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激光射击读靶系统的研究

作　者: 杨翠
导　师: 邹建
学　校: 重庆大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光模拟射击四象限光电探测器 LabVIEW 数据采集
分类号: TN24
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着激光技术在军事训练中的广泛应用,激光模拟射击训练器的设计和实现,对国防建设现代化、军事训练智能化、提高部队整体素质以及节约国防开支具有越来越重要的意义。本文在分析了现有激光模拟射击器原理的基础上,针对现有激光模拟射击器接收靶系统存在的不足,在现有研究成果的功能和结构上加以完善和改进,提出了新的设计思想。参照部队的实际需求,完成了激光模拟射击读靶系统的硬件设计和软件设计,使之更贴近部队训练和实战要求。硬件上,针对现有激光模拟射击器读靶精度低的缺点,本设计采用PIN四象限光电探测器作为接收靶的激光探测器,代替传统激光射击器中用大量光电二极管排列组成的靶面光电探测器。这样不仅使得光电探测器后续信号处理简单、而且大大降低了成本。本设计完成了发射系统的光路结构、接收系统的光路结构,使得从发射系统发出的激光信号能够按照系统要求正确成像于PIN四象限光电探测器上。接收系统的信号处理电路,将四象限光电探测器输出的电流信号转换为电压信号并放大、处理,最终得到能够反映光斑中心在x方向和y方向偏移量的电压信号。软件上,以USB2004数据采集卡作为数据采集核心,采用LabVIEW软件作为系统开发平台,完成了激光射击读靶系统的软件设计与开发,实现了对数据采集卡的驱动、信号采集、数据处理和软件编程。完成了对弹着落点环数的计算、弹着落点位置的实时显示,并对射击成绩进行了存储。通过对实验数据的处理和分析,得到光斑中心偏移与输出电压当量的关系。分析了实验误差产生的原因,提出了改进的意见和方法,并对整个激光模拟射击系统的读靶精度进行了分析,在此基础上提出了系统扩展的改进方案。本文设计的激光射击读靶系统安全、简便、读靶精度高,具有弹着点实时显示、成绩统计等功能。基于LabVIEW的系统软件设计具有程序简单、数据精度高、界面友好等特点。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 激光模拟射击的现状及研究意义  8
  1.2 激光模拟射击的发展状况  8-9
  1.3 现有激光模拟射击系统存在的缺点  9-10
  1.4 本课题要做的工作  10
  1.5 本文文章结构  10-12
2 激光射击读靶系统的基本原理  12-22
  2.1 系统的总体设计方案  12
  2.2 激光的辐射原理  12-16
    2.2.1 激光发光机理及特性  12-15
    2.2.2 半导体激光器特性分析  15-16
  2.3 激光探测方法  16-22
    2.3.1 光电探测的基本理论  16-17
    2.3.2 光电探测器的性能参数与噪声  17-19
    2.3.3 激光探测的四种光电探测器  19-22
3 发射系统的设计  22-30
  3.1 激光器的选择  22
  3.2 半导体激光器的特性  22-27
    3.2.1 半导体激光器的基本工作原理  22-24
    3.2.2 半导体激光器特性  24-27
  3.3 激光准直扩束系统  27-30
    3.3.1 LD 激光束的光学性质  27-28
    3.3.2 LD 准直透镜的设计  28
    3.3.3 透镜扩束系统  28-30
4 接收系统的设计  30-41
  4.1 四象限光电探测器  30-35
    4.1.1 PIN 四象限光电探测器位置探测原理  30-32
    4.1.2 像斑与四象限探测器象限面积的大小关系  32-34
    4.1.3 四象限探测器的一致性  34-35
  4.2 接收系统光学结构设计  35-36
    4.2.1 光路结构设计  35
    4.2.2 等效光电流的估算  35-36
  4.3 硬件电路设计  36-41
    4.3.1 硬件电路原理框图  36
    4.3.2 探测电路及其等效电路  36-38
    4.3.3 前置放大电路的设计  38
    4.3.4 主放大电路及求和电路的设计  38-41
5 数据采集及处理  41-61
  5.1 数据采集  41-42
    5.1.1 数据采集的基本概念  41
    5.1.2 采样定理与频率迭混  41-42
    5.1.3 采样方式  42
  5.2 数据采集卡  42-46
    5.2.1 数据采集卡的重要参数  42-43
    5.2.2 USB2004 数据采集卡  43-44
    5.2.3 USB2004 的AD 采集实现过程  44-46
  5.3 软件环境  46-50
    5.3.1 虚拟仪器技术概述  46-47
    5.3.2 虚拟仪器的组成  47
    5.3.3 虚拟仪器的分类  47-48
    5.3.4 LabVIEW 开发平台介绍  48-50
  5.4 激光射击读靶系统的软件设计  50-61
    5.4.1 动态链接库的介绍  50-52
    5.4.2 LabVIEW 中的动态链接库（DLL）调用  52-55
    5.4.3 系统程序及说明  55-61
6 测试实验及数据分析  61-76
  6.1 四象限光电探测器的定位误差分析  61-73
    6.1.1 光斑中心与探测器中心的对准  61-62
    6.1.2 测量范围的确定  62
    6.1.3 测试软件的设计  62-65
    6.1.4 数据处理及分析  65-71
    6.1.5 误差分析  71-73
  6.2 读靶系统精度分析  73-76
7 总结与展望  76-78
  7.1 本文总结  76
  7.2 课题今后的研究方向  76-78
致谢  78-79
参考文献  79-81
附录  81
  A. 接收系统硬件电路图  81
  B. 作者在攻读学位期间发表的论文目录:  81

激光射击读靶系统的研究

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