装甲车辆激光测距仪测距性能分析
装甲车辆激光测距仪测距性能分析
作者:徐海峰;隋鑫;张志平
一、引言
众所周知,无论是装甲车辆上的火炮还是机枪,要想对目标实施有效打击,影响命中精度的众多因素中,距离信息是至关重要的。传统的目测距离以及光学分划测距,往往由于所测距离与实际值差距较大,而使首发命中率降低。随着上世纪 60年代激光的问世,现在用激光测距仪测距已经成为各种装甲车辆及众多武器的主要测距方式。激光测距仪主要应用激光的方向性好(发散角小)、能量大、抗背景干扰强等特点,实现对目标的点对点测距。激光测距仪主要由激光器、激光发射光学系统、激光接收光学系统、放大器、电源计数器等组成。激光器主要产生测距用激光脉冲,现装甲车辆上多采用掺钕离子的钇铝石榴石晶体作为工作物质的固体激光器;激光发射光学系统为一望远系统,主要起到压缩激光发散角,实现点对点测距;激光接收光学系统主要为一凸透镜,使接收到的激光束汇聚到雪崩管上,实现激光信号探测接收,完成光信号到电信号的转换;放大器主要由放大电路及整形电路等组成,实现微弱信号的放大,以推动计数器工作;电源计数器一般由各种电源电路、高压充电及控制电路、逻辑计数电路、显示译码电路等组成,其作用主要是为各部提供电源,完成测距计数并译码显示。其基本工作原理是通过电源计数器记录激光往返己方与目标的时间 t,利用 S=C×t / 2(S 为距离,C 为光速),得出目标距离。时间 t 往往利用记录石英晶体振荡器产生的脉冲个数 n 获得。已知光速C 为 3×108 米/秒,如果石英晶体振荡器的频率 f 为 15 兆赫,则S=C×t/2 =(C×n/f)/2= S=[3×108×n/(15×106)]/2=10n,即记录多少脉冲个数,实际距离为记录脉冲个数的十倍。
二、激光测距仪主要技术性能
目前,应用在装甲车辆上的激光测距仪型号、种类较多,技术性能也随技术发展不断提高,但主要技术性能基本差异不大,均本着满足装甲车辆测距而设计。纵观各款激光测距仪,其主要技术性能大体为:测距范围 200 ~ 5000 米左右,测距精度10 米,激光发散角为 1 毫弧度左右,纵向分辨率 50 米,重复测距频率为每分钟 10 次,应急测距频率为 3 秒 1 次,准测率为 98%以上,供电电源为 26 伏左右,氙灯充电电压为 600 ~ 900 伏左右,多数测距仪具备多回波测距逻辑功能。由于设计思想的不同,各款测距仪多回波逻辑测距功能差异较大,各有优缺点。
三、激光测距仪多回波测距功能分析
所谓多回波,是指在测距光路中有多个测距回波,如树枝产生的回波,真实目标产生的回波、山脉产生的回波等等。早期激光测距仪计数原理为首目标测距方法,收到回波即关门,所以所测距离为第一个回波距离,如果目标前方有树,则所测距离为树的距离,要想测目标距离,就得移动车辆位置,使目标处于第一个回波位置,显然,这种测距仪应对多回波情形,测距时间较长,需移动车辆,现已多不采用。为了弥补上述激光测距仪的缺陷,有的测距仪在计数电路上做了改进,通过逻辑功能,实现第一个回波回来后不关门,第二个回波或第三个回波回来后再关门,通过档位旋钮实现功能转换,这种测距仪一定程度上解决了多回波测距问题,缺点是档位不可能设置的太多,如档位设置三个,则就测不出第四个回波的距离。
以上两种形式测距仪均为首目标测距方式,但实际应用中,目标往往较远,多为末目标,这样,为快速测出目标距离,有的测距仪采用末位目标计数法,即采用一个加法计数器和一个减法计数器,测距开始后,加法计数器加一计数,相当尺子,减法计数器置成固定数后减一计数(如 800,相当于 8000 米),遇到回波后,减法计数器清回 800,再做减一计数,加法计数器继续加,加法计数器加到 800 后,减法计数器停止,则减剩下的数为最后回波距离。这种计数原理能够测得末回波距离,而要测首回波距离要把第二个回波后的回波过滤掉,测中间回波靠不同的盲区值来调整(所谓盲区即人为设计的不起作用距离,在盲区未过,回波不起作用),一般具备多个首目标档和一个末目标档。也有的为了简化,干脆只设有首末两档。这两种方法比较起来也突出表现为不是麻烦,就是中间回波测不出来。
还有一种测距仪,采用首目标测距法,并把盲区距离做成连续可调,这样通过盲区距离的调节旋钮,把盲区设定成比要测目标距离值小些,这样目标前面的回波即不起作用,也就实现了对目标的测距。这种方式可以测出各种情况下的目标距离,从功能上讲,对多回波测距较为适用。
四、结语
多回波测距功能,是提升测距仪功能的主要手段。各种测距仪各有利弊,功能齐全必然麻烦;功能简单,功能不全。每款测距仪的设计,要么注重使用方便,要么注重功能齐全,都有一定的道理,只要掌握其工作原理和使用方法,定会发挥激光测距仪测距快速准确的优点。
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