一种复合轴跟踪瞄准性能测试装置及其测试方法与流程

1.本发明涉及复合轴跟踪性能测试技术领域，特别涉及一种复合轴跟踪瞄准性能测试装置及其测试方法。


背景技术：

2.目前，复合轴跟踪瞄准系统采用粗、精两级跟踪方式，其中粗跟踪系统通过二维转台实现方位0
°
～360
°
、俯仰0
°
～90
°
大范围捕获探测跟踪目标；精跟踪系统利用高带宽快反镜进一步抑制粗跟踪系统残差，实现高精度目标跟踪。由于复合轴跟瞄系统跟踪角度精度达μrad量级，因此，在出厂验收测试时需配备相应高精度跟踪瞄准性能测试装置。
3.相关技术中，国内针对跟瞄性能测试有特定的内场测试设备，其中内场主要采用普通光电旋转靶标来进行测试。其普遍存在如下问题：国内普通光电转靶无法同时对粗跟踪和精跟踪系统性能同时测量，若要同时测量，需要在复合轴跟瞄系统望远筒处加上一分光负载，不仅打破整个被测系统配平状态，而且无法真实反映系统跟瞄状态。
4.因此，有必要设计一种新的复合轴跟踪瞄准性能测试装置及其测试方法，以克服上述问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种复合轴跟踪瞄准性能测试装置及其测试方法，以解决相关技术中普通光电转靶无法同时对粗跟踪和精跟踪系统性能同时测量，且无法真实反映系统跟瞄状态的问题。
6.第一方面，提供了一种复合轴跟踪瞄准性能测试装置，其包括：支撑架与光学模拟目标源，所述光学模拟目标源用于发出光束；主回转轴，其安装于所述支撑架，且所述主回转轴可相对于所述支撑架转动；子回转轴，其安装于所述主回转轴，且所述子回转轴可相对于所述主回转轴转动，所述子回转轴设有子回转台，所述子回转台安装有间隔设置的半透半反镜和反射镜，所述半透半反镜用于将所述光学模拟目标源发出的部分光束透射形成与所述子回转轴大致平行的出射光束，且所述半透半反镜用于将所述光学模拟目标源发出的部分光束反射至所述反射镜，使所述反射镜反射形成与所述子回转轴大致平行的出射光束。
7.一些实施例中，所述主回转轴设有主回转台，所述光学模拟目标源和所述子回转轴均安装于所述主回转台。
8.一些实施例中，所述子回转轴包括平行光管，所述平行光管内设有快反镜，所述快反镜用于将所述光学模拟目标源发出的光束反射至所述半透半反镜。
9.一些实施例中，所述平行光管的焦平面处设有分划板，所述快反镜反射的光束经过所述分划板照射至所述半透半反镜。
10.一些实施例中，所述光学模拟目标源包括成像投影系统和导光挡片，所述成像投影系统用于通过切换导光挡片将所述成像投影系统内存储的动态视频流进行光束调制并
投射至所述半透半反镜。
11.一些实施例中，所述半透半反镜和所述反射镜均可在所述子回转台上移动，且所述支撑架可上下升降；所述复合轴跟踪瞄准性能测试装置还包括控制器，其分别与所述主回转轴、所述子回转轴连接，所述控制器用于控制所述主回转轴和所述子回转轴转动。
12.第二方面，提供了一种使用上述的复合轴跟踪瞄准性能测试装置的测试方法，其包括以下步骤：根据复合轴跟瞄系统的两个跟踪探测器探测的光点成像位置，调整主回转轴和子回转轴的高度以及角度，使成像光点质心在两个所述跟踪探测器的图像中心；转动所述主回转轴和所述子回转轴，并保持所述复合轴跟瞄系统跟踪所述复合轴跟踪瞄准性能测试装置发出的出射光束；逐渐增加所述主回转轴和所述子回转轴的旋转角速度，所述复合轴跟瞄系统的角速度和角加速度随着增加，当所述复合轴跟瞄系统的角速度达到最大角速度或者角加速度达到最大角加速度时，所述主回转轴和所述子回转轴保持恒定的角速度旋转。
13.一些实施例中，在所述根据复合轴跟瞄系统的两个跟踪探测器探测的光点成像位置，调整主回转轴和子回转轴的高度以及角度，使成像光点质心在两个所述跟踪探测器的图像中心之前，还包括：初步调整所述复合轴跟瞄系统与复合轴跟踪瞄准性能测试装置的相对位置，使两个跟踪探测器的位置分别对准复合轴跟踪瞄准性能测试装置的两束出射光束形成的扫描光锥点附近。
14.一些实施例中，所述子回转轴包括平行光管，在所述根据复合轴跟瞄系统的两个跟踪探测器探测的光点成像位置，调整主回转轴和子回转轴的高度以及角度，使成像光点质心在两个所述跟踪探测器的图像中心之前，还包括：将分划板放置于所述平行光管的焦平面处，使所述光学模拟目标源发出的光束经过所述分划板照射至所述半透半反镜。
15.一些实施例中，所述光学模拟目标源内设有导光挡片和成像投影系统，所述转动所述主回转轴和所述子回转轴，并保持所述复合轴跟瞄系统跟踪所述复合轴跟踪瞄准性能测试装置发出的出射光束，包括：在转动所述主回转轴和所述子回转轴的同时，每间隔预设时间切换所述导光挡片，使所述光学模拟目标源发出的光束经过所述导光挡片将所述成像投影系统内存储的动态视频流进行调制并投射至所述半透半反镜。
16.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
17.本发明实施例提供了一种复合轴跟踪瞄准性能测试装置及其测试方法，由于在主回转轴上安装了子回转轴，子回转轴上安装的半透半反镜和反射镜能够将光学模拟目标源发出的光束分成两束出射光束，进而对复合轴跟瞄系统的粗跟踪和精跟踪探测器性能进行同时测量，不需在望远镜筒前加分光负载即可实现粗和精跟踪系统性能同时测试，不需重新配平，能够反映真实跟瞄系统的跟瞄状态。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的一种复合轴跟踪瞄准性能测试装置的结构示意图。
20.图中：
21.1、支撑架；2、光学模拟目标源；3、主回转轴；31、主回转台；4、子回转轴；41、子回转台；42、平行光管；5、半透半反镜；6、反射镜；7、快反镜；8、控制器；
22.9、复合轴跟瞄系统；91、粗跟踪探测器；92、精跟踪探测器。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明实施例提供了一种复合轴跟踪瞄准性能测试装置，其能解决相关技术中普通光电转靶无法同时对粗跟踪和精跟踪系统性能同时测量，且无法真实反映系统跟瞄状态的问题。
25.参见图1所示，为本发明实施例提供的一种复合轴跟踪瞄准性能测试装置，其用于测试复合轴跟瞄系统9的跟踪性能，其中，复合轴跟瞄系统9可以包括粗跟踪探测器91和精跟踪探测器92，所述复合轴跟踪瞄准性能测试装置可以包括：支撑架1与光学模拟目标源2，所述光学模拟目标源2用于发出光束，其中，光学模拟目标源2可以安装在支撑架1上，也可以安装在支撑架1周围的任意位置，光学模拟目标源2可以发出激光束；主回转轴3，其可以安装于所述支撑架1，且所述主回转轴3可相对于所述支撑架1转动，本实施例中，主回转轴3通过倾斜的支架安装于支撑架1上，也即，支架与支撑架1相对固定，主回转轴3能够在支架上转动，其中，主回转轴3可以绕其轴线转动，也可以根据具体需求运动情况来设计主回转轴3的转动自由度；子回转轴4，其可以安装于所述主回转轴3，且所述子回转轴4可相对于所述主回转轴3转动，本实施例中，子回转轴4也可以绕其轴线旋转，所述子回转轴4设有子回转台41，所述子回转台41安装有间隔设置的半透半反镜5和反射镜6，本实施例中，子回转台41与子回转轴4固定于一起，且子回转台41与子回转轴4大致垂直设置，当子回转轴4转动时，子回转台41可以跟随子回转轴4一同转动，所述半透半反镜5用于将所述光学模拟目标源2发出的部分光束透射形成与所述子回转轴4大致平行的出射光束，也即光学模拟目标源2发出的光束照射至半透半反镜5上，经过半透半反镜5，部分光束可以直接透射出来，且所述半透半反镜5还用于将所述光学模拟目标源2发出的部分光束反射至所述反射镜6，使所述反射镜6反射形成与所述子回转轴4大致平行的出射光束。
26.国内外场测试一般采用的是无人机搭载靶斑仪来实现跟瞄性能测试，但是无人机的飞行速度较慢，即使在最大速度飞行也无法满足对跟瞄系统最大角速度和最大角加速度的测量。本技术由于在主回转轴3上安装了子回转轴4，子回转轴4的子回转台41上安装的半透半反镜5和反射镜6能够将光学模拟目标源2发出的光束分成两束出射光束，并确保回转过程中两束光的空间相对方位保持不变，使复合轴跟瞄系统9的粗跟踪探测器91和精跟踪探测器92能够分别捕获到两束出射光束并进行闭环跟踪，通过旋转主回转轴3和子回转轴4可以移动两束出射光束的位置，使出射光束做两维运动，且子回转轴4的逆旋转可以补偿两束出射光束随主回转轴3的转动，使两束出射光束能够被粗跟踪探测器91和精跟踪探测器92实时探测，粗跟踪探测器91和精跟踪探测器92对出射光束聚焦成像后，复合轴跟瞄系统9
可实时闭环跟踪旋转光束，进而对复合轴跟瞄系统9的粗跟踪探测器91和精跟踪探测器92性能进行同时测量，不需在望远镜筒前加分光负载即可实现粗和精跟踪系统性能同时测试，不需重新配平，能够反映真实跟瞄系统的跟瞄状态，测量精度高、操作简单、且能够同时简单快速测量粗精跟踪。
27.参见图1所示，在一些实施例中，所述主回转轴3可以设有主回转台31，所述光学模拟目标源2和所述子回转轴4均安装于所述主回转台31，具体的，光学模拟目标源2可以安装于所述主回转台31的一侧，子回转轴4可以安装于主回转台31的另一侧，使得光学模拟目标源2与子回转轴4间隔设置，且光学模拟目标源2发出的光束可以以预设角度照射至半透半反镜5上，当然，光学模拟目标源2也可以紧挨着子回转轴4设置。通过将光学模拟目标源2和子回转轴4均安装至主回转台31上，主回转台31可以跟随主回转轴3同步转动，主回转轴3在转动时，光学模拟目标源2和子回转轴4能够同步转动，通过主回转轴3带动光学模拟目标源2转动，模拟可被光电跟踪系统识别的运动目标，避免了在转动主回转轴3的同时需要同步对光学模拟目标源2进行调整的问题。
28.参见图1所示，进一步，所述子回转轴4可以包括平行光管42，所述平行光管42内可以设有快反镜7，所述快反镜7用于将所述光学模拟目标源2发出的光束反射至所述半透半反镜5，也即，光学模拟目标源2发出的光束可以先发射至快反镜7，经过快反镜7的反射，使光束沿着子回转轴4的方向照射至半透半反镜5，半透半反镜5优选设置于子回转轴4的轴线上，部分光束经过半透半反镜5可以直接透射出来形成出射光束(也即主出射光束)，部分光束经过半透半反镜5可以反射至反射镜6，并经过反射镜6的反射形成与子回转轴4大致平行的出射光束(也即子出射光束)，通过设置平行光管42和快反镜7，可以准确调整光束照射至半透半反镜5的方向，进而保证后续出射光束的出射方向。
29.参见图1所示，在一些可选的实施例中，所述平行光管42的焦平面处可以设有分划板，所述快反镜7反射的光束可以经过所述分划板照射至所述半透半反镜5，其中，可以根据具体要求以及不同的平行光管42，设置不同尺寸和形状的分划板，增加分划板后，光束的传输路径为：光学模拟目标源2将激光发射至快反镜7，快反镜7将激光反射至分划板，激光经过分划板照射至半透半反镜5；激光通过分划板后成像的形状可以模拟静态面目标。
30.参见图1所示，在一些实施例中，所述光学模拟目标源2可以包括成像投影系统(dmd)和导光挡片，所述成像投影系统用于通过切换导光挡片将系统内存储的动态视频流进行光束调制并投射至所述半透半反镜5，也即，光学模拟目标源2发出的激光可以照射至导光挡片上，通过切换导光挡片，成像投影系统可以对含有目标飞行姿态轨迹的动态视频流进行光学调制，并投射至半透半反镜5，半透半反镜5再将部分光束透射出来，部分光束反射至反射镜6，实现高速实时投影，进而模拟带场景的动态面目标，从而更加贴近真实作战目标。
31.参见图1所示，在一些实施例中，所述半透半反镜5和所述反射镜6均可在所述子回转台41上移动，通过调整半透半反镜5和反射镜6在子回转台41上的位置，可匹配不同复合轴跟瞄系统9的不同相机的相对位置，且所述支撑架1可上下升降，具体的，支撑架1可以包括支撑机构和高度调节机构，支架安装于支撑机构上，确保主回转轴3在高速旋转的过程中，支架和支撑架1能够保持稳定，不存在抖动，高度调节机构可以包括传动与导向等部分，再配以电磁制动器组件，可以保证支撑架1高度升降过程的平顺。
32.进一步，所述复合轴跟踪瞄准性能测试装置还可以包括控制器8，其分别与所述主回转轴3、所述子回转轴4连接，所述控制器8用于控制所述主回转轴3和所述子回转轴4转动，具体的，控制器8可以包括电控模块和操控模块，其中，电控模块可以包含时统终端、编码器电控箱、伺服控制器8等，其全部安装在集成控制机柜内，具备电气伺服控制和数据记录等功能；时统终端可使复合轴跟踪瞄准性能测试装置和复合轴跟瞄系统9之间建立统一的时间同步基准，为检测高精度的光电测量设备的性能和功能提供了时间判定依据；编码器电控箱可控制光电编码器的工作通断；伺服控制器8，用于驱动力矩电机，实现对主回转轴3和子回转轴4的运动控制。操控模块的核心为工控计算机，集成数据采集、伺服控制、系统管理、误差处理等功能，配置在控制机柜中，具备采集主回转轴3和子回转轴4的转动角位置数据、速度等相关参数，还可通过程序可对主回转轴3和子回转轴4进行正弦、等速、定点等控制引导，实现可编程控制测试装置运动规律的要求。
33.本发明实施例还提供了一种使用上述的复合轴跟踪瞄准性能测试装置的测试方法，其可以包括以下步骤：
34.步骤1：根据复合轴跟瞄系统9的两个跟踪探测器91、92探测的光点成像位置，调整主回转轴3和子回转轴4的高度以及角度，使成像光点质心在两个所述跟踪探测器91、92的图像中心。也即，在该步骤中，需要点亮光学模拟目标源2，使光学模拟目标源2发出光束，进而复合轴跟踪瞄准性能测试装置可以形成两束出射光束，两个跟踪探测器91、92可以分别捕获到两束出射光束，并进行成像，根据光点成像位置对复合轴跟踪瞄准性能测试装置进行精调整，本实施例中，可以通过调整支撑架1的高度进而调整主回转轴3和子回转轴4的高度。
35.在一些实施例中，于步骤1之前，可以初步调整复合轴跟瞄系统9与复合轴跟踪瞄准性能测试装置的相对位置，使得两个跟踪探测器(也即粗跟踪探测器91和精跟踪探测器92)的位置分别对准复合轴跟踪瞄准性能测试装置的两束出射光束形成的扫描光锥点附近；也即粗调复合轴跟瞄系统9与复合轴跟踪瞄准性能测试装置的相对位置。
36.步骤2：转动所述主回转轴3和所述子回转轴4，并保持所述复合轴跟瞄系统9跟踪所述复合轴跟踪瞄准性能测试装置发出的出射光束。也即，在该步骤中，将主回转轴3和子回转轴4开启旋转，并保持复合轴跟瞄系统9一直稳定跟踪。
37.步骤3：逐渐增加所述主回转轴3和所述子回转轴4的旋转角速度，所述复合轴跟瞄系统9的角速度和角加速度随着增加，当所述复合轴跟瞄系统9的角速度达到最大角速度或者角加速度达到最大角加速度时，所述主回转轴3和所述子回转轴4保持恒定的角速度旋转。也即，可以缓慢增加主回转轴3和子回转轴4的旋转角速度，其中，主回转轴3和子回转轴4的旋转角速度大小相等方向相反，随着主回转轴3和子回转轴4角速度的增加，复合轴跟瞄系统9的角速度和角加速度也随之增加，当复合轴跟瞄系统9的角速度达到考核要求的最大角速度或者角加速度达到考核要求的最大角加速度时，说明复合轴跟瞄系统9的跟瞄性能是能够满足考核标准的，此时，可以控制所述主回转轴3和所述子回转轴4保持恒定的角速度旋转。
38.在一些可选的实施例中，所述子回转轴4可以包括平行光管42，若需要进行静态面目标的模拟，于步骤1之前，还可以包括：将分划板放置于所述平行光管42的焦平面处，使所述光学模拟目标源2发出的光束经过所述分划板照射至所述半透半反镜5。可通过改变分划
板的形状大小，改变静态面目标的大小，适应于多种口径和焦距的复合轴跟瞄系统9性能测试。
39.在一些实施例中，所述光学模拟目标源2内可以设有导光挡片和成像投影系统，于步骤2中，所述转动所述主回转轴3和所述子回转轴4，并保持所述复合轴跟瞄系统9跟踪所述复合轴跟踪瞄准性能测试装置发出的出射光束，可以包括：在转动所述主回转轴3和所述子回转轴4的同时，每间隔预设时间切换所述导光挡片，使所述光学模拟目标源2发出的光束经过所述导光挡片将所述成像投影系统内存储的动态视频流进行调制并投射至所述半透半反镜5，实现高速实时投影，进而模拟带场景的动态面目标，从而更加贴近真实作战目标。
40.进一步，于步骤3中，在跟踪过程中，两个跟踪探测器91、92可实时成像，后期通过图像采集处理得到两个跟踪探测器91、92的跟踪和瞄准误差，实现对复合轴跟瞄系统9的跟踪性能测试。
41.根据复合轴跟踪瞄准性能测试装置与复合轴跟瞄系统9的坐标变换关系公式可以推导出半锥角α(也即出射光束与主回转轴3之间的夹角)对被检设备的方位角a与俯仰角e指向的影响，方位角a与俯仰角e的计算公式为：
42.a＝arcsin(sinα*sinwt/cose)
43.e＝arcsin(cosα*sinβ+sinα*cosβ*coswt)
44.式中，w为主回转轴3或者子回转轴4的旋转角速度；β为主回转轴3与水平面的夹角。
45.方位角速度和角加速度可通过方位角对时间的一次和二次积分得到，俯仰角速度和角加速度的计算方法同理。
46.装置的半锥角α可以调节，以此来模拟不同速度、加速度下的目标运动；当复合轴跟踪瞄准性能测试装置的出射光束与主回转轴3之间夹角α调整固定，以及主回转轴3与水平面夹角β确定之后，主回转轴3与子回转轴4的交点o就是靶标旋转光锥的顶点，复合轴跟瞄系统9就是在o点跟踪靶标旋转光锥，检测其跟踪和测角性能的。
47.采用如下公式计算瞄准误差：
48.δθ
p,x
＝arctan(x
c-x0)
49.δθ
p,y
＝arctan(y
c-y0)
[0050][0051]
其中，δθ
p,x
为瞄准误差的x分量，δθ
p,y
为瞄准误差的y分量，xc为长曝光光斑质心在探测器上的x向坐标，yc为长曝光光斑质心在探测器上的y向坐标，x0为设定的瞄准点在探测器上的x向坐标，y0为设定的瞄准点在探测器上的y向坐标。
[0052]
采用如下公式计算跟踪误差：
[0053][0054]
[0055][0056]
其中，δθ
t,x
、δθ
t,y
分别为方位跟踪误差分量和俯仰跟踪误差分量，δ
j,x
为第j组数据中短曝光光斑质心相对长曝光光斑质心角度偏差值的方位分量，δ
j,y
为第j组数据中短曝光光斑质心相对长曝光光斑质心角度偏差值的俯仰分量，δθ
t
为跟踪误差。
[0057]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0058]
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0059]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。