LAR64定向脉冲激光接收器测试系统

LAR64定向脉冲激光接收器测试系统

图1 位于旋转台上的LAR64测试系统

基本信息

定向脉冲激光接收器有一系列应用：激光导引头、激光雷达、光通信系统、激光跟踪器和激光测距机。这些定向接收器的任务是检测脉冲激光照射的靶标，通常由以下模块组成：高灵敏度离散探测器（在应用于激光导引头时为象限光电二极管）、光学物镜、信号处理电子设备和机械外壳。有时激光接收器与轴对准装置或激光发射器配合，有时与激光导引头一样是个独立的装置。

它是一种通用测试系统，可供民用用户（测试LRF、激光跟踪器、激光雷达）和军用用户（激光导引头）使用。因此数据表是通用的，一些功能对第一组客户有效的，对第二组或相反组的客户无效。

工作原理

LAR64系统是一种激光点投影仪，模拟由具有可变辐射度、时间和空间特性的脉冲激光辐射照射的靶标：

1.辐射度参数：被测接收器光学平面的峰值辐照度（靶标平面的峰值辐射强度），

2.时间参数：脉冲宽度、脉冲重复频率，

3.空间参数：靶标角度大小、靶标角度位置。

峰值辐照度的调节通过激光源峰值功率的电子调节、电动步进衰减器和可变尺寸靶标的融合实现。时间特性的调节通过激光源的直接电子调节完成，靶标角度大小的调节用精确定义光学物镜所见区域的电动机械靶标完成。靶标角位置的调节通过将LAR64系统放置在旋转台上实现。

与L64系统的对比

LAR64系统提供了类似的测试功能，如Inframet近十年来提供的较老、成熟的L64系统编码。然而，有三个主要区别：

1） L64使用更大的反射式平行光管，LAR64使用小的折射平行光管；

2） L64系统的平行光管静止，待测接收器位于角载物台上；LAL64通过旋转自身来模拟空间动态靶标，因为LAL64系统位于角载物台上；

3） LAR64系统比L64系统小得多。

设计理念

LAR64测试系统由一组模块组成：LS64光源、OMLAR64光学模块、CLT730折射式平行光管、载物台、L64控制程序、笔记本电脑。LS64光源是L64测试系统的主要模块。该光源能够从平行光管输出光脉冲，光脉冲的脉冲重复频率可以响应内部或外部的光/电同步信号，且辐射出射率可以调节。发射的光脉冲通过OMLAR64光学模块传输，该模块负责平行光管输出处辐射出射的均匀性和激光源表观尺寸的调节。最后，利用CLT折射平行光管将脉冲光源的光斑投射到被测激光接收器的方向上。

Inframet还可以提供可选的参考轴对准相机，以实现接收器参考机械轴的轴对准。

输出模式

典型的LAR64系统可以生成工作在PRF（脉冲重复频率）模式下的激光光源的脉冲图像。在这种模式下，该系统发射恒定频率的光脉冲。应注意发射频率可以由LAR64系统的用户在较宽范围内调节，但当系统开始发射激光脉冲时，频率恒定。

系统可以使用三种同步模式工作：

1. 内部电触发（自由运行）-脉冲在按下启动按钮后发射，发射直到按下停止按钮；

2. 外部电触发发射多脉冲或单脉冲；

3. 外部光信号触发发射多脉冲或单脉冲。

该系统提供了非常高的脉冲重复频率调节精度，这一特性在定向激光接收器的大多数应用中至关重要。

测试能力

LAR64系统基本上是可以模拟调节时间-空间特性的激光脉冲光源。LAR64系统不分析被测定向激光接收器产生的输出信号，需要用户自己进行相关分析。通过分析测试的定向激光接收器对LAR64系统投影的一系列脉冲图像的反应，可以进行以下测试：

1. 接收器灵敏度的测量（检查在LAR64出口处仍然可被测试的激光接收器检测到的最小输出辐照度是多少）；

2. 基本性能测试：激光接收器对手动调节特性的模拟激光源的反应：脉冲功率、时间特性（PRF、脉冲时间宽度）、角度大小和角度位置；

3. 先进的性能测试：激光接收器对自动调节源特性（脉冲功率、时间特性（PRF、脉冲时间宽度）、角度大小和角位置）。在这种情况下，该系统可以真实地模拟位于可变距离（较短的距离-较强的峰值脉冲功率和较大的角尺寸）的激光光斑。

轴对准能力

定向激光接收器的设计各不相同。所有的LIDAR和部分的LRFs配备了外部成像轴对准设备（可见光相机、热像仪），而当激光导引头和一些LRF被用作没有成像轴对准工具的独立设备时，会产生一些问题。

来自第一组的激光接收器具有两个光轴：

1. 激光接收器的光轴（穿过检测器中心和光学物镜中心的轴）

2. 轴对准装置的视线，如VIS相机或热像仪

这种激光接收器的轴对准测试的目的是测量这两个轴之间的角度，然后将该角度减小到零（或其他所需角度）。

来自第二组的激光接收器也具有两个轴：

1. 激光接收器的光轴（穿过检测器中心和光学物镜中心的轴）

2. 接收器的参考机械轴。

基准机械轴是安装在圆柱形机械外壳内的接收器的对称轴，或者是平行于基准机械导轨的轴，或者可以是垂直于接收器外壳前壁上的基准机械平面轴。

这种非成像激光接收器的轴对准测试的目的是测量这两个轴之间的角度，并且通常还将该角度几乎减小到零。

LAR64能够对两组激光接收器进行轴对准测试。

为了实现成像激光接收器的轴对准测试，LAR不仅投影1060nm波段的脉冲激光光斑的图像，而且投影可见光波段的该靶标光斑的图像。因此当接收器获得最大信号时，可以检查轴对准装置的视线是否指示可见激光靶标的角位置中心。

如果要测试非成像激光接收器，那么Inframet提供具有与光轴相同的机械轴的特殊可见相机。该专用相机用于通过四个步骤检查受试接收器的机械轴是否与其光轴一致：

1. 被测接收器固定在工作平台上。

2. 通过LAR64调节模拟靶标的角位置，以实现来自离散检测器的最大信号，

3. 被测接收器由参考相机代替。参考视轴相机固定在与实际接收器相同的位置。

4. 如果接收器的光轴与其机械轴平行，则相机的瞄准标记指示在可见光波段看到的模拟靶标的中心。

注意：用于轴对准参考机械轴的参考轴对准相机是一个可选块。只有当客户交付测试接收器的机械图纸时，才能交付。

根据待测接收器校准LAR64

建议与CLT730平行光管的直径相比，测试接收器的光学器件至少小10%。当根据测试接收器对齐LAR64时，建议遵循两条规则：

1. CLT730平行光管的光学器件应与被测接收器的光学器件在同一轴上，

2. LAR64的光学器件与被测接收器的光学器件之间的距离应较短（建议距离在50mm以下）。

当LAR64旋转以模拟模拟激光光斑的可变位置时，短距离尤为重要。为了能够更容易地将UUT设置在相对于CLT730平行光管的适当位置，我们提供了特殊的圆形适配器（带轨道平台的版本）。

注意：LAR64测试系统在测试光学器件大于其自身光学器件的接收器时也可以正常工作。然而，在这种情况下，应更改辐射定标。请将此类非典型案例告知Inframet。

技术规格

LAR64系统可以以一系列不同设计和不同测试能力的版本的形式交付。以下是最先进版本的技术规范。

表1 最先进版本LAR64测试系统的技术规格

1使用25mm孔径在中心直径60mm处测量

注意：随着LAR64的开发，规格可能会发生变化。

版本配置

LAR64工作系统可以以一系列不同设计和不同测试能力的版本的形式交付。表1中给出的规格是指编码为LAR64XD版本的最先进的典型版本（在PRF模式下工作）。该工作系统可选择提供多种不同测试功能版本：

1.LAR64XD：最先进的版本，能够在典型的PRF模式下工作。第9节中的技术细节。这是用于扩展测试在PRF模式下工作的典型定向激光接收器的推荐版本。

2.LAR64XC：大多数功能与LAR64XD相同，但没有根据预先编程的时间轨迹（模拟可变距离场景）随时间自动连续调节激光源特性（脉冲峰值功率、重频、靶标角尺寸、靶标角位置）。使用所有光源属性的控制软件进行手动调节仍然是可能的。

3.LAR64XB：与LAR64XC一样，但仅模拟空间静态脉冲光源（不调节光源角位置）。

4.LAR64XA：与LAR64XB相同，但除此之外，平行光管输出处的最大辐射出射限制为0.4 mW/cm2。这是推荐用于定向激光接收器的基本检查（灵敏度）的低成本版本。

可选项

大多数定向激光接收器工作在脉冲重复频率模式下。然而，一些这样的接收机可以在PIM（脉冲间隔调制）模式下工作。因此，Inframet也提供了可选的LAR64系统，能够在PIM（脉冲间隔调制）模式下工作。有无数种可能的PIM代码可用于不同的应用程序。因此，客户应告知Inframet所需代码的编号和详细信息。有两个可选项：

1. 客户需要固定数量的预定义代码（代码数量不超过20）。Inframet提供软件，用户可以选择用于发射光脉冲的代码。

2. Inframet提供的软件工具使用户能够定义大量PIM代码。用户应告知Inframet用于创建PIM代码的数学公式以及调节参数的限制。

因此，有两种可选版本能够在PIM模式下工作：

Y1–Inframet提供软件，用户可以选择用于发射光脉冲的代码（代码数量不超过20）。

Y2–Inframet提供的软件工具使用户能够定义大量PIM代码。用户应告知Inframet用于创建PIM代码的数学公式以及调节参数的限制。

请添加选项的代码，示例：LAR64XD-Y2表示带有选项Y2的LAR64XD工作系统。

总结

LAR64测试系统是一个功能强大的测试系统，用于测试工作在1064nm光谱带（或其他波长）的定向激光接收器。它能够在实验室条件下进行扩展测试，并收集有关被测接收器性能的信息，通常只有在经过漫长而昂贵的现场测试后才能获得。

主要特点：

1. 当典型的测试系统在发射10kHz以上和10Hz以下的PRF脉冲时，LAR64提供了几乎从1Hz到20kHz的PRF的宽范围调节。

2. LAR64系统产生的峰值功率脉冲可以在非常宽的范围内调节。典型的动态调节至少为400000次。平行光管输出的最大辐射出射率可以高达40mW/cm2。当从接收器到被照射靶标的距离从几十公里到几百米不等时，这种高动态调节与高最大功率相结合，能够真实地模拟真实场景。应该注意的是，竞争对手系统提供的模拟源的功率的动态调节通常不超过500次，并且这些系统不能模拟高辐照度靶标。

3. LAR64能够在典型测试系统产生固定脉冲宽度（通常约20ns）的脉冲的情况下，将脉冲宽度调节在10ns至500ns的超宽范围内。

4. 超高PRF稳定性。LAR64能够以1µs的调节分辨率调节脉冲周期。实现了非常低的频率调节最大误差：发射脉冲周期与调节分辨率（光栅）之比等于自然数的频率为0.0001%（几乎所有应用），或其他频率为频率的0.00001%（Hz）。这种超低容差很重要，因为它能够在不失去接收器和外部发射器之间同步的情况下进行长时间测试。

5. 分辨率为1ns的超精密脉冲宽度调节。典型的系统能够以不优于5ns的分辨率调节脉冲时间宽度。

6. 能够将接收器光轴精确对准参考光轴（如果使用轴对准装置的轴）或接收器的参考机械轴/平面。

7. 能够测试激光接收器对具有自动调节的源特性（脉冲功率、时间特性（PRF、脉冲时间宽度、PIM）、角尺寸、，和角位置）。在这种情况下，系统可以真实地模拟距离源接收器随时间变化的场景（较短的距离-较强的峰值脉冲功率和较大的角尺寸）。

8. 可选择在PIM模式下工作。Inframet提供的软件允许用户定义大量PIM代码。

对于定向脉冲激光接收器的许多应用来说，这八个在典型测试系统中不满足的特性是极其重要的。因为它们能够在实验室条件下逼真地模拟复杂的现场场景。总之，LAR64系统代表了用于测试激光接收机的新一代测试系统。它的性能大大超过了市场上其他商业测试系统的性能。