基于红外目标源的激光测距检测设备的设计与应

飞机光电雷达系统的激光测距器是保证飞机在飞行过程中，激光测距器自动辐射对地测距，飞机平显画面上显示对地距离值，从而保证飞行员完成对地目标攻击任务。当光电雷达系统故障时，受地面地形变化及机身角度影响，距离值出现偏差，影响目标攻击准确度，甚至可能影响对地攻击最佳发射时机，无法完成精确打击。飞机光电雷达系统工作正常与否，直接影响到飞机作战性能。为实现对飞机光电雷达系统的工作状态进行检测，开展飞机激光测距地面检测设备的设计及工程应用意义重大，有利于在地面维护过程中，模拟飞机空中工作环境，快速地诊断系统产品性能和排除故障，提高系统工作可靠性，保证飞机的作战性能。

1 设计需求

激光测距地面检测设备用于模拟红外目标源，配合飞机机载光电雷达对红外目标源进行截获，截获稳定后辐射激光，激光测距器将距离值返回给机载火控计算机，从而完成对机载光电雷达系统的激光测距器性能检测。

2 设计方案

2.1 总体设计

检测设备主要通过模拟飞机空中测距，在地面一定距离范围内给光电雷达红外目标进行截获，截获稳定后，辐射激光测距，从而实现地面对光电雷达截获性能以及激光测距器测距性能检测，检测示意图如图1 所示。图中1 表示直径一定、中间带有红外目标源的靶板，2 表示飞机机载光电雷达，3 表示飞机与靶板的直接距离，4 表示靶板距离地面距离与飞机光电雷达距离地面距离应保持高度一致。

图1 检测示意图

2.2 靶板尺寸及放置测试距离分析及设计

2.2.1 靶板尺寸

靶板设计时要既考虑到光电雷达截获红外目标源时，激光测距器发出的激光在靶板上，如果激光辐射点不在靶板上，将无反射光回系统，则无测距，另外又要考虑轻巧合适，方便飞机调试人员操作使用。

根据红外轴与激光轴的平行度要求1′，换算成弧度为0.29mrad，光电雷达距离靶板为350 m，利用三角函数计算得出靶板边长至少为20.36 cm，所以最终设计靶板边长为20.32 cm（8 英寸）。

2.2.2 靶板放置测试距离

靶板放置距离既要保证激光测距器能测距，又要保证反射回来的激光不会因为功率过高而将接收部件的探测器损坏。

根据光电雷达激光测距器接收部件测距指标参数，由于回波信号强度比源信号微弱（其衰减程度与被测距离的平方成正比），如果测距距离比较接近，信号处理系统将很难分辨2 个脉冲，因此测距目标至少要放在300 m 以外。

根据测距公式：

式中：

Pt——发射峰值功率（W）；

Tt——发射光学透过率；

Tr——接收光学透过率；

Tf——滤光片的透过率；

Tα——大气单程透过率（V 大气能见度距离，km）；

ρ——目标漫反射系数；

Ωt——束散角，rad；

Pr——探测器的峰值功率（灵敏度），W；

Ao——目标面积；

y ＝目标面积/光斑面积≤1，cosφ，φ 为目标法线与激光的夹角，一般取零度，正入射。

根据测距公式，激光测距器输出能量为130 mJ，扩束系统扩束3 倍，探测器面积1.33×10-6m2，目标直径为20 cm，目标反射率0.2～0.3，测距时大气能见度取3 km，发射光学透过率为0.85，接收光学透过率为0.85，滤光片的透过率为0.9，取测距距离R 为0.35 km，根据测距公式算出到达探测器时的峰值功率为7.5×10-6W，大于探测器最低灵敏度1.26×10-6W，能被测距器探测到，且小于探测器损伤阈值，不会损伤探测器，一般探测器损伤阈值在毫瓦级别。

综上分析，靶板放置在（350±50）m 位置激光测距器能对其进行测距，且靶板反射系数为0.2。

2.3 检测设备构建

2.3.1 红外目标源

红外目标源要包含（3～5）微米波长，满足机载多种型号光电雷达截获要求，选取红外灯泡（220 V/50 W）。

2.3.2 靶板（特质反射板）

根据靶板尺寸及放置测试距离分析及设计，选择用铝板制作直径为20.32 cm 的圆形板，中间预留直径为6.5 cm 的小孔，红外目标源的光从小孔中透过，示意图如图2 所示。铝板表面进行漫反射处理，通过磨砂或者喷覆消光漆，表面不能发生镜面反射，主要是为了防止激光反射光太强，将光电探测器烧坏。

文章来源：《设备管理与维修》 网址: http://www.sbglywx.cn/qikandaodu/2021/0201/893.html