一种适用于机载光电观瞄系统的在线校轴装置及方法与流程

本发明属于机载光电技术领域，是一种适用于机载多光轴光电观瞄系统在线光轴平行性检测和校准的装置及方法。

背景技术：

光电观瞄系统作为飞机平台的重要任务设备，在区域巡逻、搜救、地理测绘等任务中起着举足轻重的作用。随着光电探测技术的不断发展，光电系统内部集成可见光传感器、红外传感器、激光测距/照射器等多任务光电传感器，为载机执行复杂空中任务提供了可能。与此同时，高低温和振动等环境因素给多光轴光电系统光轴稳定性带来了很大压力，为了提高光电系统任务执行效能，必须确保各个传感器光轴平行性一致。

目前，多光轴光电系统是通过一套辅助光轴校准设备(平行光管)进行光轴平行性检测和校准，该方法只能在实验室或者室内进行，对外界条件有较高要求。并且光轴校准设备复杂，体积重量大，校准过程繁琐，很难满足光电系统外场光轴校准需求，增加了外场维护人员的工作负担。同时，在载机飞行过程中，高低温和强振动环境给光电系统光轴平行性带来很大风险，对光电系统材料强度和装调工艺要求较高。目前传统校轴方法不能实时在线对光电系统进行光轴平行性检查和校准，必然会带来上述环境因素对光电系统光轴平行性的影响。

技术实现要素：

为了解决现有方法在多光轴光电系统校轴方面存在的缺陷，本发明提出一种在线校轴的装置及方法，可以在执行任务过程中实时对光电系统光轴平行性进行确认和校准，减小了在高低温和强振动环境下材料变形和装调工艺不佳带来的光轴平行性误差，极大程度提高光电系统任务执行效能。同时设备结构轻便，校轴过程简单易操作，提高了光电系统外场光轴平行性维护效率。

本发明的技术方案为：

所述一种适用于机载光电观瞄系统的在线校轴装置，其特征在于：包括光电转塔、操控手柄和数据处理模块；

所述光电转塔中集成了可见光传感器、近红外传感器、短波红外光斑探测器、中波红外探测器、激光测距/照射器；其中短波红外光斑探测器探测波段与激光测距/照射器的工作波段一致；

所述操控手柄能够调整光电转塔中探测设备光轴；

所述数据处理模块接收短波红外光斑探测器画面图像数据，并能够计算出短波红外光斑探测器画面图像中光斑质心位置和目标中心位置，并依据短波红外光斑探测器画面图像中光斑质心位置和目标中心位置计算误差，根据误差调整需要校轴的光电传感器光轴。

所述一种适用于机载光电观瞄系统的在线校轴方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：机载光电观瞄系统进行任务中，首先进入校轴模式，在机内主显示器上显示需要校轴的光电传感器画面，在主显示器一角显示短波红外光斑探测器画面；并给激光测距/照射器上电；

步骤2：在主画面中寻找某一目标，利用操控手柄将主画面十字分划线按压在目标上并跟踪锁定，进行激光照射；

步骤3：观察小画面中光斑位置是否与锁定目标位置重合，如果重合，退出校轴模式，完成光轴检查；如果不重合，则根据光斑强度检测算法计算出光斑质心(x1,y1)，然后利用图像特征算法算出目标中心位置(x2,y2)，将光斑质心位置与目标中心位置作差得到(x2-x1,y2-y1)，以此误差对当前需要校轴的光电传感器画面十字分划线进行调整，使得激光测距/照射器光轴与当前需要校轴的光电传感器光轴平行；

步骤4：退出校轴模式，自动保存调整后的十字分划线位置，实现当前传感器光轴校准；

步骤5：重复步骤2和步骤3，使可见光传感器、近红外传感器、短波红外光斑探测器、中波红外探测器的光轴与激光测距/照射器光轴平行。

有益效果

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(一)本发明的光电系统在线校轴方法可以在光电观瞄系统执行任务中实现在线校轴，减轻载机飞行当中高低温和振动环境对系统光轴稳定性的影响，提高系统激光指示和地理定位精度。

(二)本发明的光电系统在线校轴方法不需要额外的辅助校准设备，且操作方便，大大减轻了光电设备操纵员和地面维护人员的压力。

(三)本发明的光电系统在线校轴方法可以实现自动光轴校准，相比手动校准方法，校准精度更高。

(四)本发明的光电系统在线校轴方法和装置，具有较强的通用性和工程应用价值。

附图说明

图1是本发明方法的工作流程图。

图2是本发明的光电观瞄系统在线校轴系统示意图。

图3是主画面传感器光轴与激光测距/照射器光轴校准示意图。

具体实施方式

为了减轻多光轴光电观瞄系统在高低温、振动环境下的光轴稳定性压力，本发明实际上在光电装置内增加一个短波红外探测器，通过目标特征提取和图像处理技术，实现光电观瞄系统在线自动光轴校准。与传统平行光管校轴方法相比，本发明具有装置结构简单，操作使用方便等特点，十分适合光电装置外场维护时使用。通过在线校轴方法，可以提高光电系统地理定位精度，降低飞机振动和高低温环境对光轴稳定性带来的风险。本方法可以应用于多种光电观瞄系统，通用性强。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述。

本发明实施例是针对机载多谱段多光轴光电观瞄系统提出的在线自动校轴方法和装置。校准装置包括：光电稳瞄转塔1、电子处理单元2、操控手柄3；其中光电稳瞄转塔集成了可见光观瞄具4、近红外观瞄具5、中波红外观瞄具6、激光测距/照射器7、短波红外光斑监测器8，其中近红外观瞄具5与短波红外光斑监测器8采用共光路设计，装置结构原理图如图2所示。

光电稳瞄系统在线自动校轴方法的实施流程如图1所示，具体包含以下步骤：

步骤1：光电稳瞄系统跟随载机在空中执行任务时，能够在线进入校轴模式，如图3所示。在主画面9右上角出现短波红外光斑探测器小画面10，此时主画面9为需要校轴的光电传感器画面；并且给激光测距/照射器上电。

步骤2：给激光测距/照射器上电后，在主画面中寻找一特征明显目标11，利用操控手柄将主画面十字分划线12按压在目标11的中心位置上并跟踪锁定，出现跟踪框13，进行激光照射。

步骤3：观察小画面中光斑14位置是否与锁定目标11位置重合，如果重合，退出校轴模式，完成光轴检查；如果不重合，则根据光斑强度检测算法计算出光斑质心(x1,y1)，然后利用图像特征算法算出目标中心位置(x2,y2)，将光斑14质心位置与目标11中心位置作差得到(x2-x1,y2-y1)，根据短波红外光斑监测器视场大小与当前主画面视场大小的比例系数δ，计算出主画面传感器十字分划线调整的像素值δ(x2-x1,y2-y1)，对当前需要校轴的光电传感器画面十字分划线进行调整，使得激光测距/照射器光轴与当前需要校轴的光电传感器光轴平行。

步骤4：退出校轴模式，自动保存调整后的十字分划线位置，实现当前传感器光轴校准。

步骤5：切换主画面为可见光传感器、近红外传感器、短波红外光斑探测器、中波红外探测器画面，然后分别重复步骤2和步骤3，调整传感器十字分划线位置，使上述四个传感器的光轴与激光测距/照射器光轴平行。

技术特征：

技术总结
本发明提出一种适用于机载光电观瞄系统的在线校轴装置及方法，属于机载光电技术领域。为了减轻多光轴光电观瞄系统在高低温、振动环境下的光轴稳定性压力，本发明在光电装置内增加一个短波红外探测器，通过目标特征提取和图像处理技术，实现光电观瞄系统在线自动光轴校准。与传统平行光管校轴方法相比，本发明具有装置结构简单，操作使用方便等特点，十分适合光电装置外场维护时使用。通过在线校轴方法，可以提高光电系统在执行任务中的激光指示和定位精度，降低飞机振动和高低温环境对光轴稳定性带来的风险。本方法可以应用于多种光电观瞄系统，通用性强。

技术研发人员：张宝泉;王惠林;苗双全;陆红强;原琦;刘栋;姜世洲;闫明;陈鸣;周云;常新宇;郑凤翥
受保护的技术使用者：西安应用光学研究所
技术研发日：2019.06.16
技术公布日：2019.09.06