一种小型化多目标激光模拟器的制作方法

1.本实用新型涉及激光目标模拟技术领域，具体涉及一种小型化多目标激光模拟器。


背景技术：

2.半实物仿真是激光制导武器研制流程中的重要环节，激光目标模拟器系统作为半实物仿真试验的核心，为导引头提供稳定、可靠的激光目标，在导引头的开发、测试过程中起到重要作用。
3.传统的激光模拟器系统用工业计算机作为通信核心，使用鼠标键盘进行对数据的输入设备，并在显示器上显示系统运行状态，由工业计算机上附加安装的驱动板卡对近光器进行脉冲信号输出。这样导致控制箱体体积大，可移动性差，成本高，难以适应安装条件有限的生产场景和测试场景。而且传统的模拟器模拟多路脉冲激光目标时，需要将多路激光发射装置共同使用，这样做不仅设备数量多、安装不便，且很难调整光学准直。


技术实现要素：

4.本实用新型的一个目的是解决现有技术的激光模拟器需要同时启用多路激光发射装置，进而不利于系统维护和光学准直的缺陷。
5.根据本实用新型的第一方面，提供了一种小型化多目标激光模拟器，包括依次连接的交互模块、脉冲编码调制模块、激光发生模块以及光学模块，其中：交互模块，用于接收多个待模拟目标的目标信息，每个目标信息包括能量信息以及编码信息；脉冲编码调制模块，将多个待模拟目标的编码信息调制为一路编码；激光发生模块，根据所述能量信息以及调制后的一路编码发出激光；光学模块，用于将发出的激光通过准直镜组后照射到靶标上，形成目标光斑。
6.优选地，小型化多目标激光模拟器还包括存储器，与交互模块和脉冲编码调制模块连接，用于存储编码信息和能量信息。
7.优选地，小型化多目标激光模拟器还包括能量衰减模块，与光学模块连接，用于对发出的激光能量进行衰减。
8.优选地，小型化多目标激光模拟器还包括可变光阑模块，与光学模块连接，用于调节目标光斑的大小。
9.优选地，小型化多目标激光模拟器还包括温度模块，用于检测小型化多目标激光模拟器的温度，与脉冲编码调制模块连接，还用于控制风扇转速以调节温度。
10.优选地，交互模块为触控屏、脉冲编码模块为stm32f407单片机、激光发生模块为激光驱动电路。
11.本实用新型的有益效果是：能够模拟多路激光照射到靶标的情况；可存储多组激光编码，激光编码可使用上位机计算机进行自定义修改；缩减了激光模拟器系统的体积，简化电控系统的设计，便于系统的维护、排故和升级，并提高了电控系统的可靠性；电控系统
的成本得到大幅度降低；将现有技术中的多路合并为一路进行输出，有利于光学准直。
12.通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
13.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。
14.图1为本实用新型一个实施例的原理框图；
15.图2为本实用新型一个实施例的信号合成原理示意图；
16.图3为本实用新型一个实施例的电路系统结构图；
17.图4为本实用新型一个实施例的结构图；
18.图5为本实用新型一个实施例的结构透视图。
具体实施方式
19.现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
20.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
21.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
22.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
24.本实用新型的小型化多目标激光模拟器如图1所示，包括依次连接的交互模块、脉冲编码调制模块、激光发生模块以及光学模块，其中：交互模块，用于接收多个待模拟目标的目标信息，每个目标信息包括能量信息以及编码信息；脉冲编码调制模块，将多个待模拟目标的编码信息调制为一路编码；激光发生模块，根据所述能量信息以及调制后的一路编码发出激光；光学模块，用于将发出的激光通过准直镜组后照射到靶标上，形成目标光斑。
25.其中交互模块可以为触控屏，可供用户输入能量信息和编码信息。脉冲发生模块由单片机实现。激光发生模块可以由单片机控制激光驱动电路完成。光学系统可以为准直镜组。其中脉冲编码调制模块将多个待模拟目标的编码信息调制为一路编码的过程可以为：将多个编码信息在时域上以δt相位差进行合成，得到一路编码。编码信息合成的一个例子如图2所示，可以看出将激光目标信号1和激光目标信号2在时域上按照δt相位差进行合成，能够得到经过调制后的激光信号。本实用新型所描述的多个目标一般是指两个以上的目标，图2中示出的原理可以适用于更多数量的信号合成，最终通过一路编码进行输出。
26.本实用新型可用于解决多激光器难以维护，设备体积较大，不能适应复杂场景的问题。例如cn206611011u所公开的多路激光输出系统代表了典型的现有技术实施方式，其
涉及的系统具有多个光纤输出接口，易增大设备总体的重量、体积，并且输出端较多，不易维护。按照这种方式，如果模拟多路脉冲激光目标，需要三路激光发射装置共同使用，这样做不仅设备数量多、安装不便，且很难调整光学准直。而本实用新型是将多路信号进行调制，合成为一路信号进行输出，避免了现有技术中的问题。
27.需要说明的是，虽然目前存在将脉冲信号按照一定相位进行合成的技术，但是现有技术中并未意识到多路激光输出对准直难度造成的影响，尤其是涉及到多个干扰源的情况，多种干扰信号难以调整光学准直。因此本实用新型的一个主要目的在于通过将多路信号合并为一路进行输出的方式解决准直问题。
28.在一个实施例中，本实用新型用于模拟多路脉冲激光同时照射到靶标的场景。由于真实场景中的激光环境往往较为复杂，包含不止一种干扰源，因此进行目标模拟时也应考虑干扰源对测试的影响。当需要模拟多种干扰源时，现有技术的多路输出系统需要设置多个光纤接口，增加了硬件成本，而本实用新型仅需在调制阶段输入多种脉冲信号即可，节省了设备复杂度以及设备成本。
29.本实用新型还可以包括存储器，与交互模块和脉冲编码调制模块连接，用于存储编码信息和能量信息。例如用户输入参数时可以先进行存储，激光发射前读取参数并根据参数值确定激光码型和能量。在一个实施例中，编码信息的编码周期范围为48ms～55ms。
30.本实用新型还可以包括能量衰减模块，与光学模块连接，用于对发出的激光能量进行衰减。其中能量衰减范围为0～60db。能量衰减模块可以为衰减片。
31.本实用新型还可以包括可变光阑模块，与光学模块连接，用于调节目标光斑的大小。
32.本实用新型可以进一步包括温度模块，与脉冲编码调制模块连接，用于检测小型化多目标激光模拟器的温度，还用于控制风扇转速以调节温度。
33.<实施例>
34.本实施例选用stm32f407芯片作为综控板唯一的核心处理芯片，配合功能电路完成激光脉冲信号发送、激光器驱动、电机控制、主控算法、上位机通信及触摸屏人机交互，增加了时域多目标模拟功能，本例可模拟最多三路脉冲激光照射到靶标的情景。
35.本实施例的小型化多目标激光模拟器如图3、图4和图5所示，包括准直镜组1、电气控制分系统2、光学模拟分系统3、激光器4、温度控制分系统5、上位机计算机。本实施例可保存10组激光编码数据，激光编码周期范围为48ms～55ms。
36.电气控制分系统包括：主控电路板和触摸显示屏。主控电路板包括：串口通信电路、stm32f407单片机、激光器驱动电路和电机驱动电路。光学模拟分系统包括：能量衰减模块和可变光阑模块。能量衰减模块用于对激光的能量进行衰减，能量的衰减范围为：0～60db。可变光阑模块用于调节目标光斑的大小。主控电路板具有驱动直流电机的功能，通过控制电机运动调节可变光阑的大小和能量衰减的倍数。主控电路板具有驱动激光器的功能，可以控制激光器的发光、闭光、功率和外触发。主控电路板具有脉冲编码的功能，可使用上位机对编码进行编辑。触摸显示屏用于人机交互，输入包括用户模式选择、模拟参数输入，输出包括模拟状态显示和当前模拟距离的显示。触摸显示屏输入的模式包括：静态模拟和动态模拟。
37.激光器通过bnc线缆接收电气控制分系统的外触发信号，发出固定波长的激光。
38.温度控制分系统包括：温度传感器和风扇。温度控制分系统可采集模拟器激光器的温度和主控电路板的温度。温度控制分系统可调节风扇转速。激光器发出的激光经过光学模拟分系统调节后，在通过准直镜组向外进行照射，形成目标光斑。
39.本实施例的一个工作过程为：用户使用触摸屏进行参数输入，输入模拟目标数量，模拟目标能量和模拟目标的编码。待按下启动键后，触摸屏将信息下发给stm32主控芯片。主控芯片解析用户信息，将多路编码调制为一路编码。如图4示意将两路脉冲激光驱动信号调制为一路脉冲激光驱动信号，激光目标信号1的周期为t1，激光目标信号2的周期为t2，调制后的激光编码信号在时域上对信号1和信号2进行合成，且保存信号的能量信息。调制后的激光编码以数组方式存储在单片机中，stm32单片机以此编码为周期基准，使用pwm模块驱动激光器进行出光。可通过调节参数δt来设置时间相位差。
40.在发出激光前，根据每路激光能量的不同，先向激光器发出设置激光能量的命令。激光器的外触发接口接收到驱动信号后，会按照调制后的编码规则发光。从激光器外部来看，和三路激光同时照射的效果相同。
41.本技术的激光模拟器可使用上位机计算机软件进行操控，当电气控制分系统收到上位机计算机发出的命令后，首先判断命令类型。如果命令模式为写入激光编码，那么接下来stm32单片机将按照既定的通信协议接收激光编码，并存储在flash芯片当中。当接收到的命令为模拟命令时，stm32 单片机会直接根据命令内容来操作激光器输出既定能量的激光。
42.主控电路板的信息处理流程为：
43.首先，对模拟器整机系统进行自检，包括编码信息存储检测、激光器通信检测和工作温度检测。编码信息存储检测读取flash中的每组编码和其对应的crc32校验值，并且在线计算crc32值，比对计算的校验值和存储的校验值，若相等则校验成功。激光器通信检测发送既定的激光器握手协议数据，收到指定的回复数据说明通信成功。温度检测原理是读取温度传感器的温度值，此数值表征激光器的温度，若此温度在10℃到30℃之内，判定为可工作温度，若温度大于30℃，则开启风扇，进行主动散热直到温度恢复到工作温度区间。
44.然后，读取当前的目标信息，对光斑目标的能量、光斑的激光编码进行解算。目标信息由用户使用触摸屏进行输入。通过协议解析，得到模拟目标个数、每路激光码形和每路激光能量。将三路激光编码按照码形周期进行调制。将调制后的新周期作为stm32单片机pwm模块的周期数值，并在下一周期到达时按照周期规则进行时间调整和能量调整。利用此周期信号作为激光器的外触发信号，进行激光输出。
45.虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。