无靶板消光比检测仪的光学系统设计

　　0 引言

　　测距能力是反映激光测距机综合性能好坏的最主要指标[1], 对激光测距机测距能力的检测是激光测距机研制、生产、验收和开展维修保障的前提。目前, 激光测距机测距能力的检测方法主要有最大测程法、光纤模拟野外目标测试法和消光比测试法等[2], 但这 3 种方法均存在需要野外靶板、受天候和环境限制、操作复杂、费用昂贵等诸多缺点, 无法满足部队开展激光测距机维修保障的需求。通过对这3 种常用的检测方法进行总结和分析, 提出了一种无靶板消光比检测技术, 并成功研制出基于该技术的激光测距机测距性能检测仪, 实现了全天候条件下快速检测激光测距机的主要性能指标[3], 文中重点对检测仪光学系统的关键技术作进一步探讨。

　　1 检测原理

　　无靶板消光比法检测系统如图1 所示, 被检激光测距机发射激光, 通过可调衰减片组1 后传输到接收光学系统, 再耦合进入光电探测器组件进行功率判断。设激光测距机激光器的发射峰值功率为Pt , 发射光学系统透过率为Kt , 接收光学系统透过率为Kr , 当可调衰减片组1 的衰减倍数为M1 、到达光电探测器的功率为P1 时, 则有:

　　经过电路延时, 激光二极管发射一固定功率为P2的激光回波, 经光学系统及可调衰减片组2, 传输回激光测距机; 通过调整衰减片组2 的衰减倍数M2 , 恰好使测距机的雪崩管刚好能探测到。设At 为检测仪发射窗口面积, Ar 为接收物镜有效接收面积, 则测距机探测器最小可探测功率为:

　　由参考文献[4], 消光比原理中, 系统灵敏度由公式(3)给出:

　　将公式(1)、(2)代入公式(3), 取对数可得:

　　式中: S0 为检测系统固有灵敏度; S1 为检测系统接收光学系统前所加衰减片的分贝数; S2 为检测系统中发射光学系统前所加衰减片的分贝数。

　　从公式( 4) 可知, 无靶板消光比法通过测量测距机的“灵敏度”来反映“测距能力”, 包括激光发射能力和激光接收能力等, 这些指标都是与天候、目标性质等外界条件无关的测距机内在测距能力。其实质是借鉴消光比法, 将测距机的灵敏度测量分成S0 、S1 和S23 部分, 综合计算获得结果, 这样即可实现无靶板和全天候条件下对测距机测距能力的测量。

　　2 检测仪的构造及工作原理

　　为满足部队的使用要求, 检测仪应尽量做到操作易于掌握, 使用方便, 检测速度快, 可靠性高, 其基本构造如图2 所示, 光学系统主要由分光棱镜组、光学聚焦物镜组、光路转折棱镜、反射镜、衰减片、照明系统等组成。