《计测技术》推荐文章｜航空工业计量所王江萍：高精度激光自聚焦控制系统的设计与实现

导读

在激光测距系统向复杂环境和智能化应用发展的背景下，非合作目标场景成为工程应用中的关键挑战。由于非合作目标表面反射率低、材质多样且表面形貌复杂，激光反射信号极弱且易散射，严重影响了测量系统对回波信号的获取。针对这一技术难点，本文围绕“激光回光能量增强与高精度聚焦”两个核心问题，设计并实现了一种适用于非合作目标场景下的高精度激光变焦光机及自聚焦控制系统。

高精度激光自聚焦控制系统的设计与实现

作者：王江萍，赵春播，张昱，马丹妮

作者单位：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所计量与校准技术全国重点实验室

摘  要：在非合作目标激光测距场景中，由于非合作目标表面特性复杂多样，对激光的反射率较低，且反射光向各个方向散射，导致返回测量系统的光能量较弱。为实现在非合作目标场景下对激光回光能量的有效收集和光斑的精确聚焦，设计了一种高精度激光变焦光机及自聚焦控制系统。该系统通过优化光学结构，采用准直镜组、前端镜组、动镜组、后置镜组和补偿镜组的组合设计，实现了光束的高效聚焦和能量最大化，提升了系统在不同测距范围内的信噪比和稳定性；同时，优化了光轴稳定性设计和机械结构布局，提高了聚焦一致性。在控制方法上，引入基于图像识别的自聚焦策略，借助高分辨力相机实时捕捉目标光斑，运用图像处理技术提取光斑直径、形状、清晰度等关键特征，动态计算最优焦距调整参数，通过步进电机实现自动闭环调焦。实验结果表明：该系统在0.5 ~ 30 m的工作距离内，光斑质心偏移量不超过65 μm，满足设计要求，并且能够有效实现光斑聚焦。

关键词：非合作目标；变焦光机；自聚焦算法

作者简介

王江萍，助理工程师，主要研究方向为精密仪器、图像识别。

赵春播，高级工程师，主要从事飞秒激光测量及太赫兹技术研究。

全文链接

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引用格式：王江萍，赵春播，张昱，等. 高精度激光自聚焦控制系统的设计与实现［J］. 计测技术， 2025， 45（3）： 45-57.

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编辑：刘宇轩

排版：马鹤伟

审核：韩冰