专利名称：多波段脉冲激光模拟发射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲激光模拟发射和检测装置，具体地说是一种用于检测脉冲激光测距机性能和多种激光制导设备接收系统性能的多波段脉冲激光模拟发射器。
背景技术：
目前，对脉冲激光测距机多采用测距回波模拟法进行检测，如本人设计的专利号为ZL01102264.7的“三合一体光电耦合器”就是用于激光脉冲测距仪的野外性能检测。但是这类装置只适用于对激光脉冲测距仪的检测，而无法对激光制导等其它设备进行检测。对激光制导设备的接收系统的性能检测，一般是采用自备检测装置进行检测，这些检测装置结构简单，只适用于单一波段的脉冲激光的检测，因而不具有通用性。
2003年第4期的《光子学报》刊登了一篇《激光驾束制导光场信息的模拟技术》。其研究的只是一种单一的制导光场的模拟技术，缺乏通用性。2004年第2期《系统仿真学报》刊登了一篇《激光导引头半实物仿真系统的设计与研究》。该系统研制的目的是在实验室内进行系统原理及参数的合理性研究，可对激光导引头的参数进行检测，为激光导引头的设计与研制提供数据和保障。这种半实物仿真系统只适用于实验室内，并且是一种装备对应于一套系统，因此也缺乏通用性。
发明内容
本发明的目的就是提供一种能对激光脉冲测距机和激光驾束制导、激光照射制导、激光指令制导等制导设备的接收系统的性能进行检测的多波段脉冲激光模拟发射器。
本发明是这样实现的多波段脉冲激光模拟发射器，由单片机和复杂可编程逻辑器件CLPD搭接成时序可变的脉冲信号发生器，用于测距回波模拟时启动脉冲信号发生器的同步脉冲信号取样电路与复杂可编程逻辑器件CLPD相接；脉冲信号发生器的输出端分接至少两个以上的半导体激光器驱动及发射系统和至少一个半导体发光管驱动及发射系统；与半导体发光管驱动及发射系统相接并控制其发光功率的D/A功率控制电路的输入端与单片机相接；单片机还与激光标准能量发射系统相连接，在激光标准能量发射系统的输出端接有能量显示器。
本发明的工作过程是由单片机和复杂可编程逻辑器件CLPD搭接成的时序可变的脉冲信号发生器，在接受到对某一波段的激光脉冲的模拟指令后，单片机即控制脉冲信号发生器按照实际该类型光场激光脉冲信号规律，输出相应参数的电脉冲信号。该电脉冲信号被输入到相应波段的半导体激光器驱动及发射系统的光源驱动电路中，该系统中的光源发射系统就按照电脉冲信号的规律，发射出相应的光脉冲信号，从而达到该波段类型的脉冲激光光场的模拟。这种模拟信号即可用于对激光驾束制导、激光照射制导、激光指令制导等激光制导设备的接收系统进行光接收性能的检测，以保证此类激光制导设备中的接收系统的完好。
在进行激光照射制导模拟时，在选定激光照射制导光场的模拟后，选择好频率编码插件和输出波长，单片机在接收工作指令后，受控工作在相应工作状态下，并控制脉冲信号发生器产生与该编码插件相对应频率的电脉冲信号，驱动所选择的半导体激光器驱动及发射系统中的激光管发出光脉冲。该光脉冲经准直后以偏离导引头中心轴线一定角度和方位照射到接收导引头上，则导引头上所接收到的光斑能量中心偏离敏感区中心的位移量即与该角度和方位相对应，导引头输出的控制信号与该偏移量成比例。利用这一特性，通过改变准激光光脉冲的入射方向，即可观察到导引头输出的控制信号，由此即可实现对导引头接收性能的检测。
在对脉冲激光测距机类的设备进行检测时，需要进行测距回波光场的模拟。此时，本发明多波段脉冲激光模拟发射器中的脉冲信号发生器作为可编程精密延时器，同步脉冲信号取样电路在脉冲激光测距机发出激光脉冲的同时，提取一个启动信号输出到脉冲信号发生器，启动脉冲信号发生器工作。在经过一定的延时后，脉冲信号发生器输出电脉冲信号，驱动被选定的半导体激光器驱动及发射系统发出模拟的回波光脉冲，并以此为据，对被测脉冲激光测距机的检测精度等性能指标进行检测。
如果是以半导体发光管作为输出光源，则还可通过单片机控制D/A功率控制电路和半导体发光管驱动及发射系统，改变半导体发光管的发光功率，令被测脉冲激光测距机刚好能接收到所模拟的回波脉冲，由此即可实现脉冲激光测距机灵敏度的检测和计量。
对于特定波段的激光标准能量的发射和计量，本发明多波段脉冲激光模拟发射器是由单片机直接控制该特定波段的激光标准能量发射系统发射标准能量的激光脉冲，并通过从该激光标准能量发射系统内部的取样，将所发射激光脉冲的标准能量值在所连接的能量显示器上直接显示出来。
本发明多波段脉冲激光模拟发射器是以微机作为本装置的工作方式设定、工作指令和相应参数的选择及输入的上位控制装置。这样，可以最大限度地利用成熟的计算机技术和设备，因此可以使本装置的工作更加准确、可靠。在本发明中，上位微机是通过接口电路与单片机相连接，给单片机发送工作指令和参数选择，并选定所要模拟的光场类型，输入相应的光场信号参数等，使本装置据此进行相应的工作。
激光设备的工作方式主要都是由发射系统发射一定规律的脉冲激光信号，接收系统通过接收此信号并进行进一步的处理输出，从而达到显示、控制的目的。对于不同的设备，发射系统发射的脉冲激光规律不同，因而其接收到的脉冲信号规律也不同。例如，要产生激光测距回波模拟脉冲，必须使脉冲信号发生器能由激光测距机发射的测距信号触发，并能产生经一定延时后的多个目标的回波脉冲，而且要求距离延时能够任意改变。改变精度要高，脉冲信号要窄。对激光测距目标指示器的照射信号的模拟，要求能产生一定频率和频率精度的重频脉冲信号，根据实际编码插件的不同，脉冲信号的频率也不相同，且该重复频率低，同时又要求频率精度高，脉冲信号窄；对于驾束制导信号的模拟，不仪要求脉冲信号发生器能产生各种不同频率的方波信号，而且还要求不同频率的脉冲信号能实现不间断的切换；而对于激光指令制导，是根据输出的串行编码来控制脉冲信号的发射，当码元为高时输出一定周期的窄脉冲信号，当码元为低时则无脉冲信号输出。因此，根据应用对象要求的不同，利用单片机逻辑控制功能灵活的特点，以及复杂可编程逻辑器件CPLD集成度高、可靠性好、工作速度快等的优点，将两者连接组合，构成脉冲信号发生器。该脉冲信号发生器的主要组成部分，除单片机以外的锁存器、计数器、译码器、使能控制器、时钟以及小循环控制器和同步触发器等模块都集成在了复杂可编程逻辑器件CPLD中。该脉冲信号发生器能实现任意时序(频率、占空比、脉冲个数和持续时间)的变换，并且在脉冲信号不间断的条件下，还可以实现脉冲参数的改变。这就为本装置进行各种激光脉冲测距机和各种激光制导设备接收系统的性能检测和为实现本发明装置的通用性提供了基础和可能。
基于此点，在本发明装置中得以设置多个不同波段的半导体激光器驱动及发射系统的和半导体发光管驱动及发射系统，从而实现了诸如1.54μm、1.06μm、0.9μm等的多波段脉冲激光发射的模拟。目前，许多脉冲激光设备采用的都是1.06μm波段的脉冲激光，但1.54μm和0.9μm波段的脉冲激光也得到越来越广泛的应用。本发明中通过一个脉冲信号发生器作为各波段半导体激光器和半导体发光管的驱动信号，实现了在一个装置系统中集成多波段脉冲激光模拟发射的功能，由此实现了利用本发明装置对各种激光脉冲测距机和各种激光制导设备接收系统的性能检测，实现了检测装置的通用性。
本发明装置，结构紧凑，集成度高，减小了检测装置体积和重量，降低了成本，并且自动化程度高，通用性好，实用性强，野外在线检测操作方便，克服了原测量装置只能在实验室进行单波段测量的弊端，易于推广应用。
图1是本发明的结构框图。
具体实施例方式如图1所示，由单片机2和CLPD复杂可编程逻辑器件4搭接成时序可变的脉冲信号发生器。用于测距回波模拟时启动脉冲信号发生器的同步脉冲信号取样电路3与CLPD复杂可编程逻辑器件4相接。脉冲信号发生器的输出端分接三个波段的半导体激光器驱动及发射系统，该三个半导体激光器驱动及发射系统为1.54μm半导体激光器驱动及发射系统6，1.06μm半导体激光器驱动及发射系统7和0.9μm半导体激光器驱动及发射系统8。脉冲信号发生器的输出端还连接一个1.06μm半导体发光管驱动及发射系统9。与1.06μm半导体发光管驱动及发射系统9相接并控制其发光功率的D/A功率控制电路5的输入端与单片机2相接。单片机2还与激光标准能量发射系统10相连接，在激光标准能量发射系统10的输出端接有能量显示器11。上位微机1通过串行接口RS-232与单片机2相连接。
本发明装置中的各半导体激光器驱动及发射系统、半导体发光管驱动及发射系统、激光标准能量发射系统、同步脉冲信号取样电路、D/A功率控制电路、能量显示器等部分均可采用已有的系统、电路和装置结构。在复杂可编程逻辑器件CPLD中集成锁存器、计数器、译码器、使能控制器、时钟以及小循环控制器和同步触发器等模块，也是采用已知的CPLD集成技术实现，并与单片机连接组成脉冲信号发生器。
在进行脉冲激光测距机的性能检测时，在上位微机1中选择脉冲激光测距回波模拟并选择检测参数和输出波长，输入模拟的近目标距离或多目标间距，上位微机1把对应的距离计数值传送给单片机2，由单片机2控制脉冲信号发生器处于测距模拟状态并设置好距离延时计数初值，脉冲发生器的工作由激光脉冲同步取样信号电路3启动。在脉冲激光测距机发射测距激光脉冲的同时，同步信号取样电路3接收该激光脉冲，输出启动信号，启动脉冲信号发生器工作，脉冲信号发生器按照预定的延时产生电脉冲信号(一个主脉冲和两个次脉冲)。该电脉冲驱动信号输出，驱动相应的半导体激光器驱动及发射系统产生模拟的一个近目标回波脉冲和两个多目标回波脉冲。通过灵活设置模拟回波的远、近目标距离值，对比脉冲激光测距机显示的距离值和上位机中预设的模拟距离值就可判断该脉冲激光测距机的相应性能。
权利要求
1.一种多波段脉冲激光模拟发射器，其特征在于由单片机(2)和复杂可编程逻辑器件CLPD(4)搭接成时序可变的脉冲信号发生器，用于测距回波模拟时启动脉冲信号发生器的同步脉冲信号取样电路(3)与复杂可编程逻辑器件CLPD(4)相接；脉冲信号发生器的输出端分接至少两个以上的半导体激光器驱动及发射系统(6、7、8)和至少一个半导体发光管驱动及发射系统(9)；与半导体发光管驱动及发射系统(9)相接并控制其发光功率的D/A功率控制电路(5)的输入端与单片机(2)相接；单片机(2)还与激光标准能量发射系统(10)相连接，在激光标准能量发射系统(10)的输出端接有能量显示器(11)。
2.根据权利要求1所述的多波段脉冲激光模拟发射器，其特征在于用作设定工作指令和参数的上位微机(1)通过接口电路与单片机(2)相连接。
3.根据权利要求1所述的多波段脉冲激光模拟发射器，其特征在于半导体激光器驱动及发射系统包括有1.54μm半导体激光器驱动及发射系统(6)，1.06μm半导体激光器驱动及发射系统(7)和0.9μm半导体激光器驱动及发射系统(8)。
4.根据权利要求1所述的多波段脉冲激光模拟发射器，其特征在于半导体发光管驱动及发射系统为1.06μm半导体发光管驱动及发射系统(9)。
全文摘要
本发明涉及一种用于检测脉冲激光测距机性能和多种激光制导设备接收系统性能的多波段脉冲激光模拟发射器，其结构是由单片机和复杂可编程逻辑器件CLPD搭接成时序可变的脉冲信号发生器，用于测距回波模拟时启动脉冲信号发生器的同步脉冲信号取样电路与复杂可编程逻辑器件CLPD相接；脉冲信号发生器的输出端分接至少两个以上的半导体激光器驱动及发射系统和半导体发光管驱动及发射系统；与半导体发光管驱动及发射系统相接并控制其发光功率的D/A功率控制电路的输入端与单片机相接；单片机还与激光标准能量发射系统相连接，在激光标准能量发射系统的输出端接有能量显示器。适于对被测脉冲激光发射机进行野外在线性能综合测试。
文档编号G01M11/00GK1789946SQ20051004820
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月19日 优先权日2005年12月19日
发明者陈志斌, 卓家靖, 王呈阳, 侯章亚 申请人:中国人民解放军总装备部军械技术研究所