一种光电跟踪仪跟踪精度测试装置与方法与流程

1.本发明属于测试技术领域，具体涉及一种光电跟踪仪跟踪精度测试装置与方法。


背景技术：

2.光电跟踪装备、系统作为光电侦查与跟瞄系统的重要组成部分，主要用于目标搜索和自动跟踪，通过测角、测距等实现对移动目标的实时追踪，为其搭载任务设备提供准确的指向。
3.光电跟踪设备依使用场景不同分路基地面站、舰载、车载、机载和星载等多种平台，系统的框架结构也具有地坪式、极轴式、多轴式和复合轴等不同形式，但绝大多数光电跟踪装备的组成架构基本是一致的。具有电视(可见光)成像系统、红外成像系统、激光测距系统。图像采集和处理单元、型号处理电路以及跟瞄平台等。随着传感器技术数字处理技术的发展，光电跟踪设备的发展有如下趋势：(1)使用新型光学结构和数字处理技术，整个系统高度集成，缩小体积，减小重量；(2)多探测器并用，一方面保证全天时，全天候、复杂环境下工作，另一方面不仅限于对目标外形和轮廓的侦查和跟踪，同时获取多种目标信息，并进行测量、定位和识别；(3)全数字化方式工作，提高信息获取和处理能力，包括数字化图像采集、捕获、识别和跟踪数字伺服控制、数字信息传输和显示等。
4.光电跟踪设备的跟踪性能指标包括光谱范围、静态跟踪精度、动态跟踪精度等。要实现对这些指标的检测，测试系统必须提供一个可见光波段内模拟无穷远的目标。此目标能显示设定位置的精确定位以及设定速度的轨迹运动实现跟踪精度的测量。最接近实战的测试方案是进行外场校飞试验，但这种试验即费钱又费时，成本太高，所以室内检测是目前采用的主流测试方案。
5.图1(a)所示的移动靶标加平行光管系统中，旋转支架的两个臂对称并与水平面平行，旋转轴垂直于水平面，支架两端分别安装可见光平行光管，模拟无穷远可见光目标，并由直流力矩电机带动支架旋转实现模拟目标的运动速度和加速度控制。测试时，光电跟踪设备的测角系统所测目标的方位角与测量系统所测的目标方位角分别读出，并进行求差，从而得出光电跟踪设备的方位跟踪精度。激光模拟空间目标系统如图1(b)所示，激光发射器安装在两轴转台上，转台两轴安装有提供角度输出基准的光电码盘，转台可作方位和俯仰两维运动，其运动规律可通过计算机编程控制。测试时，转台按编程规律运动，激光器出射的激光光束打在幕墙上，形成一个按编程规律运动的模拟空间目标轨迹，光电跟踪设备跟踪此目标，给出目标的方位角。同时根据激光发射轴线和被测设备视轴线之间的距离等关系，确定任意时刻激光模拟空间目标相对被测设备的空间位置信息，进而对被测设备进行检测。这两种测试系统的测试原理基本相同，均是将测试系统所测的模拟目标方位角，与光电跟踪设备测得的目标方位角进行同步对比，得到光电跟踪设备跟踪精度，其主要区别主要在于模拟靶标的生成方式。
6.上述室内检测采用的简化模拟目标测试方法存在无法模拟目标背景、大多数测试只能在任务前进行测试、无法进行任务中或现场维修检测等问题。同样的，室内检测与外场
校飞均不能经历系统可能应用的所有场合，所以很有必要进行成像系统跟踪目标的全过程的模拟与推演。
7.现有测试光电跟踪设备的手段
8.目前常规的测试方法有以下三种：
9.(1)外场测试：利用实际飞行目标进行跟踪性能和测量精度校飞、协调困难，人力物力时间成本极高。
10.(2)旋转靶标：模拟靶标的运动形式单一，系统结构庞大，相关控制较为复杂，测量精度受限于系统自身的测角精度和测角数据的同步性，适合室内检测，很难提供现场实时测量。
11.(3)激光模拟空间目标：通过激光模拟空间目标，利用ccd记录靶幕上光斑空间位置信息，具有较高的测量精度，但系统仍然复杂，如需要多套信标激光及相应激光扩束器来满足跟踪设备可见、红外波段的测试需求且为保证测量精度激光光斑发散角要尽量小。激光靶板无法模拟无限远目标而是有限距离目标，具有一定的局限性。


技术实现要素：

12.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种光电跟踪仪跟踪精度测试装置与方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
13.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
14.一种光电跟踪仪跟踪精度测试装置，包括光电跟踪仪、平行光管、空间光调制器、合束镜、光束整形系统、黑体辐射源、白光光源和工控机；
15.光束整形系统，被配置为用于生成均匀准直光束；包括白光光源光束整形系统和黑体辐射源光束整形系统；
16.白光光源、黑体辐射源分别经过各自的光束整形系统后变为均匀准直光，然后通过合束镜共轴入射至空间光调制器；
17.空间光调制器，被配置为用于生成静态或动态的模拟目标，为跟踪精度测试提供追踪对象；
18.光电跟踪仪，被配置为用于跟踪模拟目标，同时通过数据端输出目标角度实时变化；
19.平行光管，被配置为用于将空间光调制器的反射光调整为平行光；
20.工控机，被配置为用于通过比较同一目标相同时刻的数据得出跟踪设备的跟踪角度。
21.优选地，白光光源和黑体辐射源的入射方向的两束光线通过合束镜后光轴保持一致。
22.优选地，对合束镜进行波长镀膜，使得合束镜在可见光波段具有高反射率，在中红外波段具有高透过率。
23.此外，本发明还提到一种光电跟踪仪跟踪精度测试方法，该方法采用如上所述的光电跟踪仪跟踪精度测试装置，具体包括如下步骤：
24.步骤1：通过工控机打开黑体辐射源光源和白光光源；
25.步骤2：调整光束整形系统，得到两个均匀准直光束；
26.步骤3：调整合束镜，使得两束光透射或反射合为一束空间光，照射在空间光调制器的表面；
27.步骤4：通过工控机写入一系列图像数据，根据投影帧数和每帧移动像素数，得到空间光调制器投影视频中跟踪目标的移动速度；
28.步骤5：调整平行光管，将空间光调制器的反射光调整为平行光，实现模拟无穷远处的跟踪目标；
29.步骤6：工控机接收光电跟踪仪的实时观测数据；
30.因为测试装置中各器件存在响应时间，工控机同一时刻接收的实时数据不是对应的同一图像；首先从空间光调制器获得触发信号，工控机取得每帧图像投影的准确时间；其次测量光电跟踪仪的响应时间，即从接收光信号到发出电信号的延迟时间；
31.步骤7：与输出图像数据进行对比；
32.输出图像只有每帧投影时间和像素位置，根据平行光管的光学参数和空间光调制器的相对位置进行计算，投影图像中跟踪目标的移动速度和加速度参数；
33.步骤8：通过工控机设置跟踪目标为不同的移动速度和移动轨迹，重复步骤1-7。
34.本发明所带来的有益技术效果：
35.(1)基于数字光处理技术的模拟目标生成方案可达到比传统方式更高的空间分辨率、更宽的速度和加速度测试范围。
36.(2)该测试装置可以实现折叠式设计，减小体积，利于测试系统的小型化；
37.(3)该测试装置可进行多个复杂的目标在多场景中的模拟。
38.(4)控制方式简单，且同步采集与控制技术的运用可以高精度测量跟踪精度。
附图说明
39.图1为国内研制的两种典型的光电跟踪设备跟踪特性测试系统示意图；
40.其中，图(a)为移动靶标加平行光管模拟无穷远目标示意图；图(b)为激光光斑模拟无穷远目标示意图；
41.图2为基于空间光调制器半实物仿真的测试装置示意图；
42.其中，1-光电跟踪仪；2-平行光管；3-空间光调制器；4-合束镜；5-光束整形系统；6-黑体辐射源；7-白光光源；8-工控机。
具体实施方式
43.下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
44.实施例1：
45.如2所示，一种光电跟踪仪跟踪精度测试装置，包括光电跟踪仪1、平行光管2、空间光调制器3、合束镜4、光束整形系统5、黑体辐射源6、白光光源7和工控机8；
46.光束整形系统，包括白光光源光束整形系统和黑体辐射源光束整形系统，用于生成均匀准直光束；
47.白光光源、黑体辐射源分别经过各自的光束整形系统后变为均匀准直光，然后通过合束镜共轴入射至空间光调制器；
48.空间光调制器，被配置为用于生成静态或动态的模拟目标，为跟踪精度测试提供
追踪对象；
49.光电跟踪仪，被配置为用于跟踪模拟目标，同时通过数据端输出目标角度实时变化；
50.平行光管，被配置为用于调整空间光调制器反射光生成平行光，产生无穷远处目标；
51.工控机，被配置为用于通过比较同一目标相同时刻的数据得出跟踪设备的跟踪角度。
52.白光光源和黑体辐射源的入射方向的两束光线通过合束镜后光轴保持一致。
53.对合束镜进行响应波长镀膜，使合束镜在可见光波段具有高反射率，在中红外波段具有高透过率。
54.实施例2：
55.在上述实施例1的基础上，本发明还提到一种光电跟踪仪跟踪精度测试方法，具体包括如下步骤：
56.步骤1：通过工控机打开黑体辐射源光源和白光光源；
57.步骤2：调整光束整形系统得到两个均匀准直光束；
58.步骤3：调整合束镜，使得两束光透射或反射合为一束空间光，照射在空间光调制器的表面；
59.步骤4：通过工控机写入一系列图像数据，根据投影帧数和每帧移动像素数，得到投影视频中跟踪目标的移动速度；
60.步骤5：调整平行光管，将空间光调制器的反射光调整为平行光，实现模拟无穷远处的跟踪目标；
61.步骤6：工控机接收光电跟踪仪的实时观测数据；
62.因为测试装置中各器件存在响应时间，工控机同一时刻接收的实时数据不是对应的同一图像；首先从空间光调制器获得触发信号，工控机取得每帧图像投影的准确时间；其次测量光电跟踪仪的响应时间，即从接收光信号到发出电信号的延迟时间；
63.步骤7：与输出图像数据进行对比；
64.输出图像只有每帧投影时间和像素位置，根据平行光管的光学参数和空间光调制器的相对位置进行计算，投影图像中跟踪目标的移动速度和加速度参数；
65.步骤8：通过工控机设置跟踪目标为不同的移动速度和移动轨迹，重复步骤1-7。
66.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。