光电产业发展之光电跟踪测量系统

时间:2022-05-23 08:33:13

光电产业发展之光电跟踪测量系统

【摘要】随着社会的发展,光电行业在近展的很快涉及面也逐渐扩散,在光通讯、激光、光电显示、光学、太阳能光伏、电子工程、物流网等领域发展的比较明显,逐渐融入更广的空间。光电科技是一门结合光学、电子与电机之先端技术,早期由于技术门槛高,偏重国防与航天领域之发展,并以雷射相关应用为主。而光电跟踪测量技术因其精度高、设备简单而被广泛应用于国防和国民经济的各个方面。从火箭和导弹的测控到工业技术的机床加工、精确农业的田间变量施肥、施药等领域都发挥着重大作用。本文将结合靶场光电跟踪测量技术重点介绍光电跟踪测量系统。

【关键词】光电科技 通信 能源 光电跟踪测量 系统

由光的作用产生的电叫光电,是以光电子学为基础,综合利用光学、精密机械、电子学和计算机技术解决各种工程应用课题的技术学科。其信息载体正在由电磁波段扩展到光波段,从而使光电科学与光机电一体化技术的运用扩展至光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业方向。

目前,关于光电领域的技术应用主要集中在精密检测与光学成像方面。以光子计算机为理想代表的光波应用是光电最吸引人的地方,但是要达到这一目标,还需时日。

一、光电涉及的范围

光电行业在近展的涉及面也逐渐扩大,其中,在光通讯、激光、光电显示、光学、太阳能光伏、电子工程、物流网等领域发展的比较明显,并逐渐向更广的空间渗透。

二、光电效应

光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化,这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。一般来说,金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限波长,对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长,与光强度无关。事实是,只要光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都几乎都是瞬时的,不超过十的负九次方秒。因此,光是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现,对发展量子理论起了根本性作用,在光的照射下,使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。

光电效应里,电子的射出方向不是完全定向的,只是大部分都垂直于金属表面射出,与光照方向无关,光是电磁波,但是光是高频震荡的正交电磁场,振幅很小,不会对电子射出方向产生影响。

三、光电跟踪测量

光电科技是结合光学、电子与电机的尖端科技,近十年来技术突破发展迅速,随着产品不断的推陈出新,其应用层面扩展至通讯、信息、生化、医疗、能源、民生等工业,光电产业已成为众所瞩目的明星产业,未来随着光电在通讯、网络、多媒体等扮演核心技术角色,可以预见21世纪将是光电的世纪。

光电测量系统是采用光学原理采集飞行目标信息,经处理得到所需的弹道参数与目标特性参数,并获取飞行实况图像资料的专用测量系统,是导弹测控系统的重要组成部分。

光电跟踪测量系统主要包括两大部分:跟踪系统和光电测量系统。但是由于对系统的作用和功能要求不同,不同种类的光电跟踪测量系统,其组成不同,即使是同一种类的光电跟踪测量系统,由于用途不同,要完成的测量任务的差别,其组成也会有所差异。

四、光电跟踪系统的发展

光电跟踪测量系统,在导弹和航天器的试验中,已成为有多种功能和高精度的跟踪测量手段,国外的导弹航天靶场很重视靶场光电跟踪测量系统的建设和发展,其设备的型号品种多、数量多、测量精度高、更新换代快,使用的光波波段有紫外、可见光、红外;测量平台除了陆基光电跟踪测量设备外,还有舰载的、机载的、星载的;作用距离有近程几百米、几千米的,远程几百千米到上千千米,还有几万千米光电深空监视系统等。

据20世纪70年代初统计,美国太平洋导弹靶场的光电跟踪测量设备有近100台(其中电影经纬仪23台、电影望远镜3台、机动光学跟踪架11台、高速摄影机及其他类型光电跟踪测量设备60多台)。大西洋导弹靶场的光电跟踪测量设备也不少,仅次于太平洋导弹靶场。白沙导弹靶场是世界上光电跟踪测量设备配置最好的靶场之一,光电跟踪站达110多个。

在跟踪运动目标能力方面,国外靶场光电跟踪测量系统的提法上与国内有所不同,一般只有跟踪角逮度、角加速度和跟踪精度;而不区分工作角速度、工作角加速度与最大角速度、最大角加速度。

我国早期的靶场光测仪器是KT-50电影经纬仪(苏联造),以及20世纪50年代末我国自行研制生产的第一台光电经纬仪,电影经纬仪,目前它们在靶场光测仪器中已被淘汰。最近几年来,根据导弹航天飞行试验的需求,我国研制了多种系列的光电跟踪测量设备,并对早期研制的光电跟踪测量设备进行了更新改造和完善提高,可基本满足飞行试验任务的需要。我国自行研制的靶场光电跟踪测量设备,其总体性能和主要技术指标与国外同类产品相当,并具有一定的特色。但在精密跟踪、自适应技术应用、激光雷达、远距离目标探测、目标物理特性测量技术及其自动化程度等方面还有一定的差距。今后需要加强这方面的预先研究和试验,加速新技术和新测量体制在光电跟踪测量设备中的应用,研制更好、更先进的靶场光电跟踪测量设备。

综上所述,今后光电跟踪测量系统应向自动化、智能化、数字化、高测量精度、高可靠性、远距离实时测量方向发展。

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