专利名称：一种测量激光测距系统收发轴配准度的测试装置和方法
技术领域：
本发明涉及激光测距系统的性能测试，特别是指一种检测激光测距系统装机完成后其发射轴和接收轴配准度的测试装置及方法。
背景技术：
激光测距系统的基本工作原理是通过测量发射激光与接收激光回波的时间差得到期间光走过的距离，进而得到距离值。
随着激光器技术及回波探测技术的发展，激光测距可以测定的测程也越来越远。不仅可以搭载到飞机平台上，而且有越来越多的国家将它搭载到星载平台上。根据测得的距离数据，并经过相应的处理，就可以获得被测物的形状、表面反射率和高度等信息。
激光测距系统属主动式遥感仪器，其主要由激光发射模块、激光接收模块和数据处理模块三部分组成。系统需要接收到发射回波才能实现其功能。对于远距离测量的机载或星载激光测距系统来说，其发射角通常很小，只有几个毫弧度；为避免杂散光影响，接收系统的接收角也要尽量小。因此，激光测距系统对其发射轴和接收轴的平行度要求很高，收发轴的配准度是实现测距功能的重要关键之一。
并且对于星载激光测距系统，其工作环境严酷，工作时间长。并且远离地面，一旦发射，不能实时的对其进行调校。所以必须在地面对其工作性能进行测试，以确定技术状态，保证激光测距系统在轨时正常运行。
在系统的装配过程中，已有行之有效的装调方法(平行光管法)来保证收发轴的配准度。但是，在整机装配完成后，系统输出为电信号，不能用原有的方法来检测系统收发轴的配准度。并且对于星载激光测距系统，在整机完成以后需要在地面实验室内进行环境模拟试验。环境模拟试验包括热真空、冷黑、太阳辐照、电磁辐射以及振动、冲击、和速度等卫星运输、发射时的动力学环境模拟。激光测距系统在经历这些试验时，特别是热真空、动力学环境模拟时，其收发轴配准度很有可能会受到影响。所以整机完成后的地面同轴配准度的检测是非常必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种高精度的激光测距系统收发轴配准度的测试装置及方法。
本发明的测试装置，包括光路测试和模拟回波发生器二部分，光路测试部分由二片夹角为90°的第一半透半反镜1和第二半透半反镜2、调整基准光束和测量光束平行的平行光管9、CCD摄像头10、衰减入射激光能量的衰减片8、调整光束方向的角度微调器7组成。
光束角度微调器7由两对光楔组成，分别安装在两个转台上，用于光束的水平和垂直调节。
模拟回波发生器由依次成光连接的激光-光纤耦合器3、多模光纤4、可调光纤衰减器5和光纤准直镜6构成。
利用所述装置测量激光测距系统收发轴配准度的方法，包括下列步骤§1.调整光路将激光测距系统的发射部分发出的激光入射至第二半透半反镜2，由第二半透半反镜2将入射激光分为二路一路透射光作为基准光依次进入衰减片8、平行光管9和CCD摄像头10；另一路反射光进入依次成光连接的光纤耦合器3、多模光纤4、可调光纤衰减器5和光纤准直镜6构成的模拟回波发生器，光纤准直镜6输出的是一束模拟回波激光，该模拟回波激光依次经角度微调器7透射、第一半透半反镜1和第二半透半反镜2反射、进入衰减片8、平行光管9和CCD摄像头10；调节角度微调器7，观察CCD摄像头，当基准光和模拟回波激光在平行光管焦面上重合为同一点，则表明模拟回波激光与基准光平行，并记下光束角度微调器7的初始刻度值。模拟回波激光经第一半透半反镜1的透射光直接进入激光测距系统的接收部分。
§2.对激光测距系统的收发轴配准度进行测试调节光纤衰减器5，将模拟回波能量衰减至激光测距系统接收灵敏度大小。调节光束角度微调器7，以完成回波激光在水平和垂直方向的扫描。根据光束角度微调器7上的刻度可以标定光束偏转的方向和大小。同时观察被测系统的输出情况。记录被测激光测距系统刚好无输出时，光束角度微调器7的读数。记录水平方向从无信号到有再到无两个读数，垂直方向从无信号到有再到无两个读数。分别计算在垂直方向和水平方向二个读数的平均值，将此平均值与光束角度微调器7的初始刻度值相比较就可得出激光测距系统的发射轴与接收轴在水平和垂直方向上的偏离。
本发明的优点是测试装置结构简单，精度高；将光束夹角与被测系统输出信号联系起来，测试结果更具有可靠性；利用平行光管和CCD摄像头将基准光和模拟回波激光调平行，实现了模拟回波初始位置的精确标定；采用双光楔来改变和标定光束的方向，并且可以控制光楔使光束在水平和垂直方向上微调；采用光纤耦合器、多模光纤、光纤准直器和可调光纤衰减器构成回波模拟发生器，直接采用被测系统激光进行耦合，无需另外激光器，成本低，结构简单。而且激光经光纤后脉冲被展宽，更好的模拟了实际回波。可调衰减器放置在多模光纤与光线准直镜之间，可以在不改变回波方向下完成能量的大小可调。
图1为本发明的测量装置示意图；图2是测试系统与激光测距系统对接的示意图。
具体实施例方式
下面根据图1、图2给出本发明一个较好实施例并作详细阐述图1为本发明的测试装置示意图，由光束折转器、平行光管9、摄像头10、模拟回波发生器和光束角度微调器7组成。光束折转镜由夹角为90°的第一半透半反镜1和第二半透半反镜2构成。激光-光纤耦合器3、多模光纤4、可调光纤衰减器5、光纤准直镜6共同构成模拟回波发生器。光纤4采用62.5um/125um的多模光纤，长度可根据被测仪器的需要进行调节，本实施例中的长度为5km；可调光纤衰减器5采用FC-法兰型。光束角度微调器7由两对光楔组成，分别安装在两个转台上，用于光束的水平和垂直调节。衰减片8为中性密度滤光片，作光束能量衰减用。平行光管9和摄像头10为调平行装置。
按所述方法对本实施例激光测距系统的双轴配准度进行测试，精度可达15秒。
权利要求
1.一种测量激光测距系统收发轴配准度的测试装置，包括光路测试和模拟回波发生器二部分，光路测试部分由二片夹角为90°的第一半透半反镜(1)和第二半透半反镜(2)、调整基准光束和测量光束平行的平行光管(9)、CCD摄像头(10)、衰减入射激光能量的衰减片(8)、调整光束方向的角度微调器(7)组成；所说的光束角度微调器(7)由两对光楔组成，分别安装在两个转台上，用于光束的水平和垂直调节；模拟回波发生器由依次成光连接的激光-光纤耦合器(3)、多模光纤(4)、可调光纤衰减器(5)和光纤准直镜(6)构成。
2.利用所述装置测量激光测距系统收发轴配准度的方法，包括下列步骤§A.光路调整将激光测距系统的发射部分发出的激光入射至第二半透半反镜(2)，由第二半透半反镜(2)将入射激光分为二路一路透射光作为基准光依次进入衰减片(8)、平行光管(9)、聚焦在CCD摄像头(10)上；另一路反射光进入依次成光连接的光纤耦合器(3)、多模光纤(4)、可调光纤衰减器(5)和光纤准直镜(6)构成的模拟回波发生器，光纤准直镜(6)输出的是一束模拟回波激光，该模拟回波激光依次经角度微调器(7)微调透射、第一半透半反镜(1)和第二半透半反镜(2)反射、进入衰减片(8)、平行光管(9)、聚焦在CCD摄像头10上；调节角度微调器(7)，观察CCD摄像头，当基准光和模拟回波激光在平行光管焦面上重合为同一点，则表明模拟回波激光与基准光平行，并记下光束角度微调器(7)的初始刻度值；模拟回波激光经第一半透半反镜(1)的透射光直接进入激光测距系统的接收部分；§B.对激光测距系统的收发轴配准度进行测试调节光纤衰减器(5)，将模拟回波能量衰减至激光测距系统接收灵敏度大小；调节光束角度微调器(7)，以完成回波激光在水平和垂直方向的扫描；根据光束角度微调器(7)上的刻度可以标定光束偏转的方向和大小；同时观察被测系统的输出情况，记录被测激光测距系统刚好无输出时，光束角度微调器(7)的读数，记录水平方向从无到有再到无输出时两个读数，垂直方向从无到有再到无输出时两个读数，分别计算在垂直方向和水平方向两个读数的平均值，将此平均值与光束角度微调器(7)的初始刻度值相比较就可得出激光测距系统的发射轴与接收轴在水平和垂直方向上的偏离。
全文摘要
本发明公开了一种测量激光测距系统收发轴配准度的测试装置和方法，该装置包括光束折转器、平行光管、模拟回波发生器和光束角度微调器。模拟回波发生器由光纤耦合器、多模光纤、光纤准直器和可调光纤衰减器构成。该方法通过平行光管与光束角度微调器将基准光束和模拟回波激光调平行以实现模拟回波光初始位置的精确标定；调节光束角度微调器，观察被测系统的接收部分输出信号变化得到所调节的角度值，与初始位置的角度值进行比较就可得出激光测距系统的发射轴与接收轴在水平和垂直方向上的偏离。本发明的优点是直接采用被测系统激光进行耦合，无需另外激光器，测试装置结构简单。将光束夹角与被测系统输出信号联系起来，测试结果更具有可靠性，精度高。
文档编号G01S17/08GK101059564SQ20071004039
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月8日 优先权日2007年5月8日
发明者狄慧鸽, 方抗美, 舒嵘, 王建宇 申请人:中国科学院上海技术物理研究所