关节坐标测量臂坐标系之间的坐标转换关系,实现不同站位下测量臂测量数据的空间配准。引入激光跟踪仪多边测量方法,摒弃其角度测量模块,建立激光跟踪多边测量位置参数标定模型,通过测量冗余数据并对其进行L-M优化迭代,以提高激光跟踪仪的全局控制精度。对建立的组合式测量网络进行仿真实验,分析对比测量数据,组合式测量网络的测量误差平均值为0.007 mm,误差标准差为0.004 mm,相同条件下,使用激光跟踪仪直接测量方法的测量误差平均值为0.044 mm。仿真实验分析表明,该方法显著提升了测量精度,满足了特大齿轮现场齿形测量的要求,具有较好的理论与工程应用价值。     

四象限探测器基于高斯分布的激光光斑中心定位算法

为了提高四象限探测器在FPGA中实时激光光斑位置测量的精度,提出了一种基于高斯分布的光斑中心定位算法。首先,四象限探测器光敏面上分布的激光光斑采用高斯分布模型等效。结合探测器的工作原理,合理设置高斯积分区间,计算出呈高斯分布的光斑在探测器各象限内的光能量,从而对应各象限输出的光电流,得到包含光斑位置信息的正态分布关系式。再通过标准正态分布表查询快速求解出光斑中心位置,将算法在硬件上实时地实现。最后,分别对基于高斯分布的定位算法和基于圆模型的传统算法进行仿真与实验验证。结果表明,基于高斯分布的定位算法的测量精度相较于传统算法提高了43.8%。由此证明基于高斯分布的定位算法能有效提高激光光斑中心位置测量精度。