光电跟踪测量仪器的设计及研究现状 2012年 5 月 目录 摘要 ............................................................................................................................... 1 第一章 前言 ................................................................................................................. 1 1.1天文望远镜.............................................................................................................. 1 1.2靶场光测设备.......................................................................................................... 1 1.3光电跟踪仪.............................................................................................................. 1 第二章 光电跟踪测量仪器的整体设计内容 ............................................................. 2 2.1目标信息通道（光、电传感器）的设计.............................................................. 2 2.1.1目标信息通道的配置........................................................................................... 2 2.1.2光学设计............................................................................................................... 2 2.1.3结构设计............................................................................................................... 4 2.1.4记录介质和图像传感器的选择........................................................................... 4 2.1.5图像处理、存储和显示....................................................................................... 4 2.1.6作用距离分析....................................................................................................... 5 2.2跟踪架的设计.......................................................................................................... 5 2.3电控回路的设计...................................................................................................... 5 2.4控制管理的设计...................................................................................................... 6 2.5其它设计内容.......................................................................................................... 6 第三章 光电跟踪测量仪器的光学系统 ..................................................................... 6 3.1应用的光学器件及原理.......................................................................................... 6 3.2探测器的光学系统原理.......................................................................................... 8 第四章 光电跟踪测量仪器的光电传感系统 ............................................................. 8 4.1光电传感系统的基本原理...................................................................................... 8 4.2光电传感系统的国内外研究现状.......................................................................... 9 4.2.1国外研究现状....................................................................................................... 9 4.2.2国内研究现状....................................................................................................... 9 第五章 光电跟踪测量仪器的国内外研究现状 ......................................................... 9 光电跟踪测量仪器的设计及研究现状

1 摘要

光电跟踪测量仪器集合了光机电技术于一体，主要应用航空航天观测设备、武器制导、及靶场光电测量仪器等领域。本文首先详细介绍了光电跟踪测量仪器的整体设计内容，然后主要阐述了其中的光学系统与光电传感系统的基本原理及发展现状，最后简要介绍了光电跟踪测量仪器在一些领域的研究现状。

关键词：光电跟踪测量 光学系统 光电传感系统 第一章 前言

一般光电跟踪测量系统用来实施空间目标的精确位置测量，其广泛应用于制导武器、航空航天观测设备以及靶场光电测量仪器等领域，按其应用领域基本上可以分为以下三类： 1.1天文望远镜

用于天文观测和天文测量，也就是用它来观察和测量天体。天文望远镜一般焦距很长，视场较小，跟踪速度和加速度很小，但测量精度要求很高。 1.2靶场光测设备

主要用于弹道测量，从其发展历史来看，是应靶场弹道测量，特别是火箭、导弹弹道测量的需要形成其独有的一类综合光学精密仪器。最早期的是电影经纬仪，随着现代技术的发展，已经形成了装备有电视、红外、和激光跟踪测量，电影记录的光电跟踪经纬仪。在发展过程中应卫星业务运行和管理的需要，发展出了深空网概念。 这一类仪器焦距较长，视场也不大，跟踪速度和加速度要求愈来愈高，但其跟踪精度和测量精度要求极高。 1.3光电跟踪仪

光电跟踪仪主要用来为火器指示目标，给出目标空间位置信息。由于电子对抗的发展，雷达信号往往受到强有力的干扰，而影响到整个火控系统的有效性，因此愈来愈多的火控系统装置有光电跟踪仪，作为雷达的补充，同时还可以提高对目标指示的精度。 光电跟踪测量仪器的设计及研究现状

2 第二章 光电跟踪测量仪器的整体设计内容

2.1目标信息通道（光、电传感器）的设计 2.1.1目标信息通道的配置 为了适应对各种不同目标的跟踪和测量需要，现代的光电跟踪测量仪器往往配置了多种测量、记录传感器。最典型的有电影摄影记录，电视跟踪测量、红外跟踪测量、激光测距、激光跟踪测量传感器，目视观察望远镜，以及微波测距测速雷达。 在进行方案设计阶段，首先应该根据用户的要求，诸如目标种类，目标、背景和大气的特性，对目标的跟踪测量的作用距离，捕获目标的能力，跟踪测量的精度指标，对测量的实时性要求选择目标信息通道（传感器）的种类和主从排序。如果用户要求以精度为主，配置以摄影记录为主；如果以测量的实时性和自动跟踪为主，则配置以电视测量传感器为主；如果以对低温目标的跟踪测量为主，则配置上以红外(热成像)跟踪测量传感器为主，当然红外传感器还可以分成中红外（3～5m）和长波红外（8～12m）。为了满足单站测量的要求，可以配置激光测距机，由于雷达小型化技术的进步，最近还有用测距测速微波雷达配置到光电跟踪仪器上的趋势。 2.1.2光学设计

光学设计的内容包括：镜头参数选择、望远镜头类型的选择、波长和波长范围的选择、变倍、调光和调焦方案的选择及光路设计。 （1）望远镜头的参数，最主要的有焦距、相对孔径和视场。 测量精度的要求决定了焦距的长短，当测量精度要求很高时，例如摄影记录测量或测量电视最长的焦距可以到达5～10 m，但由于摄影胶片画幅或成像探测器尺寸有限，视场角就会变得很小，因此一般采用1～3 m焦距。而对于连续变倍的捕获电视或红外传感器的望远镜头一般在1 m之内。 焦距过长，相对孔径很难做大，勉强做大了，使得重量和体积急剧的增大，会使整个测量仪器的造价很高。相对孔径确定了望远镜头的集光能力，也就直接影响到跟踪和测量目标的作用距离，摄影记录和跟踪测量电视的相对孔径一般在1/8～1/12。而对于连续变倍的捕获电视或红外传感器的望远镜头的相对孔径一般为1/10～1/3。 视场实际上由所选的胶片画幅大小或是电视成像探测器的尺寸与焦距所确定，一般在10′～40′之间，视场太小会影响跟踪的成功率。而对于连续变倍的捕获电视和红外传感器的视场要来得大，这是由于捕获目标的要求，其视场一般取相应的摄影记录和跟踪测量电视视场的2～3倍。