摘要：随着机载光电雷达使用频次的增加，光学系统透射率、探测器灵敏度等都会严重下降，其探测距离将会与出厂时的指标产生严重偏差，导致在空战中飞行员无法充分了解光电雷达的有效探测距离，进而很难发挥出光电雷达的最佳探测性能。
关键词：机载光电雷达性能测试系统；设计；
利用精密光电延时与激光回波模拟技术相结合的方法实现对测距机测程范围、测距精度、选通范围及精度、距离分辨力等主要性能参数的室内模拟测试。另外，随着光纤技术的发展，采用光纤来模拟消光法中大气距离，实现室内校准，为最大测程的室内模拟测试提供了新的思路。
一、设计原理
根据机载光电雷达的探测原理，为了有效测试出光电雷达的探测距离，需要对目标辐射、大气条件进行模拟通过分析机载光电雷达通常的作用对象，将目标模块分为红外辐射目标、红外反射目标两类分别设计。采用黑体、自适应通光孔和平行光管组合方式来实现。将目标飞机在不同飞行条件、不同观察角度下的辐射量数据作为黑体温度控制的主要依据，通过不断改变其温度，模拟不同条件下的目标辐射特性。考虑到测试系统的便捷性，平行光管选用反射式卡塞格林系统，且平行光管与黑体之间通过加装聚光透镜、偏振片来增强有效光强，提高黑体辐射利用率。辐射衰减模拟主要由衰减片组和伺服控制系统组成。多脉冲激光雷达采用大功率多脉冲激光器，在一个脉冲重复周期内间隔数百微秒对目标实施连续多次的激光脉冲照射。在目标运动距离小于或接近一个“波门”的情况下获得多个脉冲回波，经A／D采样及数字处理器的累加可实现信号积累。这样，多脉冲激光雷达已经演变为数字式激光雷达。数字化的回波处理的架构可应用DSP处理技术对回波处理器的软硬件加以实现，降低检测信噪比，提高目标作用距离。多脉冲激光测距的最大测程消光比测试整体过程与单脉冲模拟激光测距机相似，但需要对相隔数百微秒的多个脉冲加以自动数据记录，并需将测试结果与单脉冲模式相对比分析，以测试数字信号处理器的性能。
二、机载光电雷达性能测试系统的设计
1.测试系统设计指标。自动测试系统主要完成多脉冲激光雷达性能自动检测功能，系统的主要设计指标如下：(1)输入／输出接口、2路RS一422输入／输出接口、通讯波特率范围为1 200～115 200 bps；(2)可以采集能量计的能量值，并完成能量测试；(3)能够设定和显示激光测距机的工作状态包括：脉冲类型、脉冲间隔、脉冲频率和目标距离等信息；(4)系统工作波长：1．57 pm和1．064 pm，光阑小孔直径：0.5～3 mm，能完成在不同波长和孔径下束散角的计算；(5)根据通过衰减能量，对实际目标进行测距，完成最大测程的估算。
2.测试系统总体结构。系统由便携式检测仪、能量计、透镜、衰减片、可变光阑等构成。便携式检测仪由便携式工控机、测试板卡和测试软件组成，在外场和实验室内完成对激光雷达产品的工作状态的控制、实时采集测试数据，进行分析和处理等。系统主要用于对激光雷达产品的性能测试和测试数据的记录分析与后续处理。(1)端口检测：通过I／0数据卡，完成对端口测试信号的检测，并在软件界面上以图形或文字方式显示检测状态。(2)完成对产品工作方式的控制并显示距离工作状态信息；通过总线与激光雷达产品进行按照规定的数据传输协议实现，在软件界面上设置产品的工作模式，接收回传的状态和距离信息并显示。(3)采集测试设备数据并进行数据处理和分析产生报表：通过总线与能量计，采集测试的数据，并进行计算、分析处理，生成报表。(4)性能测试：实现束散角计算，通过衰减能量进行最大测程估算，并完成对固定目标的准测率的计算和能量测试。
3.激光雷达性能测试。测试软件用Visual C++开发，软件采用了多线程技术、串口通信技术和模块化编程思想，使测控软件具有较好的稳定性和可靠性。
测试软件运行后，首先完成端口的检测，并把检测结果在界面上以图形化方式显示。选择进入新一轮测试以后，首先设置本次测试参数，参数设置完以后，首先给能量及发送控制指令，完成能量测试，然后调整光阑参数，完成束散角计算，再进行目标准测率测试，最后，根据测试结果，完成最大测程计算，采集及分析的测试数据可以存储并生成测试报表。能量测试主要完成激光能量最小值、最大值和平均值测试，记录并生成报表。测试软件通过总线和激光能量计通信，采用了通信的API函数来进行串口通信程序设计。测试软件同能量计的通信，主要是通过串口向能量计发送控制指令，然后再采集激光能量计回传得能量值，从能量计读取多个能量值由于针对的是多脉冲激光能量测试，测试软件中采用了一个辅助线程来监视串口是否有能量数据，快速采集出多个能量值，并进行后续处理。系统能量测试流程如下：(1)设定能量测试次数和测试的相关信息；(2)按照设定次数采集能量计回传能量值；(3)分析计算出能量的最小值、最大值和平均值；(4)测试数据显示、保存并生成报表。束散角计算激光发射器发射激光，经过可变光阑，照射至能量计探头，便携式检测仪从能量计读出能量值，经过计算分析得出束散角并存储。束散角计算过程如下：(1)调整好透镜焦距，并记录小孔径和透镜焦距；(2)调整光阑孔径大小，采集能量计的激光能量值w-(取工作周期平均值)；目标准测率测试假如设定一定范围内的回传测试距离为准测距离，则准测率计算公式为：目标准测率一测试距离准确次数／总测试次数目标准测率测试过程如下：(1)设定目标固定距离、准确值有效范围、总测试数等；(2)按设定的测试次数，通过总线通信，设置激光雷达的工作状态，然后采集激光雷达回传的测距数据并记录；(3)分析计算出准测率；(4)测试数据显示、保存及生成报表。准测率测试中，需要测控软件通过串口通信给激光雷达产品发送工作模式设置指令，并采集回传的距离信息，按照特定的协议解析，以分析处理，此部分功能的实现也采用了一个辅助线程来完成。
4.最大测程。在对束散角、目标准测率数值计算的基础上，可以完成最大测程测试。最大测程测试过程如下：(1)设置测试信息，如测试编号等；(2)计算柬散角，计算过程参照上文(束散角的计算)；(3)调整衰减片个数；(4)采集激光雷达产品回传测距数据；(5)判断回传的测距数据是否达到临界状态(假定准测率的临界值为95％)，测试数据显示、保存并生成报表。
5.系统测试结果。１）将新型便携式光电雷达测试系统对准光电雷达，在光电雷达的目视系统或显示屏幕上看到测试系统的光栏像。２）对光栏位置进行设定，根据测试需要，通过定位活动轮转，将光栏转到合适的位置，使选定光栏对应黑体前面板的标志线。３）根据实际情况，设定黑体温度。４）根据测试需要，通过转动活动轮转选用不同衰减率的衰减片，直至光电雷达所接收到的信号电压接近噪声电压值，则此时衰减片的衰减倍率所对应的探测距离即为该光电雷达的实际探测距离。
本文介绍了基于消光比原理的激光雷达产品最大测程自动化测试系统的实现，自动测试系统的研制有利于激光雷达性能测试的自动化，为多脉冲数字化激光雷达产品的批量生产提供了有效的检测手段。
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