基于可调式模拟激光脉冲的激光告警器在线检测仪

作者：张彬 李刚 军械工程学院光学与电子工程系 王震宇 65581部队司令部作训股   时间：2009-10-12  来源:电子产品世界

　　引言

　　激光告警器[1] 能迅速探测和识别来自敌方的激光威胁，并进行声光告警，是一种重要的激光对抗装备，广泛应用于坦克、装甲车和舰艇等大型武器上[2]。为确保其在实战中的可靠性，我军每年都要对现役的各类激光告警设备进行分批次检验，而检验方法主要是传统的漫反射靶板法，需将告警探头拆下，在检测室内配合特定的设备分别进行方位和俯仰覆盖检测，检测效率低下且十分繁琐。为适应未来战争的需求，我军装备部门急需一种高效的激光告警器性能检测设备。

　　本文介绍一种基于可调式模拟激光脉冲技术的激光告警器在线检测仪。其基本结构是以单片机为核心的激光管半球面定位系统，由于位置控制精确灵活且激光的波长、功率和调制频率可调，可实现告警器方位覆盖、俯仰覆盖、角度分辨率、探测波长和最小可探测功率等参数的检测。该检测仪操作简便，不必拆装告警探头，只需将装有定位系统的半球型罩置于探头上并保持探头位于其球心处，操作者通过人机交互界面实现对检测系统的控制，可迅速直观地掌握被测告警器的性能参数，大大提高了检测效率。

　　漫反射靶板检测法及其不足

　　目前激光告警器的检测普遍采用漫反射靶板检测法，包括方位覆盖测试和俯仰覆盖测试两部分，如图1所示。中心虚线左右两侧分别为方位覆盖测试和俯仰覆盖测试示意图。在方位覆盖测试中，激光束在漫反射靶板上形成光斑A，当转台带动告警器在水平面上转动时，光斑在告警器内CCD器件上的像点水平移动，形成方位输出信号。若该信号与转台的转角成线性关系且不中断(即漏报)，即判定告警器方位覆盖合格。俯仰覆盖测试中，垂直移动激光器令光斑B到告警器的垂直距离H变化，使光斑在CCD上的像点竖直移动，形成俯仰输出信号。若俯仰信号满足H和告警器到靶板间水平距离L所构成的三角关系，则认为告警器俯仰覆盖合格。



　　漫反射靶板检测法原理简单，但存在一些问题。首先，测试一般在室内进行，故需将告警器从武器上拆下，测试完后再装回，较为繁琐。需测试的告警器数量较多时，操作人员的工作量将变得很大，效率低下而且容易发生错误。其次，在俯仰测试中，光斑高度为无限高时才能实现90o入射，而测试靶板的高度和室内空间总是有限的，故该法存在检测死角。

　　针对漫反射靶板测试法的不足，本文提出了一种基于可调式模拟激光脉冲技术的激光告警器在线检测仪。

　　可调式模拟激光脉冲技术

　　在实际使用环境下的激光告警器看来，其告警范围内的等功率激光威胁源A1，A2，A3，…可等效为以告警器O为球心、半径为R球面上的点A`1，A`2，A`3，…(分别位于射线 OA1，OA2，OA3，…与球面的交点处)，而A`1，A`2，A`3，…的等效发光功率反比于A1，A2，A3，…与告警器距离的平方(接收孔径不变的条件下，光功率的衰减与距离的平方成正比)。根据这个原理，在机械结构上，若能控制发光源在以告警器为球心的某个球面上移动，则其二维入射角的变化可用来检测告警器的方位覆盖和俯仰覆盖范围，而其使方位和俯仰输出量产生变化所掠过的最小圆心角则代表了告警器的角度分辨率。在电路结构上，调节该光源的发光功率，使其略低于报警阈值，可检测告警器的最小可探测功率，而调节光源的输出波长，则可检测告警器对不同波长输入光反应的敏感性，此外还可以对光源进行调制，用来检测告警器对脉冲光的反应，这就是本文所提出可调式激光模拟脉冲技术的原理，由此实现了对告警器性能的完整检测。

　　检测仪机械结构分析

　　根据上述原理，我们设计了如图2所示的机械结构，可实现模拟光源在半球面上的可控移动。



　　如图2所示，该结构外层为一半球型罩，用于屏蔽外界杂散光干扰;下部为圆环盘型底座，其上固定有环形齿条;环形水平导轨位于底座上，在步进电机 1的驱动下为激光管提供方位角调节;带有齿条的半环型垂直导轨连接于水平导轨上，其两端的间距等于水平导轨直径。步进电机2带动激光管在垂直面上运动，为激光管提供俯仰角调节。该结构整体紧凑、重量轻(材料为玻璃钢)、便于安装与运输，使用时不需将告警器从装备上拆下，也不存在检测死角问题。

　　步进电机采用常规的2相混合式步进电机，步距角为1.8o。电机1输出轴齿轮与水平导轨齿条的齿数比为1:22.3，电机2输出轴齿轮与垂直导轨齿条的齿数比1:12.5(180o覆盖)，故方位角的最小调节量为0.08o，俯仰角的最小调节量为0.072o，满足要求。