根据要求设计完5×5 面阵激光雷达光学系统后,为了验证设计的正确性,对光学系统进行整体仿真,如图4-10 所示。仿真结果表明,发射与接收实现了一一对应,达到了设计整体要求,可以设计出图进行光学器件的加工。在完成光学器件加工后,我们对整个光学系统进行组装与调试。组装完成后的5×5 面阵激光雷达光学系统应该包括如下几个部分:发射光学系统、接收光学系统(包括光纤阵列)、整机机械结构、发射光源以及驱动电源、光电探测系统。需要的调试设备与工具为:光学平台、三光轴校正仪、红外观察镜、光电探测模块、示波器、905nm 光纤耦合激光器。

图4-10 5×5 面阵激光雷达光学系统仿真图
在安装完成后,需要对激光雷达光学系统进行调校,光学系统的光路焦点与平行度调校示意图如图4-11 所示。其目的主要是通过调整光源以及光纤阵列(或者探测器)在焦平面的相对位置使发射系统照射目标与接收光学系统一一对应。具体的调校过程如下:
①5×5 面阵激光雷达光学系统组装完后,放置在光学平台上。
②将光学系统安放在三光轴校正仪摇篮座上,调整俯仰偏摆,然后通过调整发射光学系统,使得发射光束对准三光轴校正仪靶标中心,锁紧摇篮座调节机构。(https://www.xing528.com)
③将905nm 光纤耦合激光器接入5×5 光纤阵列中靠近中心的一根光纤,通过CCD 监视器观察三光轴校正仪靶标。观察监视器上成像光斑的均匀性、形状及大小,并根据实际情况调整光纤阵列焦点的位置。当光纤入射光位于光轴焦点处时,监视器上显示的光斑最圆且最小,此时表明接收光学系统的单个光路调整完毕。
④调整发射激光器或者5×5 光纤阵列的位置,使得发射激光器发射的光束与905nm光纤耦合激光器接入光纤阵列的光束在靶标上光斑中心重合;将905nm 光纤耦合激光器分别接入光纤阵列的每一个光纤,观察在靶标上形成的光斑形状,使得与发射激光器在靶标上的光斑形状和轮廓对应,即表明发射光轴与接收光轴平行度以及一一对应调整完毕。
⑤外场调试。将在室内调整好的系统放置在云台上,对准10m 开外的白色墙壁进行外场检验。开启整个系统电源,用红外观察镜观察墙壁上的光斑形状、轮廓、大小等是否与设计一致,示波器检测每路接收是否有正常的回波信号,采用遮挡法检验发射光束在目标处的光斑与接收光纤阵列是否一一对应。

图4-11 激光雷达光学系统调校示意图
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