基于PSD的长距离多阴影照相站的空间坐标一致性标定方法.pdfVIP

2012 年全国光学工程博士生论坛论文集 欧洲各国试验靶道多使用载体型，而美国的一些试验靶道多使用悬线型。我国常规兵器弹道靶道的 空间一致性标定方法选用的是载体型。载体在靶道内阴影照相站的精确定位是空间一致性标定工作中的 重要一步，然而目前该标定方法在载体的精确定位上还存在很大问题。现有的定位方法是将载体搁置台 调至水平，从载体搁置台上射出一道激光，调整系统姿态，使得校准每一照相站时站激光最终打在同一 个固定的点上。该方法完全靠实验人员目测，激光光束在长距离后会发散到很大，无法精确判定光点位 置。针对这一问题，本文提出了基于光学杠杆原理和 PSD 的空间坐标标定方法，大大提高了载体的定 位精度，从而使得标定工作更加有效。 2 标定原理 该方法以一束发散角较小、能量较高的激光作为基准，对靶道内阴影照相站精确定位。该激光一部 分射向炮筒中心，用于激光光束与火炮基线的重合，另一部分水平射向靶道作为空间基准线。通过调节 标定系统的姿态，使得装有载体的标定系统的光轴与基准激光光轴共线。完成一站的标定后，将载体搁 置台移置下一站继续标定，直至完成所有参与摄像的照相站标定工作。此法用两个预先校准好的位置敏 感探测器作为光斑精确定位的工具。它是一种连续的模拟式的光斑位置检测器件，工作原理是基于横向 光电效应。PSD 检测到的是光斑重心，与光斑大小和形状无关。此处用高精度的PSD ，可以达到光斑位 置的数字化精确定位。 分析可知，标定系统光轴与基准激光光轴存在两种情况：一种是两个光轴存在一定夹角；另一种是 两个光轴平行但不共线。该方法将调校工作分为三部分，分别对此两种情况进行调校。 2.1 校准两光轴存在夹角问题 校准系统光轴与基准光轴平行原理如下图所示： 偏移量L Y X PSD-1 夹角θ 图1 PSD-1 校准系统光轴与基准光轴平行原理图 如图所示，基准激光光轴与系统光轴的夹角θ会引起PSD-1 上的XY轴上的偏移量。PSD-1 检测到的 光点位置坐标为（x ，y ）。 1 1 则夹角θ引起的聚焦点偏移量L 为： L f •θ （1） 式中，f 是缩束系统物镜焦距。 2 2 x y 1 + 1 θ= = L / f （2 ） f 83 光电技术与系统 调整系统水平后，理论上只有系统旋转带来的误差偏移量，即只有X 分量。调整系统旋转，使得光点中 心趋于PSD 中心，直到PSD 显示（0，0 ）为止。 由此完成标定系统光轴与基准激光光轴的平行。 2.2 校准两光轴不共线问题 标定系统光轴与基准激光光轴平行却不共线时，标定系统会存在无限种可能位置。所以，还需用另 一个PSD-2 ，以保证标定系统光轴与基准激光光轴的共线。 校准系统光轴与基准光轴共线原理如下图所示： 省略PSD-1 示意图 PSD-