CCD摄像机激光打靶信号处理系统研究(9)
图3.3 自动打靶系统的工作过程
3.3 独立式激光发射机的设计
3.3.1 枪主机
激光模拟打靶训练系统主要由发射系统和接收处理系统两部分组成，枪主机是整个系统的驱动点，起到最关键的作用，它是整个模拟训练系统的发射部分[26]。在进行实弹射击时，火药气体压力将弹头从膛内推送出去的现象叫做发射。由于子弹具有重量，所以实际子弹的弹道是弧线，而瞄准线是直线，所以它们不在一条水平线上。为了命中目标，必须将枪口抬高，使枪身轴线和瞄准线之间形成一定的角度，即瞄准角。瞄准角的大小，是根据射弹在不同距离上的降落量来确定的。距离越远，降落量越大，所需要的瞄准角就越大，反过来，距离越小，降落量越小，其瞄准角也就越小。瞄准具就是根据这个原理设计而成的。而在此模拟射击打靶训练系统中，枪主机是在 7.62mm口径的冲锋枪的基础上改制而成的，激光器安装在枪体内并用夹具固定，通过调整夹具使激光器的轴线与冲锋枪的机械瞄准线平行，以使发射出的激光束通过枪管发射出去。激光器的电源通过控制和驱动电路与枪的扳机连接，当扣下扳机便会开启激光器的电源，紧接着发射一束激光并沿着枪管发射出去。由于模拟射击的距离较小（50 米或 100 米），同等距离下的实弹射击的降落量和瞄准角都很小，所以在误差的允许范围之内，此系统能够很真实的模拟实弹射击过程。而由于冲锋枪的枪体上自带了瞄准镜，所以不用外加瞄准装置。发射光源我们采用了功率为 200mW，波长为 650nm的半导体激光器，并在激光的器的前端安装了一个可调准直透镜，可以根据射击距离的不同进行调节，使射到靶面光束为一定大小的圆形光斑。
3.3.2 半导体激光器的性能及应用
半导体激光器是一种典型的激光器，它的工作物质使用的是半导体材料，有注入式半导体激光器、半导体异质结激光器、长波长半导体激光器、分布反馈半导体激光器。半导体物理学的迅速发展以及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在 50 年代就设想发明半导体激光器，60 年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉•巴索夫的工作最为杰出。半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，物质结构上的差异使得激光产生的具体过程比较特殊。常用的材料包括砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、磷化铟(InP)等。激励方式有三种形式：即电注入、电子束激励和光泵浦。半导体激光器与晶体二极管一样，也以其工作材料的P-N结特性为基础，不仅具有单向导电性，特性曲线与一般半导体二极管也相同,外观也类似于晶体二极管，因此，也常把半导体激光器常称作二极管激光器或激光二极管。阈值是所有激光器共有的属性，它是激光器增益与损耗的平衡点，只有在阈值以后激光器才会开始出现净增益。而阈值用电流来表示，这是因为半导体激光器是一种直接注入电流的电子-光子转换器件。体现半导体激光器性能的最主要参数之一就是阈值电流。要想既能实现粒子数反转又能满足谐振腔内光震荡的阈值条件，必须使得注入电流达到一定值，才能够发射激光光束，且模式明显，谱线尖锐。而如果注入电流小于阈值，激光器发射出的不是激光而是荧光[27]。半导体激光器件可分为同质结、单异质结、双异质结等几种结构类型。同质结激光器和单异质结激光器在室温时一般为脉冲器件，而双异质结激光器在室温时则可以实现连续工作。半导体二极管激光器是极为重要的一类激光器。它体积小、寿命长，可以采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电流和电压与集成电路兼容，因而可单片集成。并且可以用高达GHz的频率直接对其进行电流调制以获得高速调制的激光输出。半导体二极管激光器的这些优点，使得它在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、雷达以及测距等方面获得了极其广泛的应用。激光器是激光枪的主要部件之一，我们设计的激光发射机要求体积小，重量轻，携带方便，直流电源供电，因为是在普通冲锋枪的基础上改制而成，系统对激光器的体积和功耗要求就比较苛刻。半导体激光器不仅体积小，重量轻，功耗低，而且具有良好的物理性能，能够满足系统的要求，所以我们采用半导体激光器。
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