模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统及其使用方法与流程

本发明涉及光电系统环境模拟与测试，更具体地说，涉及一种模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统及其使用方法。

背景技术：

1、激光通信、激光雷达、光电跟踪、高能激光武器等高精度光电系统在飞机、无人机、高速车辆等机动平台上应用时，其性能受到平台自身及运动环境的严重制约，主要体现为两类效应：

2、一是平台振动效应：发动机、湍流激励、地形起伏等引起平台的高频微幅振动，直接导致光电设备的发射、接收轴线产生非期望的指向抖动与视线偏移。

3、二是气动光学效应：当平台高速运动时，其表面的附面层及外部流场会产生非均匀的密度、温度分布，导致穿透其传输的光束发生波前畸变、光束扩展、能量散焦及像点漂移等效应。

4、在实验室内对机载、车载、舰载光电系统进行性能测试与评估时，传统方法多在静态、理想的光学平台上进行。这些方法存在根本性缺陷：一是无法模拟平台振动，假设设备轴线绝对稳定；二是无法模拟气动光学效应，假设传输介质均匀；三是无法模拟上述两种效应的时-空耦合作用。

5、目前，尚缺乏一种能够同步、高保真模拟机动平台振动与气动光学复合效应的通用实验室测试系统，导致实验室测试数据与光电系统在真实机动平台上的实际性能存在巨大偏差，严重影响了系统的研发、定型和效能评估。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是如何克服现有光电系统实验室测试技术的不足，解决其无法模拟真实机动平台环境中振动与气动光学复合效应的核心问题。提供一种通用、可控的系统及方法，能够根据设定的平台运动与气动参数，在实验室内主动、同步地生成相应的光束指向抖动与波前畸变，从而在靶面、探测器或接收系统上形成与真实环境高度一致的光束状态，实现对光电系统在复杂平台环境下性能的高保真评估。

3、（二）技术方案

4、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

5、第一方面，本发明提供一种模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统，包括沿光路依次设置的激光光源、光束整形与扩束单元、复合效应模拟单元、聚焦透镜、靶面以及协同控制子系统；其中，所述复合效应模拟单元包括快反镜和变形镜；快反镜设置于所述光路中，用于接收光束指向抖动控制信号，并基于该信号产生高频微幅偏转，以模拟机动平台振动导致的光束指向抖动；变形镜设置于所述快反镜的反射光路中，用于接收波前畸变控制信号，并基于该信号对入射光束的波前进行空间调制，以模拟机动平台高速运动产生的气动光学效应导致的波前畸变；协同控制子系统与所述快反镜和所述变形镜电连接，用于根据预设的任务想定参数，同步生成并输出所述光束指向抖动控制信号和所述波前畸变控制信号。

6、优选地，所述协同控制子系统包括控制计算机，所述控制计算机内预存或可生成多种任务想定参数下的光束抖动控制信号和波前畸变控制信号。

7、优选地，所述快反镜为两轴压电陶瓷驱动快反镜，其偏转范围不小于±5mrad，带宽不低于500hz。不下于500hz的带宽能够覆盖机动平台常见的主振频率及谐波成分，满足真实振动谱模拟需求。两轴设计可模拟光束在俯仰和方位两个维度的指向抖动，更贴近真实情况。压电陶瓷驱动方式响应速度快，能够实时跟踪控制信号的变化。

8、优选地，所述变形镜为分立促动器变形镜，其促动器数量不少于97单元，通光口径不小于50mm。97单元以上的促动器阵列能够拟合复杂的气动光学畸变波前，包括低阶像差和高阶像差（如“破碎花瓣”状光斑）。不小于50mm的口径能够容纳高能激光光束，避免光阑截光或损伤镜面。分立促动器结构可实现精细的局部波前控制，准确模拟附面层、湍流等引起的非均匀畸变。

9、优选地，所述激光光源为高能激光光源。

10、优选地，还包括设置于所述聚焦透镜与所述靶面之间的诊断设备。诊断设备包括但不限于高速摄像机和红外热像仪，高速摄像机可捕捉光斑动态轨迹，红外热像仪可监测靶面温升分布，实现对光斑形态、质心漂移、能量分布的全过程量化分析。通过对比复合模拟与单一模拟的诊断数据，可分离并量化振动和畸变各自对系统性能的影响权重。

11、第二方面，本发明还提供一种所述的模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统的使用方法，包括以下步骤：

12、s1、设定试验想定，确定包括振动谱特性和气动光学环境参数的模拟参数；

13、s2、协同控制子系统根据所述试验想定，分别生成对应的光束指向抖动控制信号与波前畸变控制信号；

14、s3、将所述光束指向抖动控制信号加载至所述快反镜，将所述波前畸变控制信号加载至所述变形镜；

15、s4、开启所述激光光源，使光束依次经过所述光束整形与扩束单元、所述快反镜和所述变形镜，形成同时携带有所述光束指向抖动与所述波前畸变的复合效应光束；

16、s5、所述复合效应光束经所述聚焦透镜后，在所述靶面上形成动态光斑。

17、优选地，所述振动谱特性包括机动平台的振动频率和振幅；所述气动光学环境参数包括飞行马赫数、高度和大气条件。

18、优选地，步骤s4中，所述光束先经所述快反镜反射引入指向抖动，再经所述变形镜反射引入波前畸变。

19、优选地，还包括以下步骤：

20、s6、诊断设备设置于所述聚焦透镜与所述靶面之间，使用诊断设备记录所述动态光斑对靶材造成的毁伤过程，并与理想稳态光束的毁伤效果进行对比分析。

21、（三）有益效果

22、本发明的上述技术方案至少具有如下优点：

23、本发明首次在实验室内实现了平台振动模拟与气动光学效应模拟的物理集成与同步控制，能够复现“边抖边畸变”这一真实机动平台的核心环境特征，将环境模拟的真实性提升至新维度。本发明不限于特定类型的光电系统，可广泛应用于激光通信、激光雷达、光电跟踪瞄准、高能激光、光学成像等需要对平台运动环境影响进行量化评估的领域，应用范围广。本发明通过软件定义测试想定，可快速切换不同严酷度的平台环境条件（如不同飞行速度、高度、海况等级），测试结果可重复比对。系统架构开放，可扩展集成平台姿态变化、背景辐射等更多环境因素模拟模块。本发明能够准确分离并量化振动和畸变各自对通信误码率、跟踪精度、光束聚焦强度、成像分辨率等系统性能的影响权重，为系统优化设计、环境适应性验证和效能评估提供直接、可靠的实验数据。

1.一种模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统，其特征在于，所述协同控制子系统包括控制计算机，所述控制计算机内预存或可生成多种任务想定参数下的光束抖动控制信号和波前畸变控制信号。

3.如权利要求1所述的模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统，其特征在于，所述快反镜为两轴压电陶瓷驱动快反镜，其偏转范围不小于±5mrad，带宽不低于500hz。

4.如权利要求1所述的模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统，其特征在于，所述变形镜为分立促动器变形镜，其促动器数量不少于97单元，通光口径不小于50mm。

5.如权利要求1所述的模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统，其特征在于，所述激光光源为高能激光光源。

6.如权利要求1所述的模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统，其特征在于，还包括设置于所述聚焦透镜与所述靶面之间的诊断设备。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的模拟机动平台振动特性与气动光学效应的系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述振动谱特性包括机动平台的振动频率和振幅；所述气动光学环境参数包括飞行马赫数、高度和大气条件。

9.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，步骤s4中，所述光束先经所述快反镜反射引入指向抖动，再经所述变形镜反射引入波前畸变。

10.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，还包括以下步骤：