脉冲激光测距机测程指标的自动快速检测

引　言

如何简单、准确、定量地检测脉冲激光测距机的技术指标——测程,是研制、生产和验收脉冲激光测距机(以下简称“测距机”)的难题。目前国内外普遍采用的500m大目标靶进行实测的消光比检测法(简称“消光法”)[1～3],较好地解决了这一问题。但随着光电技术的发展及验收部门的需要,此法还在以下几方面有待改进。

①由于“消光法”需要人工控制、记录、计算,检测效率低,难以满足快速检测修理的要求,检测的自动化、智能化是首要改进的目标。

②在测距机中,为了排除近距离后向散射的假目标干扰,产品的接收系统通常采用AGC、TPG控制电路。它使放大器增益随着测程的增大而增大,只有在7～8μs以后(约相当于距离1 000m以上),放大增益达到最大时,才能体现其最大测距能力。而“消光法”则是针对500m这样一个近距离目标进行检测,势必要采取相应的辅助措施(如打开测距机壳,将控制电路断开),加大了检测难度,可行性和安全性较差。

③尽管消光法对天候适应能力较强,但这是在能见度34km的条件下导出的结论,遇到能见度极低时,则需要对检测数值予以修正。

针对上述三个问题,本文提出一种计算机控制、准激光源模拟大目标靶,进行间接测量的自动、快速、不解体的室内检测法。

1　检测原理

设测距机激光器的发射功率为Pt,发射光学系统透过率为Kt,激光束散角为θ,大气透过率为Kc,接收光学系统透过率为Kr,接收视场角为β,接收器灵敏度为Prmin,接收面积为Ar,目标面积为S,目标反射率为ρ,则最大测程可用下式表达:

对大目标而言,ε=1;对测距机来说β>θ在结构上充分保证α=1。另外,Kc=exp (-rRmax) (r为大气衰减系数),对能见度Vo=34km的晴朗天气下,r每Km为10^-3数量级,则Kc≈1,则(1)式简化为:

K值可以通过测距机的接收面积Ar和ρ=0.85求算出来,Pmax可以通过测量发射出来的激光能量除以激光脉冲宽度求出,Pmin可以通过测量进入测距机接收系统的最小可探测激光功率得出,这样由(5)式便可得到最大测程Rmax。

2　检测方法

检测方法的实现见图1。8031单片机是该控制处理中心。它首先根据被测激光测距机的型号自动选择合适的能量测量量程和延时编码,以保证最佳能量测量精度和测距机接收系统在接收准激光脉冲时处于最大增益状态,并自动生成反映测距机结构参数的K值,留待检测到Pmax、Pmin后计算Rmax时使用。完成这些初始化准备过程后,计算机通过充电触发控制电路使测距机发射系统发出激光,该光束由能量接收电路转换成电压并保持以等待计算机采用。微量的散射光由同步取样器转换成启动脉冲使延时编码电路开始计数,计多少个数由选择的延时编码来决定。计数越多,相当于延时模拟的距离越远,一般设定在2～4km。此时测距机的接收系统处于最大增益状态,即其探测灵敏度最高。它计数满后溢出,产生一个脉冲驱动快速驱动电路工作,便产生一个相应的准激光脉冲,使测距机接收系统接收,此时计算机便从测距机的电信号接口上读得它的译码显示结果。