激光测距机主要参数校准测量不确定度分析
激光测距机主要参数校准测量不确定度分析
作者:杨冶平;杨照金;侯民
激光测距仪机是激光技术在军事上获得最广泛应用的一种装备, 它能迅速、准确地给出目标的距离数据, 敌对双方都利用这一点来提高战场上最大有效作用距离下的武器装备首发命中概率。
激光测距机作为军用产品, 依据其作用及类别有许多技战术指标, 但最主要的基本性能评价参数可归纳为: 最大测程、最小测程、测距准确度、重复频率、束散角。利用这 5 个参数可建立不受室内、外界条件影响的客观校准装置。它们主要用于已装备部队的、正在研制和生产的激光测距机及其检测仪器的校准, 统一各参数量值, 规范校准方法, 以及校准和量传工作的开展。
本文介绍了该校准装置的组成, 并对主要参数的校准测量不确定度进行分析。
1.激光测距机校准装置的组成
在调研分析的基础上, 拟用 4 套装置对激光测距机 5 个参数实现校准, 主要包括:
(1)测程校准分系统;
(2)测距准确度校准分系统;
(3)束散角校准分系统;
(4)重复频率校准分系统。
2.测量不确定度分析
测量不确定度是对测量结果质量的定量表征,测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小[2 ]。所以, 当我们研制测量标准时, 必须要评定标准装置的测量不确定度, 评价仪器装置是否达标。
2. 1 距离校准不确定度分析
测量不确定度的主要因素有:
1)光纤距离L 0 校准不确定度分量;
2)光纤折射率 n 测量不确定度分量。
由于L 0 和 n 都是预先经过鉴定的, 证书给出了测量的不确定度, 所以按B 类不确定度评定。
2. 2 消光比校准不确定度分析
测程校准的关键是消光比测量的不确定度。经计算分析可见, 影响消光比测量的主要不确定度源及其大小数据可以看出, u (S 1 ) 衰减器不确定度(包括衰减器的标定、定位和量化影响)、u (S 4 ) 时序增益检测的衰减不确定度 (包括衰减器的标定、定位和量化等影响, 脉冲延时不确定度等电器方面的影响, 模拟激光器功率不稳定性直接造成消光比测量的不确定度) 是其中最主要的两个不确定度源。只要严格控制好表 1 中的各个不确定度分量,就可以确保消光比 S 的测量不确定度控制在0. 35 dB 以内。
2. 3 束散角校准不确定度
聚焦光束测量法的校准不确定度主要取决于CCD 的空间分辨率及其光斑尺寸处理不确定度。从公式 Η= d 1 出发, 以发散角 1 m rad 为例, 当选取透镜焦距 f = 500 mm , CCD 空间分辨率及其光斑尺寸处理的不确定度为 10 Λm 时, 束散角的校准不确定度可做到 4%。
2. 4 重复频率校准不确定度
重复频率校准实际上是时间间隔的校准, 以5 H z 和 50 H z 重复频率校准为例, 其脉冲时间间隔分别为 200 m s 和 20 m s。现在快速脉冲测量的分辨率可达 n s 和 p s 量级, 故利用一般频率计即可达到校准要求。
3 结束语
通过对实验测量结果的不确定度分析, 本校准装置已达到规定的主要技术指标, 能满足各类激光测距机室内校准和现场校准的需要, 能对激光测距机的综合性能进行准确的评估, 具有极大的推广价值。
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