[发明专利]一种脉冲激光器远场光轴稳定性检测方法

摘要

本发明公开了一种脉冲激光器远场光轴稳定性检测方法，首先通过显示控制系统进行采集设置，设置好激光脉冲周期、拍摄张数，通过转台系统调整整个系统的方位，对准靶标，显示控制系统开始采集图像；通过光学系统采集到的光斑图像张数达到预设的拍摄张数后，采集结束；对采集的光斑图像进行分析，从而得到激光器光轴的稳定性信息。本发明解决了同步采集激光光斑图像的问题，使得采集系统能够自动、实时、完整的采集到连续光斑图像。

主权项

一种脉冲激光器远场光轴稳定性检测方法，其特征在于步骤如下：第一步，通过显示控制系统进行采集设置，设置好激光脉冲周期、拍摄张数，通过转台系统调整整个系统的方位，对准靶标，显示控制系统开始采集图像；第二步，激光经远场传输后在漫反射靶标形成激光光斑，光学系统收集被漫反射靶标反射出的激光能量，通过APD探测器实时检测激光脉冲的发生时间，并输出实时响应脉冲；已知激光脉冲频率，预计临近的下一个激光脉冲到达光学系统的时间，利用FPGA电路板对APD探测器输出的响应脉冲进行延时，并使得延时脉冲能精确的在下一个激光脉冲到来之前产生；利用延时脉冲触发近红外CCD相机成像，采集到下一个到来的激光脉冲的光斑图像，传输给显示控制系统，当采集到的光斑图像张数达到预设的拍摄张数后，采集结束；第三步，对采集的光斑图像进行分析，首先，先对图像进行预处理，即区域选择、中值滤波、开闭运算、边缘提取，以减小背景的干扰、大气扰动的影响、CCD固有噪声的影响；其次，预处理后根据近红外CCD相机所得到图像各像素点的灰度不同，计算光斑的重心，即强度中心；再次，用最小二乘法圆拟合算法来进行光斑拟合，计算单张光斑图像的形心，即几何中心；最后，计算得到连续拍摄的一组光斑图像的几何、强度中心后，生成相应的折线图，横坐标为图形序号，纵坐标为光斑的几何中心或强度中心坐标的X值或Y值，通过显示控制系统显示出来，可以反映出光斑几何中心或强度中心在水平方向或垂直方向的变化趋势，并计算一组光斑图像几何、强度中心的标准偏差、平均偏差以及偏离的平均角度，若小于所允许的最大值，则符合激光器的稳定性要求，若大于所允许的最大值，则不符合激光器的稳定性要求，从而得到激光器光轴的稳定性信息；所述光学系统包括APD探测器对应光学镜头、近红外CCD相机对应光学镜头，该两个光学镜头同光轴，其中近红外CCD相机对应光学镜头的焦距确定方法为：设光斑半径为R，接收物镜焦距为f，光斑在靶标上的半径为H，靶标与接收物镜间距离为l，光斑稳定时，由成像关系可知：H=fRl]]>光斑抖动时，由新的成像关系可知，新光斑的半径范围H1及H2：H1=f(R-ΔR)l]]>H2=f(R+ΔR)l]]>ΔR是指光斑抖动的量，则光斑在近红外CCD相机靶面上的移动距离ΔH为：ΔH=fΔRl]]>光斑在近红外CCD相机靶面上的移动像素数cnt为：cnt=ΔHa=fΔRal]]>上式中，a为近红外CCD相机的单像元边长；设激光器发散角为θ，靶标为边长为A的正方形，激光发射系统到靶标的距离为L，光斑最大抖动角度为β，则由以上分析可知，各项参数间的关系应满足下列几式：(β+θ2)×10-3×L<12×lXf<12×A]]>(β+θ2)×10-3×L<12×lYf<12×A]]>cnt=fΔRal=fLΔθal≥n]]>上式中X、Y分别是近红外CCD相机靶面的长和宽，n为靶标上光斑每抖动Δθ，近红外CCD相机靶面上对应的移动像素数，a为相机单像元边长；由以上三式，可得焦距应满足：设X≥Y，f≥nalLΔθ]]>θ为激光器的发散角，且θ的最大值为0.5mrad，n为整数。