脉冲激光测距机检定测试设备

       激光测距仪机(以下简称LRF)能迅速、准确地给出目标的距离数据。敌对双方都想利用这一点来赢得战场上最大有效距离下的首发命中。因此，从总体上说军方最关心的是显示距离的准确性和测距的能力。当然，最小测程、横向和纵向鉴别率、重复频率特性等也属于整机性能指标。由于测距准确性主要反映频率发生器 离计数器、放大器带宽等电路部分的性能，而测程则取决于与输出能量、束散角及三轴调校精度等有关的激光束性能由于这些都是综合效果，不能单用一两项器件参数表述，因而至今尚未建立起较权威的室内检定测试模式。以前多用室外目标实测，需要的空间大，干扰因素多，使用不便，测试方法不同，可比性差。

       在建立LRF室内检测装置中遇到的主要困难之一是真实模拟LRF光脉冲行驶的距离 根据脉冲测距原理：S一(1／2)c ·血，在大气中C是近似常量，距离检定实质是校验一个与测距距离对应的时间量血。由于要考虑LRF发射脉冲的形状， 模拟的方法要精确考虑，并能覆盖所有要求的距离。7O年代各主要生产厂家主要以开发各种类型的光纤模拟测距测试装置为主 ][2]。以以色列Ic公司的综合测试仪(ICTS)中的有关部分为例说明。使LRF分划板中心与模拟器光纤的中心重合，LRF输出的光脉冲经衰减后由厚透镜准直聚焦在一根较长的光纤上，光脉冲在光纤中传播到另一端的反射镜后再重新反程通过光纤、厚透镜、准直仪进入LRF。这样就可以将事先已知的光纤光程与测距机显示的读数相比较。由于这种测试方法不能用于200Ohm 以上波段的测试且模拟的距离固定不变，光纤光程的校准比较困难。美空军在海湾战争中购买了多台以色列ALT型LRF检测系统用于战地检测。

       进入8O年代后，为了解决校准方便、波段拓宽以及多目标测试等问胚，许多公司相继在LRF检测装置 日 中使用了激光二极管和其它光源。

       LRF发射的光脉冲经平行光管6人射在光电探测器2上，其信号经放大整形后，触发延时电路4。经过一段延时后控制激光二极管5向LRF发射其所需的回波(关门)信号—— 模拟激光脉冲。光电法的校准容易实现。

       尽管光电延时法后来出现了多种改进方案和变形，但在使用中仍存在以下问题[s]。

1)随着共用光路测距技术的发展，采用上述的光电延时法会使二极管暴嚣于被测光路中，造成光损伤。

2)10．6 m波段的LRF检测仍受到限制。

3)无法实现探测距离增加所导致的回波信号降低，即无法将模拟光脉冲回波调整到能代表LRF所测目标实际反射能量的程度。

1 方案原理

       本方案用于调Q技术脉冲式LRF的测距性能的检定和测试。如图3所示，被测测距机触发后由发射脉冲开启LRF计数器和外部计数器，然后接收由模拟激光器发射并适当衰减的脉冲作为模拟的返回脉冲，不同距离的目标可以通过改变延迟时间来实现。被测测距机的测距精度通过比较两个读数(一个是测距机的距离读数，另一个是精度更高的外部计数器的读数；后者测量的是被测测距机发射脉冲的前滑与模拟激光器发出的模拟返回脉冲的前沿之间的时间)得出。另外，用已标定的衰减片来衰减模拟激光，以提供远处目标的返回脉冲；改变衰减片的分贝值就可测出被测测距机的灵敏度(最大测程)。

       本方案考虑用控制泵浦半导体激光电压的方式实现衰减。

2 检定及测试项目

       检定项目：测距准确性I最大测程；最小测程。测试项目：脉冲能量；脉冲宽度，重复频率特性；束散角；激光光轴稳定性；多目标特性。其中利用柬散角和光轴稳定性可分析横向鉴别率。

3 技术说明

      为便于方案理解和讨论，本文分3部分予以说明：基本测试方法；校准传递方法；其它参数测试。

3．1 主测试系统

       本测试系统是一个由电子和计算机控制的距离模拟(光电延时)和消光模拟(随距离增大降低回波功率)合一的综合测试系统— — 距离／消光模拟测试仪(REST)。它能对常规装备中各种类型的脉冲LRF总体指标和能量、重复频率特性、脉宽、束散角等单项参数进行安全的检定和测试。REsT系统由连接器部分

2、光学装置部分

3、计算机

4、电子装置

5组成。

       连接器由激光安全罩和LRF到安全罩之间的电子联锁开关6、入射窗7、离焦透镜8组成。光学装置由分光组件9、探测组件1O和发射组件ll组成。电子装置5包括：可编程探测电路、可编程脉冲发生器、可编程延时发生器、系统电源、可编程电压表、可编程数／模转换器等组成。

       光学装置采用?？榛峁?，可适应不同波长的LRF的测试需要和其它参数的测量、校准及传递。其中探测组件1O由测量输出能量的接收器10a和光学系统10b组成 光学系统用于会聚和衰减离开分束器9的那部分激光并将其能量会聚在探测器10a上。发射组件11由激光模拟器lla及光学系统llb组成。该系统在必要时用来衰减和表征模拟的发射信号，使其能在光学上代表实际目标的激光反射。

       整个测试装置的所有电控部分均由IEEE一488接口连到总线上。所有程序的自检、数据采集、动作指令的编排都存贮在计算机中。由于需要测试的机型不同，程序中留有人机对话接口。测试中操作人员将被测LRF置于光学装置的前面，将LRF的输出孔与入射窗对准，激光安全罩保证被测LRF的所有辐射都进入光学装置 带有接口的LRF可直接与计算机的相应接口连接，使LRF由测试系统直接控制。

       测试过程首先从利用探测器10a测量次发射的峰值电压平均值开始，其值存贮在计算机中。在随后的检定测试中，计算机根据10a接收到的LRF脉冲的峰值电压来判断相应回波激光应浮动的幅度。幅度变化的量由图5峰值探测器、加法器、数字表及D／A转换电路完成。设D／A输出为标准峰值电压值，但相位相反(负值)，当下一个LRF脉冲峰值电压为标准值时，其相加后输出为零，不调整回波脉冲电压，回波仍按与标准LRF脉冲能量对应的激励电压驱动。此时激光器的标准输出能量就代表了在特定测试参数情况下标准模拟目标的反射。如果下一个LRF脉冲峰值电压与标准值不等，相加后有一个偏离量 这个偏离量就被送到脉冲发生器的调整端，使其驱动电压与标准值有一个偏移量，计算机再根据前面设置的测试参数模拟目标距离所需的延迟时间来驱动激光器输出。如果LRF由计算机自动控制，检测到的LRF距离信息将会自动与REST 系统起初设置的测试目标距离相比较。假定LRF是手动控制的，操作者会被提示将LRF显示距离输入计算机的存贮器中，由计算机将测量值与设置值进行比较，并按照测试程序打印出结果。

3 2 校准与传递

       尽管在计算机的程序中可将测量环节的各种固有的电路延时考虑在给出的结果中，但从校准的角度考虑应对客观上的总延时△￡出较客观的比对 本方案准备使用一台高精度计数器(与LRF的计数器比较)，并在主波与模拟回波的触发上考虑使用存贮波形对照技术，以便尽可能地减少残留的不确定度因素。该设备中精密计数器是非常重要的部分。

       同样，利用分束器，可以对下属厂、站送来的(光纤)距离模拟标准具进行标定。这样标定的实质是由REST系统标定一台参考测距机，再由稳定的参考测距机标定光纤模拟器。

3．3 其它参数测试

       由于采用?？榛峁?，本设备的光学部分可对LRF的其它参数如能量、束散角、光斑中心位置等进行测试，以对整机的总体性能评价提供参考依据。

4 结束语

       本方案是研究国内外技术的基础上，以有关军标为依据，设计了一套能用电子学方法方便校准的智能化、?？榛龀寮す獠饩嗷酆霞於ú馐韵低?它不仅突破了80年代以前常用的光纤及简易电子学方法的局限性，还可以通过更换探测?？槔蠢┱蛊渌ǘ握募於ú馐?。除了对整机进行总体性能测试及校准、传递外，本设备还可对其它有关参量进行快速检测，以便更迅速、全面地评定整机性能。该设备具有操作方便、人眼安全等特点。