光电稳瞄系统装调的关键技术

光电稳瞄系统装调的关键技术

孙慧春 刘雅君 马丽

北方工程设计研究院有限公司 河北省石家庄市 050000

摘要:由于考虑涉及到产品光学稳定性和瞄准控制系统的技术复杂性和产品研发的长期不可持续预测性,传统的自动调整瞄准技术远远不能完全满足产品研发的实际需要。本课题分析主要用于研究光谱探测器不同光谱测量范围之间在光电转动稳定性上的内在差异,系统和应用光学校正平台之间结构的物理复杂性以及校正精度的几个关键技术控制问题,利用多功能自准光校直仪研究解决了光轴与驱动转轴不同地协调转动引起的光轴轴向平行转动校正误差问题,建立了固定空间光轴瞬态校正控制参数,并通过设计专用大中小口径光轴自动标定校正装置,作为光轴自动同步校正精度和光轴机械安装精度相互匹配的主要出发点,通过专用俯仰-旋转方位/轴向升力极限精度测量仪的光轴设计,确定了各驱动部件之间自动装配和机械安装精度误差的直接影响,解决了由于驱动转轴的轴向正交性而转动引起的光轴校正误差问题,完成了应用传统光轴技术和应用常规光轴调谐控制装置中所无法直接达到的光轴设计控制任务和机械精度控制要求。

关键词:光电稳瞄系统;装调技术;光轴调校

引言

随着光伏系统集成技术的发展,发展多光谱系统、渐开线和高精度的稳定扫描和高精度传输系统、通用光电系统、轴偏差精度和角度测量方法是必然趋势,稳定器的精度将直接影响火控系统的静态和动态精度,以及对火控系统的捕获、瞄准和跟踪。目前,由于光学稳定系统的复杂性和科学发展的不可预测性,世界各国红外测温仪、激光测距仪、日间摄影系统、激光报警系统等多传感器的调谐过程都存在许多技术难点,激光视觉抑制系统与光路的结合已经得到了广泛的应用,传统的调谐技术远远不能满足产品开发的要求,迫切需要研究一系列关键技术,因此,根据多年来光学仪器的安装方法,对大型复杂光学稳定系统中光学传感器的平行度和制导精度等光轴调整的关键技术进行了分析和验证,并结合稳态扫描系统的典型结构,阐述了关键技术问题的解决方案

1光电稳瞄系统中多光路传感器光轴装调技术

现代狙击武器的电子光电稳定扫瞄控制系统多由电子可见电和光学控制系统、电视、红外、微光、激光测距、激光自动照射、激光自动压制等多种与传感器系统集成的复杂高科技控制系统部分构成,传感器系统数量多,光谱范围大(通常为0.4Λm~12.5Λm )。为了能保证系统自动瞄准镜的精度,要求各瞄准传感器必须具有较高的光轴瞄准一致性,因此高精度的光轴平行性调校技术尤为关键。例如,某光电跟踪仪产品,其结构由俯仰系统、方位系统和电控单元组成,其中非常重要的一项精度指标就是保证内俯仰框架中双面光学平台上的电视探测器组件、激光探测器组件、红外热像探测器组件和基准校轴瞄准镜相互之间的4条光轴平行性小于0.1 m rad,且基准瞄准镜与俯仰稳定陀螺安装面的平行性小于0.1 m rad。俯仰扫瞄机构平台是光电扫瞄系统应用中的稳定扫瞄运动平台,如图1所示。在内置外俯仰稳定框架的陀螺光具座上面也配置了内俯仰稳定型的陀螺、电视探测器组件、激光探测器组件、红外热像探测器组件和基准校轴瞄准镜。由于各电子探测器之间光谱分布范围的高度差异性、结构的高度复杂性以及精度受到电子传感器光轴口径的很大限制,各光轴之间距离跨度大,因此如果采用普通的光度调校控制装置和传统工艺控制方法难以实现各项仪器设计技术指标和测量精度上的要求。为此,特提出如下装调与测试方法。

1.1在光学稳定平台上对带传感器安装座的瞄准具光轴平面和陀螺仪支架的俯仰平行精度进行校正,自动准直器平行于反射直角的棱镜在陀螺仪安装平面上进行校准,这是安装的基础。在准直仪、经纬仪和自准直仪之间,标定与光轴平行。传感器安装在双平面光学平台的校正平面上,安装在反射镜与陀螺基座的平行线上,由多组自准直仪、经纬仪、光学仪器和高自由度反射镜组成,通过对俯仰平面和双面光学平台的检测和验证方法,建立了空间瞬态基础,确定了陀螺基准面与安装在光学稳定平台上的传感器参考瞄准面平行度的标定精度。

1.2多探测器光轴平行校正法根据图纸将探测器模块采集在双向光学平台上,前端有一个专用的大口径反射镜(可见光和红色)准直器。在准直器中分别对电视探测器的各个部件进行评估和校正,通过激光探测器和红外热传感器在准直器的分光中心对准直器轴和接收轴进行校准,使光轴平行度优于0.1mrad,根据每个探测器的光谱特性选择合适的尺度是必要的。

2光电仪器正交性精度的调试

2.1 系统的精确度要求

为了保证光电仪器系统准确地自动捕获、瞄准和自动跟踪目标,对光电仪器的高方位、俯仰和高回转以及机构性能提出很高的性能指标测量要求。在装调中涉及到传动精度、空回及轴系正交性的调校技术,其中正交性调试技术尤为关键。仍以某光电跟踪仪为例,仪器要求俯仰机构轴系与方位机构轴系正交性精度小于0.1 m rad;俯仰轴系相对水平基准面的偏摆精度小于0.5 m rad。

2.2系统调校设施与条件的建立

稳瞄系统一般包含3条轴线:视轴、横轴和竖轴。正交性误差可定义为通过瞄准镜视轴分别沿着横轴(俯仰轴)和竖轴(方位轴)扫描的实际轨迹与理想的扫描轨迹出现的偏移误差。根据光电跟踪仪具体要求,我们架设了多角度平行光管,组成俯仰方位光学轴系天顶检测仪(简称天顶仪)确定基准横轴和竖轴测量体系。该仪器分为水平和俯仰2个圆弧轴系,根据产品需要,俯仰轴系按-27°,0°,30°,45°,60°,90°固定6个平行光管,水平轴系上按对称0°平行光管的左右分别固定20°,40°,60°,90°8个平行光管。使用天顶仪时,需先用高精度周角测量经纬仪严格校准水平轴平行光管与大地水平、俯仰轴平行光管与水平轴垂直误差小于5″,各平行光管之间的角度误差小于10″。

2.3系统集成与调校

2.3.1分别测量并调整修配电控单元、方位机构、俯仰机构的各连接安装面的形位误差,用2″合像水平仪检测各轴系回转精度,保证方位、俯仰回转轴系与连接安装面的垂直角度小于0.1 m rad。

2.3.2将安装在专用可调平台上的俯仰、方位和机电单元集成后,进行正交精度的校核和调整,将水准仪误差调整到0.1m rad以下;然后将平行光束轴线的交点设置在天顶仪基准瞄准镜的中心,准直器瞄准0°将方位角和俯仰系统的位置设置为零。仰角和方位角的扫描在带有零标记的2轴系统中进行。通过对两轴不同面匹配的多次校正调整,方位系统与俯仰系统的正交误差小于等于0.1mrad,俯仰系统的相对水平偏差精度小于0.1mrad,俯仰系统满足各项设计指标的要求。

3.结语

在深入分析和研究现代武器装备复杂光电系统装配调试技术的基础上,提出了光电稳瞄系统装配调试的关键技术问题。以大型光电稳定扫瞄系列产品为基础典型整体结构,借助多组大型自准激光直仪元件建立光轴空间自动过渡控制基准,采用行业专用大中小口径光轴自动调整控制装置等先进技术手段,实现多光谱,解决了产品的多分辨率和多分辨率多轴对准技术。通过确定各部件装配与装配误差影响, 应用方位或者俯仰天顶仪, 解决了系统回转轴系正交性精度调校技术难题。

参考文献:

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