水平式激光发射系统指向误差的修正

　　1　引　言

　　激光发射系统指向精度是指出射激光光束对准预定目标的精确程度,出射光束的指向精度即为系统的指向精度,出射光束的指向误差即为系统的指向误差。传统激光发射系统大多采用地平式跟瞄系统,激光有效作用距离一般为几至几十千米,要求系统的指向精度为十几至几十秒,这种系统指向精度由光机结构的装调精度即可保证。对于作用距离更远的激光发射系统,为提高其指向精度,通常采用复合轴结构及自适应光学系统。目前尚未见有利用指向误差修正模型来提高激光发射系统指向精度的报道[1-6]。

　　本文涉及的激光发射系统首次采用水平式光电经纬仪跟瞄系统。该系统工作范围主要在天顶区域,作用距离为几百千米,因此仅靠装调方法难于保证系统的指向精度,而采用复合轴结构及自适应光学系统必然使研发成本成倍增加,因此提出建立指向误差的修正模型来提高系统的指向精度。

　　对于传统的光电经纬仪,指向误差修正方法已较为成熟,主要有单项差法、球谐函数法和坐标变换法[7-12],但上述方法并不适于修正激光发射系统指向误差,这是由于二者的光机结构有所差别。传统的光电经纬仪其激光器及光学系统全部安装于纬轴芯部结构内(地平式则为俯仰轴芯部结构),轴系误差并没有耦合进光学系统内部。本文激光发射系统将激光器移至基座上,通过置于跟踪架内的各反射镜将激光器所发射激光导出(光机结构见2节)。因此该系统轴系误差已耦合进激光发射光路,传统的误差修正方法已不再适用于该系统。

　　本文首次借鉴单项差法及坐标变换法思想,将激光器所发激光看作一单位矢量并借助矢量旋转与坐标变换,分别得出由每项轴系误差引起的系统指向误差,然后将各项误差线性叠加获得系统总指向误差的数学模型,结合电视跟踪系统所测量的激光束指向误差,得出模型中各待定系数,最后采用该模型修正本文激光发射系统指向误差,提高系统的指向精度。

　　2　系统结构及误差源分析

　　本文以水平式激光发射系统为对象,研究轴系误差对系统指向精度的影响。该系统结构图与光路图如图1,2所示,激光器发射激光,经反射镜1,2后,光束进入库德光路,最后经反射镜7,8及扩束系统射出。

　　其中轴系误差主要存在以下几个误差源:

　　(1)入射光轴与经轴回转轴不同轴带来的误差;

　　(2)纬轴与经轴不垂直带来的误差;

　　(3)经轴倾斜带来的误差;

　　(4)由反射镜6~8装调误差引起的照准轴误差。

　　由于对光路现有装调方法的局限性,使得激光器、反射镜7,8的安装误差很难控制在很小的范围内,由此导致入射光轴及照准轴误差往往高于其它误差(如编码器误差、脱靶量滞后差等)一个数量级,因此综合分析轴系误差对系统指向精度的影响显得尤为重要。