4-46  光学平台微角振动精密测量技术

王  雁

对机动光学平台稳定性的特别关注是因为它是决定光束定向辐射效果的重要因素之一，平台微角振动测量是研究平台稳定性、进行减振控制必不可少的重要环节。平台微角振动测量本质上是一种对空间动态角移的测量，所采用的光学手段是建立在以光的直线传播定律、反射定律和折射定律基础上的几何光学测量方法。该方法将探测光束作为振动信息载体，通过特殊结构的几何光路与精密位置传感器PSD有机结合来达到探测平台动态微角移的目的。

高精度动态角位移测量的实现主要体现在3个重要技术的支撑，即引入了高分辨和快响应的光电位置传感器，在探测敏感面上建立起以光点位置随光束微小角抖动变化的二维动态信息元；运用倍增角敏光学技术解决了平台微小角度短距离探测灵敏度太低的问题，构造出一种共孔径发射与接收的高灵敏光学角放大探测光路系统；采用相关检测技术，减小探测噪声等效带宽，在频域中滤去其它非待测信号的频率成分，将分辨信噪比<1的角移微变信号增量从噪声湮没中提取出来，保证传感器的高分辨性能得到充分发挥，并且技术上通过软件方式实现多通道调幅信号并行锁相解调。为此，平台微角振动信息探测过程中，在不同环节经过特有技术处理完成了信号的3种分离，即线振动与角振动信号的分离、绕3个坐标轴转动信号的分离以及有用信号与噪声信号的分离。

平台微角振动数据采集借助于配套的应用软件由计算机完成各种有关时域、频域和统计等多类型多参数的振动分析，进而获得对平台振动状况和结构传递特性的定量认识，并为平台动力学环境的改善以及平台致稳控制的研究提供必要的设计依据与技术支持。

理论分析和实验研究表明，该测量系统动态性能取决于传感器及处理电路的动态性能；测量精度取决于传感器位置分辨率、光束偏转灵敏度及探测分辨信噪比的大小；测量动态范围取决于光束偏转灵敏度、传感器聚焦透镜焦距及传感器光敏面的尺寸大小。