一種便攜式激光器輔瞄裝置設計與應用*

趙志剛 陳慶良 陳明亮 尚 乾 郭云峰

（中國人民解放軍63895部隊 孟州 454750）

1 引言

激光器自問世以來，在科研、軍事和民用等眾多領域［1～5］，都獲得了飛速的發展，激光技術也逐漸成為影響科研效率、戰爭局勢和國民經濟的重要因素之一。因此，激光技術歷來都是各國競相研發的熱點［6～9］。

作為激光技術的應用終端，激光器的可靠性、便捷性和適用性一直都是關注重點［10～13］。通過對常規激光器的出廠配置分析發現，現有的激光器除了核心組件外，通常配備有備用電池、GPS 和1：1的白光瞄準具，在戶外天氣狀況良好的環境下應用時，簡單高效。但如果在夜間或大氣能見度較低的環境下進行激光器作業時，瞄準具無法瞄準遠方目標，難以保證激光信號準確地照射到目標上，就會導致無法獲得測距信息和激光照射任務失敗。

針對上述問題，設計了一種便攜式激光器輔瞄裝置。輔瞄裝置由殼體、紅外熱像儀、轉接件和微型顯示器等組成，體積小、重量輕，具備一定的通用性。實驗驗證表明，這種激光器輔瞄裝置可以滿足激光器在夜間或能見度較低的環境下作業的應用需求，有較強的工程應用價值，可作為激光器的常規配件進行推廣。

2 系統設計

便攜式激光器輔瞄裝置由殼體1、紅外機構2和轉接件3 等組成。紅外機構包括紅外熱像儀和控制電路板，紅外機構位于殼體中，殼體開有紅外鏡頭窗口以及外置顯示器接口，能夠實現瞄準過程可視化。輔瞄裝置可以平穩安裝在激光器上，通過調節緊固螺釘與激光器自帶的白光瞄準具（出廠前已標校過）的瞄準軸相互平行。輔瞄裝置的外觀如圖1所示，分解示意圖如圖2、3所示。

圖1 系統外觀圖

圖2 系統正面分解示意圖

圖3 系統俯視分解圖

紅外機構由紅外鏡頭21 和控制電路板22 組成，整體位于殼體中。11 和12 分別為鏡頭窗口和外置顯示器的接口。紅外機構細節如圖4 所示，包括主動齒輪23、從動齒輪24以及驅動電機25，主動齒輪與從動齒輪相互嚙合，驅動電機用于驅動主動齒輪轉動進而帶動從動齒輪轉動，從動齒輪用于對紅外機構進行調節變焦，使得顯示裝置上的圖像更加清晰。轉接件如圖4 所示，包括底板31、夾持部32 和調節螺栓33，用于系統和激光器的固定，還可實現系統與白光瞄準具的光軸調節。殼體上的把手4 呈扁片狀，通過連接柱41 與殼體固定，用于人手握持，方便系統攜帶。殼體包括可相互拼接的第一殼體C1 和第二殼體C2，C1 的邊沿具有向內凹陷的拼接槽C11，C2 的邊沿具有向外凸起的拼接部C21，C21嵌入C11，可快速完成殼體的拼接和拆除，方便對殼體內部的零部件進行維修和更換。殼體的表面設置有多個內凹槽13，周向環繞殼體，既能減輕系統重量，又能增大殼體自身摩擦力，降低表面光滑帶來的滑落風險。

圖4 系統轉接件和紅外熱像儀示意圖

3 實驗驗證

系統產品化后，進行了實驗驗證。由于雨雪、霧霾或沙塵等惡劣天氣狀況下，激光信號的吸收、散射很嚴重，不具備作業條件，系統在這幾種場景下的應用不作討論。正常的氣象條件下，大氣能見度一般可以滿足激光器的作用距離要求，使用激光器自帶的白光瞄準具可以完成對目標的精確定位。所以，系統的定位主要是夜間或能見度較低的應用場景。

夜間或能見度較低的場景，通常包含兩類，分別是作業目標自身或周圍有光亮和作業目標自身及周圍無光亮。圖5 所示場景為第一類（為了參照對比，實驗中采用1980×1020 像元數的常規相機對待測場景采圖，白色圈定的兩個目標距離觀測點分別為3006m 和3424m）。激光器作業目標為住宅樓，在夜間、傍晚或凌晨時，樓內有光照，這種情形下，如果激光器作業目標較大（大樓墻體），依然可以借助激光器自帶的白光瞄準具實現對目標定位。但如果作業目標較?。琼敓崴飨潴w等），白光瞄準具的分辨率較低，就無法實現對目標定位。圖6 為使用輔瞄系統時，呈現在顯示屏上的作業目標圖像。相對而言，細節更加完整、清晰，通過調焦，可以實現對激光器作用距離范圍內的任何目標定位。

圖5 第一類目標/白光瞄準具

圖6 第一類目標/輔瞄系統

當目標自身或附近沒有光亮時，白光瞄準具的視場內一片漆黑，如圖7 所示，在這種場景下，激光器完全不具備作業條件。而輔瞄系統不受影響，可以利用紅外熱像儀的自身優勢，實現對此類目標的搜索識別定位，輔助激光器正常作業，圖8 所示為與圖7 相同場景的目標圖像。實驗時，還使用了長波熱像儀對第二類目標進行了搜索識別，如圖9 所示。中波熱像儀和長波熱像儀各具特色，可以根據實際應用場景進行選擇。本文所述是以中波熱像儀為主體，與基于長波熱像儀的輔瞄系統的設計思路基本一致，不再贅述。

圖7 第二類目標/白光瞄準具

圖8 第二類目標/輔瞄系統（中波熱像儀）

圖9 第二類目標/輔瞄系統（長波熱像儀/小視場）

4 結語

實驗結果表明，使用便攜式激光器輔瞄裝置，可以在夜間或大氣能見度較低的環境下，使激光器準確瞄準目標，高效進行測距/照射作業。激光器輔瞄裝置能固定在帶白光瞄準具的任何激光器上，具有較強的通用性和工程應用價值，可以作為激光器的固定配件進行推廣。