系統(tǒng)組成激光指示器主要由基準(zhǔn)光管，模擬光管底座殼體，衰減片，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。其中模擬光管主要是用來解束散角偏移量等。基準(zhǔn)光管主要用來提供對準(zhǔn)目標(biāo)，底座是為了提供一個(gè)基準(zhǔn)，殼體是為了防塵防背景光雜光以及美觀性。二檢測指標(biāo)檢測系統(tǒng)主要完成對被測激光指示器以下幾個(gè)性能參數(shù)的檢測：作用距離：在指示器發(fā)射處能清晰看到米距離上的激光光斑，其背景照度20Lx；激光束發(fā)散角（光斑大小）50m處2OWlmil光斑走動(dòng)量：作用距離上50米處背景光20lx下Wlm;作用距離50m；光斑偏移量：Wlmil；光斑調(diào)整范圍：N10mil.檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理要滿足以下要求：能自動(dòng)計(jì)算激光指示器的激光束發(fā)散角、作用距離、光點(diǎn)走動(dòng)量、光斑調(diào)整范圍和光斑偏移量的精確判定；能實(shí)時(shí)顯示激光光斑圖像，輸入測試時(shí)間、操作人員、指示器編號等信息。當(dāng)檢測激光指示器不合格時(shí)，能自動(dòng)提示。具備數(shù)據(jù)備份（輸出表格、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、歷史記錄查詢功能（輸入激光指示器類型、試驗(yàn)時(shí)間、編號等信息即可查詢）。系統(tǒng)具備視頻信號采集與數(shù)據(jù)傳輸同時(shí)進(jìn)行的能力，每次檢測時(shí)間節(jié)點(diǎn)可控制。三檢測原理針對以上被檢測激光指示器的功能要求及技術(shù)指標(biāo)，確定如下幾個(gè)部分：1） 對目前激光束發(fā)散角的檢測方法進(jìn)行分析，確定焦斑法檢測原理，對各個(gè)檢測參數(shù)原理進(jìn)行分析；2） 對檢測系統(tǒng)的激光光束發(fā)散角焦斑法檢測技術(shù)、多參數(shù)集成檢測技術(shù)等的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究；3） 對系統(tǒng)檢測精度進(jìn)行分析。4） 確定裝調(diào)檢測方案。產(chǎn)品的原理光路圖如圖3.1：

圖3.1光路原理圖當(dāng)作用距離為50m遠(yuǎn)時(shí)。激光的光軸和對準(zhǔn)光管的光軸會(huì)發(fā)生交叉。激光束散角固體激光器的出射光束多為高斯光束，其光場分布規(guī)律呈高斯曲線形式，在波陣面上振幅的分布是不均勻的。高斯光束在共焦腔中的中心處(坐標(biāo)系原點(diǎn))是強(qiáng)度為高斯分布的平面波，在其他處為高斯分布的球面波。沿Z軸傳播的高斯光束的電矢量為：(3-1)式中E(x,y,z)為點(diǎn)(x,y,z)處的電矢量;W(z)為Z點(diǎn)處的光斑半徑。在z點(diǎn)處激光光斑半徑為：(3-2)式中W。為特征參數(shù)，Wo-W(0)，被稱為高斯光束的“腰粗”。用2。表示高斯光束的發(fā)散角，見圖3.2,應(yīng)有關(guān)系圖3.2高斯光束發(fā)散角當(dāng)Z--8時(shí)，2。=2入/nW。此時(shí)稱其為高斯光束遠(yuǎn)場發(fā)散角。高斯光強(qiáng)模式的角度分辨率會(huì)隨著發(fā)散距離的增加而增加。在實(shí)際檢測時(shí)，通常是通過近場方法來檢測遠(yuǎn)場發(fā)散角，即利用一個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)將被測激光束聚焦或用一擴(kuò)束聚焦系統(tǒng)將光束擴(kuò)束聚焦后，在焦平面上測量光束寬度3。，利用

業(yè)=2口/r(3-3)求得激光光束遠(yuǎn)場發(fā)散角2。。式中f’為聚焦光學(xué)系統(tǒng)的焦距。激光束發(fā)散角的檢測原理圖如圖3.3所示。檢測系統(tǒng)采用CCD相機(jī)作為探測器件，將其放在焦距為f’的聚焦鏡焦面處，只要檢測到激光光斑的半徑值3。就可得測出被檢測激光指示器束散角2。的值。圖3.3焦斑法測發(fā)散角原理圖光斑走動(dòng)量激光器圖3.4光斑走動(dòng)量測試原理圖激光指示器光斑在50米作用距離上偏離瞄準(zhǔn)點(diǎn)的程度，可以用角度值來表示作為光斑走動(dòng)量。基于現(xiàn)行國軍標(biāo)及常規(guī)兵器試驗(yàn)靶場相關(guān)規(guī)定，可以采用立靶及光學(xué)目標(biāo)模擬設(shè)備來進(jìn)行光學(xué)瞄具瞄準(zhǔn)基線變化量的測量(零位走動(dòng)量的測量)。根據(jù)以上依據(jù)，采用模擬靶的方法，其原理圖如圖2.3所示。通過系統(tǒng)軟件檢測激光指示器在做射擊或環(huán)境試驗(yàn)(如沖擊振動(dòng)、高低溫試驗(yàn)等)前激光光斑在CCD像面上的坐標(biāo)(xl.yl})和試驗(yàn)后激光光斑在CCD像面上的坐標(biāo)(x2,y2)，則該激光指示器實(shí)驗(yàn)前后光斑在X,Y方向上的變化量為：j 4=必1叫/其在CCD像面上的直線距離為,’ ，轉(zhuǎn)化為角度值為 ^對于光斑中心，通常情況下下激光光斑形狀近似為橢圓，但基于激光指示器多參數(shù)檢測系統(tǒng)原理，需要把激光光斑擬合成圓形，然后求該圓形光斑的半徑和中心位置坐標(biāo)。在激光斑擬合時(shí)，采用形心法確定的光斑中心比較穩(wěn)定，檢測的結(jié)果準(zhǔn)確性高。光斑調(diào)整范圍和光斑偏移量此檢測量的原理和依據(jù)與光點(diǎn)走動(dòng)量的檢測原理相同。檢測(要求激光光軸調(diào)節(jié)范圍巳10mil，假設(shè)水平方向上調(diào)節(jié)激光指示器，在CCD上測得激光指示器光斑沿水平方向上(左或右)偏離Y軸的最大調(diào)節(jié)范圍為r2，、時(shí)，光軸沿垂直方向偏離X軸的最大偏移量為r1，則激光光斑調(diào)節(jié)范圍的角度值為：

光斑偏離量的角度值為:而r1和r2的根據(jù)r=Na求得.N為象元數(shù)目，a為象元大小。用同樣方法垂直方向上調(diào)整指示器調(diào)整機(jī)構(gòu)，可檢測出指示器在垂直方向上的激光光軸調(diào)節(jié)范圍和水平方向上光軸偏離的角度值。四光機(jī)結(jié)構(gòu)（一）模擬裝置圖4-1模擬裝置組件圖如圖4.1所示，模擬裝置主要由測量物鏡、鏡筒、轉(zhuǎn)接彎管、平面反射鏡、彎管、衰減片和CCD相機(jī)等元件組成。由激光指示器發(fā)出的激光，經(jīng)測量物鏡匯聚，衰減片衰減后被CCD相機(jī)接收。由于白光瞄具光軸與激光指示器光軸兩者之間的距離較小，只有23mm。目前市場上的CCD相機(jī)尺寸都過大放置不下，故采用平面反射鏡將系統(tǒng)光路折轉(zhuǎn)90度。但這樣對平面反射鏡的放置角度要求較高，因此平面反射鏡座采用三拉三緊的微調(diào)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)平面反射鏡進(jìn)行角度微調(diào)。調(diào)整平面反射鏡安裝角度需要調(diào)試工裝組件用自準(zhǔn)直法或五棱鏡法進(jìn)行調(diào)試。檢測系統(tǒng)需對二維的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，這就需要選用具有二維掃描功能的器件作為接收器件，CCD不但能滿足系統(tǒng)的要求，而且成本低，效率高，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的檢測功能。故采用CCD相機(jī)。

（二）基準(zhǔn)光管目前對準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)（準(zhǔn)直式平行光管）的分劃照明一般都采用白熾燈或鹵素?zé)粽彰鳌z測系統(tǒng)如果采用這兩種燈，由于其發(fā)熱量大，對分劃的精度有較大的影啊，最終影響檢測精度和工作穩(wěn)定性。因此，本系統(tǒng)的分劃照明光源采用綠光LED照明，光強(qiáng)度可調(diào)，工作壽命長，利于人眼觀察，尤其是其發(fā)熱量小，較大限度在降低了對檢測精度的影響，保證了檢測系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。II IIII II圖4.2基準(zhǔn)光管組件圖如上圖4.2所示，對準(zhǔn)光管組件主要由對準(zhǔn)物鏡、鏡筒、分劃板、毛玻璃、聚光鏡、燈光和光源本體等元件組成。光源發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡匯聚，毛玻璃均勻后照射到分劃板上。在檢測時(shí)，此部分為激光指示器提供一個(gè)無限遠(yuǎn)目標(biāo)作為指示器白光瞄準(zhǔn)鏡的瞄準(zhǔn)基準(zhǔn)。（三）調(diào)整架如下圖4.3所示，調(diào)整架主要由光管座、上調(diào)整板、下調(diào)整板和緊固螺釘?shù)冉M成。為了確保白光瞄準(zhǔn)鏡光軸與對準(zhǔn)光管光軸在水平方向的一致性及激光瞄具光軸與參數(shù)測量光軸在水平方向的一致需要方位和俯仰的微調(diào)機(jī)構(gòu)。本檢測系統(tǒng)采用上調(diào)整板和下調(diào)整板結(jié)構(gòu)，其在水平方向上有一定的空隙，通過頂絲實(shí)現(xiàn)方位調(diào)整，通過三拉三緊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)俯仰的調(diào)整。基準(zhǔn)光管組件通過螺釘緊固到光管座上，微調(diào)這些螺釘可以使白光瞄準(zhǔn)鏡光軸與對準(zhǔn)光管光軸重合，模擬裝置組件同樣通過幾個(gè)螺釘緊固到光管座上，微調(diào)這幾個(gè)螺釘，使激光指示器光軸與模擬裝置組件的光軸重合。圖4.3調(diào)整架圖圖4.3調(diào)整架圖（四）殼體圖4.4殼體結(jié)構(gòu)圖如上圖4.4所示，殼體主要由前立板、后立板、橫板、密封膠圈、固定塊和儀器罩等組成。固定塊將橫板固安裝到前后立板之間，防止儀器罩在運(yùn)輸或搬運(yùn)過程中受到較大外力而引起大的變形。密封膠圈起密封的作用，并且保證模擬裝置組件光軸和基準(zhǔn)光管組件光軸之間的距離。（五）底座如下圖4.5所示，底座主要由調(diào)平支腳組件、底板和底座等組成。三個(gè)調(diào)平支腳組件呈三角形分布，便于快速方便的調(diào)整底板與光學(xué)平臺(tái)平行。底板和底座支撐光管座、模擬裝置組件和基準(zhǔn)光管組件等。圖4.5底座結(jié)構(gòu)圖五誤差因素分析（1）采用微分法分析誤差由公式

135 56(5-1135 56△f’為焦距標(biāo)定誤差△d包含以下幾個(gè)因素：光學(xué)系統(tǒng)像差^dlCCD分辨力引起的誤差A(yù)d2圖像處理誤差^d3相機(jī)位置誤差^d4反射鏡位置誤差^d5接收物鏡像差^d6軸平行性誤差^d7對準(zhǔn)光管的對準(zhǔn)誤差^d8△d=(△d"2+△d2W+△d3W+△d4^2+△d5W+△d6W+△d7W+△d8W)A0.5(2)主要誤差因素分析CCD分辨力誤差分析CCD像素分辨率和檢測物鏡的焦距是用焦斑法檢測激光器光斑直徑的主要因素。系統(tǒng)使用的CCD的圖像分辨率795C(H)X596(V)，有效感光面積6.Smmx4.8mm,每個(gè)像素的尺寸8.6umx8.3um。取光斑半徑的偏差為△R^8.6um測量物鏡的焦距f’=140mm,則引起的最大誤差為=U.篇量物銃R光醒北鏡2)兩軸平行性誤差分析'敝光指元器對維物晚(5-2)篇量物銃R光醒北鏡2)兩軸平行性誤差分析'敝光指元器對維物晚貝二貝二阡鳥■ >=F(5-4)圖5.1兩軸平行性誤差分析圖測量光軸和對準(zhǔn)光軸的不平行對檢測系統(tǒng)檢測角度量有影響。當(dāng)兩軸平行時(shí)檢測到激光指示器的偏轉(zhuǎn)角為B;,當(dāng)測量光軸相對于對準(zhǔn)光軸的偏角為al時(shí)檢測到的激光指示器的偏轉(zhuǎn)角度為B’1，如上圖5.1所示，根據(jù)圖中的幾何關(guān)系可以得出：(5-3)從而推算出兩光軸不平行所引起的角度偏差量為:系統(tǒng)兩軸平行調(diào)試采用分辨力為15",視放大率為25X的前置鏡，進(jìn)行調(diào)試。對準(zhǔn)光管與前置鏡的對準(zhǔn)是采用夾線對準(zhǔn)，人眼的對準(zhǔn)誤差為10"，人眼通過前置鏡觀察時(shí)的對準(zhǔn)誤差為：（5-5）測量光管的對準(zhǔn)采用壓線對準(zhǔn)，人眼的對準(zhǔn)誤差為60"，人眼通過前置鏡觀察時(shí)的對準(zhǔn)誤差為：（5-6）則引入的兩光軸的角度偏差為：（7,三一口］=-克）=一，尊"=-0.01則兩軸不平行所引起的角度偏差量為0.013mrad3）反射鏡的位置誤差平面鏡繞中心某個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有一個(gè)很重要的特性。當(dāng)入射光線方向不變而轉(zhuǎn)動(dòng)平面鏡時(shí)，反射光線的方向?qū)l(fā)生改變。如圖5.2所示，設(shè)平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)a角時(shí)，反射光線轉(zhuǎn)動(dòng)。角，根據(jù)反射定律有：（5-7）由此可以得出反射光線的方向改變了2a角。圖5.2平面反射鏡的旋轉(zhuǎn)圖5.2平面反射鏡的旋轉(zhuǎn)圖5.3反射鏡的角度誤差分析圖對于本檢測系統(tǒng)，當(dāng)激光指示器出射光軸與水平方向夾角為B2，平面鏡偏離45度的角度偏差為a2，光路如上圖5.3所示。圖5.4反射鏡角度誤差簡圖如圖5.4所示忽略平面鏡轉(zhuǎn)角引起的反射點(diǎn)變化的微小距離，平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)a角度產(chǎn)生的角度偏差為a4。由三角形關(guān)于外角的特性可以得出：系統(tǒng)調(diào)試平面鏡角度通過前置鏡用對準(zhǔn)的方法進(jìn)行調(diào)試，調(diào)節(jié)平面反射鏡，使調(diào)試工裝的十字分劃與前置鏡的分劃重合。同時(shí)保證在旋轉(zhuǎn)測量光管一周時(shí)，調(diào)試工裝十字分劃中心軌跡在前置鏡分劃中心15’’以內(nèi)。采用此方法校正的平面鏡的角度誤差2aW15"，由上式可以得出平面鏡的角度誤差產(chǎn)生的檢測角度的偏差量為。4<15’’，按。4<15’’=0.073mrad進(jìn)行計(jì)算。系統(tǒng)的光軸調(diào)節(jié)范圍和偏離量的角度誤差為：打=.蒿4廿hCLUlf-4-O.073?=0.074jn?^（5-9）六根據(jù)誤差分析采用調(diào)整方法1） 針對反射鏡和分劃板的位置誤差采用五棱鏡法和自準(zhǔn)直法2） 針對相機(jī)的位置誤差，將ccd換成分劃板，調(diào)整象。3） 針對軸平行性誤差，采用五棱鏡法七裝配與調(diào)整基準(zhǔn)光管的調(diào)整對準(zhǔn)光管的調(diào)試及校準(zhǔn)如圖6.1所示。調(diào)節(jié)前置鏡的方位、俯仰旋鈕，使對準(zhǔn)光管十字分劃進(jìn)入前置鏡的視場范圍內(nèi)。旋掉光源固定環(huán)和螺紋壓圈后，前后旋轉(zhuǎn)分劃板內(nèi)筒使十字分劃在前置鏡上的成像最清晰，調(diào)節(jié)對準(zhǔn)光管緊固頂絲使對準(zhǔn)光管靠一側(cè)固緊。前置醐目也供圖6.1基準(zhǔn)光管的調(diào)整1）反射鏡的調(diào)整進(jìn)行平面反射鏡45’’調(diào)校之前，先調(diào)節(jié)測量光管的軸線與自準(zhǔn)直儀的軸線一致。對測量光管軸線的調(diào)校采用自準(zhǔn)直的方法。調(diào)試工裝組件由光源、本體、分劃板、毛玻璃、套管和鎖緊螺釘?shù)仍M成。光源發(fā)出的光經(jīng)毛玻璃后均勻的照射到分劃板上。使用時(shí)將測量參數(shù)組件中的CCD相機(jī)和轉(zhuǎn)接彎管取下，安裝上調(diào)試工裝組件。將測量光管從儀器上取下，取下平面反射鏡和CCD相機(jī)部分，將調(diào)試工裝及轉(zhuǎn)接管旋到測量光管上，再將測量光管水平放置在V形槽上，開啟電源，給調(diào)試工裝LED通電，調(diào)整自準(zhǔn)直儀的位置使調(diào)試工裝的十字分劃進(jìn)入到自準(zhǔn)直儀的視場范圍內(nèi)，前后調(diào)節(jié)調(diào)試工裝十字分劃，使其在自準(zhǔn)直儀中成像最清晰。通過調(diào)節(jié)自準(zhǔn)直儀的方位、俯仰及V形塊的俯仰旋鈕，使調(diào)試工裝的十字分劃中心與自準(zhǔn)直儀的分劃板中心重合，此時(shí)，測量光管的軸線與自準(zhǔn)直儀的軸線一致，調(diào)校原理如圖所示。判瓶 恤任 軒果牌調(diào)試工裝討累最倒.隹墉成山推世枝 丫卷所圖6.2測量光管軸線調(diào)整將測量光管去掉CCD相機(jī)安裝上調(diào)試工裝的示意圖。用左手按住測量光管，右手旋轉(zhuǎn)掉調(diào)試工裝及轉(zhuǎn)接管，此過程中盡量保證測量光管不要旋轉(zhuǎn)及移動(dòng)，安裝上平面反射鏡部分，再將調(diào)試工裝旋到其上，如圖6.3所示。平面反射鏡的安裝采用三拉三緊的結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)平面反射鏡座上的頂絲和螺釘，使調(diào)試工裝十字分劃中心與自準(zhǔn)直儀的分劃板中心重合，并且旋轉(zhuǎn)調(diào)試工裝一周，十字分劃中心與自準(zhǔn)直儀的分劃板中心的偏差在15”以內(nèi)，反復(fù)調(diào)節(jié)平面反射鏡座上的頂絲與螺釘，直至滿足條件。vv推域 反JW愉圖6.3反射鏡的調(diào)整2)ccd相機(jī)調(diào)整在通過物鏡組確定了主光軸，并確定了自準(zhǔn)直前置鏡位置并固定后，接下來的調(diào)校工作是為了保證兩個(gè)CCD光敏面與物鏡的焦面相重合。調(diào)整和校準(zhǔn)的具體過程和方法如下:圖6.4Ccd相機(jī)調(diào)整如上圖6.4所示，對物鏡的光軸測試完成之后移開平行平晶，首先對白光CCD相機(jī)進(jìn)行調(diào)校。現(xiàn)將白光CODA取下，換成用來對應(yīng)CCD相機(jī)位置的調(diào)試工裝，該調(diào)試工裝按照標(biāo)準(zhǔn)的CCD的安裝接口設(shè)計(jì)，