高精度可调库德镜控制角的解算方法与流程

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种高精度可调库德镜控制角的解算方法。

背景技术：

在光电对抗系统中，常用折转镜组及库德镜组改变激光光束方向，最终使激光光束沿平行于视轴的方向出射。在其中的激光发射系统中，入射激光依次通过库德镜一1、库德镜二2、库德镜三3、库德镜四4、可调库德镜5折转后出射，其原理如图1所示。跟瞄转台的视轴偏离被跟踪目标后，通过调整可调库德镜5就可以修正由跟瞄转台的跟踪误差引起的出射激光指向误差，使出射激光指向被跟踪目标，从而提高出射激光的指向精度。可调库德镜5具有体积小、结构紧凑、响应速度快、精度高、带宽高等优点，其控制角的大小与跟踪转台的跟踪误差成一定的函数关系，对控制角进行高精度解算是可调库德镜5控制的核心问题。

目前，一般采用实测可调库德镜5的控制角与出射激光的指向误差并对所得数据进行拟合的方法获得描述两者关系的函数关系，这种方法所得结果不够准确，存在一定误差，无法在任意转台跟踪误差下都取得较高的出射激光指向精度。

技术实现要素：

为了获得准确的可调库德镜控制角表达式，本发明提供一种高精度可调库德镜控制角的解算方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的高精度可调库德镜控制角的解算方法，包括以下步骤：

步骤一、在成像光学系统中，空间目标成像于CCD靶面，当空间目标偏离视轴的方位角为A、偏离视轴的俯仰角为E时，空间目标的像在方位方向上偏离CCD靶面中心MDa个像元、在俯仰方向上偏离CCD靶面中心MDe个像元，所述MDa、MDe与A、E之间的关系如式(1)所示：

式(1)中：A、E的单位均为角秒，像元尺寸的单位为微米，成像光学系统焦距的单位为毫米；

步骤二、在激光发射系统中，入射激光经多个折转镜、库德镜组以及可调库德镜反射后，沿平行于视轴的方向出射，并最终指向位于成像光学系统视轴延长线上的空间目标；当空间目标偏离视轴的方位角为A、偏离视轴的俯仰角为E时，通过调整可调库德镜绕其自身方位轴旋转β角，再绕其自身俯仰轴旋转γ角后，使出射激光重新指向空间目标；所述β角、γ角的求解公式如式(2)、式(3)所示：

本发明的有益效果是：本发明为了获得准确的可调库德镜控制角表达式，通过建立描述可调库德镜控制角与出射激光方向之间关系的数学模型，并进行分析，推导出形式简洁的可调库德镜控制角的数学解析式式(2)和式(3)。通过实践证明使用式(2)和式(3)求解可调库德镜的控制角，能在任意转台跟踪误差下均取得极高的出射激光指向精度。

附图说明

图1为激光发射系统原理图。

图2为在成像光学系统中跟踪误差A、E解算原理图。

图3为本发明的可调库德镜控制角解算原理图。

图4为可调库德镜反射作用示意图。

图中：1、库德镜一，2、库德镜二，3、库德镜三，4、库德镜四，5、可调库德镜，6、CCD靶面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

为了获得准确的可调库德镜5控制角的表达式，本发明推导出形式简洁的可调库德镜5控制角的数学解析式。如图3和图4所示，本发明的高精度可调库德镜控制角的解算方法，其具体过程如下：

步骤一、计算跟踪转台的跟踪误差

如图2所示，在成像光学系统中，空间目标P₂在CCD靶面6上进行成像。当空间目标P₂位于成像光学系统的视轴延长线上时，将成像于CCD靶面6中心，若空间目标P₂偏离视轴δ角即跟踪转台的跟踪误差为A(空间目标P₂偏离视轴的方位角)、E(空间目标P₂偏离视轴的俯仰角)时，空间目标P₂的像在方位方向上偏离CCD靶面6中心MDa个像元、在俯仰方向上偏离CCD靶面6中心MDe个像元。所说的MDa和MDe即分别为方位脱靶量和俯仰脱靶量，而各个时刻的方位脱靶量MDa、俯仰脱靶量MDe是已知的，因此常用方位脱靶量MDa、俯仰脱靶量MDe来表示跟踪转台的跟踪误差A、E。方位脱靶量MDa、俯仰脱靶量MDe与跟踪转台的跟踪误差A、E之间的关系如式(1)所示：

式(1)中：跟踪转台的跟踪误差A、E的单位是角秒，像元尺寸的单位为微米(μm)，成像光学系统焦距的单位为毫米(mm)。

步骤二、计算可调库德镜5的控制角

如图1和图4所示，在激光发射系统中，采用多个库德镜并经过光学装调，使入射激光沿平行于水平轴的方向入射到处于初始位置(即图3中的a₁处)的可调库德镜5上，经可调库德镜5反射后的出射激光方向平行于视轴方向，指向位于成像光学系统视轴延长线上的空间目标P₂。空间目标P₂偏离视轴δ角后，可调库德镜5需要调整其自身控制角，从而使平行于水平轴的入射激光经可调库德镜5反射后的出射激光能够重新指向空间目标P₂。

如图3所示，建立空间坐标系，在空间坐标系中，Z轴即为水平轴，也是入射激光的入射方向，X轴即为视轴，也是出射激光的出射方向。

当可调库德镜5处于初始位置a₁处时，可调库德镜5的俯仰轴ab与水平轴成45度角，俯仰轴ab位于直线z1上，直线z₁位于XOZ平面内；方位轴cd与Y轴重合，方位轴cd位于直线y₁上，直线y₁位于Y轴上；法线oe位于直线x₁上，直线x₁位于XOZ平面内。

首先调整可调库德镜5绕其自身方位轴cd旋转β角，此时，可调库德镜5处于位置a₂处，可调库德镜5的俯仰轴ab位于直线z₂上，直线z₂位于XOZ平面内；方位轴cd与Y轴重合，方位轴cd位于直线y₂上，直线y₂位于Y轴上，直线y₂和直线y₁均与Y轴重合；法线oe位于直线x₂上，直线x₂位于XOZ平面内。此时，直线x₁与直线x₂之间的夹角为β角，直线z₁与直线z₂之间的夹角也为β角。

然后再调整可调库德镜5绕其自身俯仰轴ab旋转γ角，此时，可调库德镜5处于位置a₃处，可调库德镜5的俯仰轴ab位于直线z₃上，直线z₃与直线z₂重合，直线z₃位于XOZ平面内；方位轴cd位于直线y₃上；法线oe位于直线x₃上。此时，直线x₂与直线x₃之间的夹角为γ角，直线y₃与Y轴之间的夹角也为γ角。

通过调整可调库德镜5先绕其自身方位轴cd旋转β角，再绕其自身俯仰轴ab旋转γ角后，可使出射激光重新指向偏离视轴δ角的空间目标P₂。上述的β角求解公式如式(2)所示，γ角的求解公式如式(3)所示：

式(2)和式(3)中：A和E分别为空间目标P₂偏离视轴的方位角和俯仰角，A和E的值可根据式(1)进行求解。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。