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激光驾束制导仪空间光场性能测量系统PDF

归档日期:07-10       文本归类:激光驾束制导      文章编辑:爱尚语录

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  第 卷第 期 兵 工 学 报 !! -./0!!+.0 年 月 !##$ $$ %&’%%()%)*+’%(,, +.10 !##$ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 激光驾束制导仪空间光场性能测量系统 李松明 黄柯彦 徐荣甫 (北京理工大学光电工程系,北京, ) $###2$ 摘要 本文介绍一新型的测量系统,用于测量激光驾束制导仪的空间光场特性。首先分析了制导 仪的工作原理,然后论述了此测量系统的实施方案。系统由导轨、扫描激光探头、计算机数据采集与控 制系统等部分组成。导轨可定位于 , , 三个方位,探头可沿导轨快速步进完成对整个光场的扫 #3435#3 描。计算机用于控制导轨的转动和探头的步进,并完成数据采集、保存、打印输出。系统既可用于静态 测试,又可用于实弹发射时的实时监测。系统已通过内外场验收试验,各项性能指标均满足设计要求, 并已交付用户使用,效果良好。 关键词 激光;驾束制导;测量系统 中图分类号 ; ’+!#5 ’678#0$ ! 驾束制导武器系统的工作原理 激光光束通过主反射镜投射出去。因瞄准与信息通 道的光轴相互平行,且通过同一块反射镜接收和发 驾束制导导弹系统由地面目标跟踪回路,和弹 射,所以当瞄准目标时,投射出去的调制激光指向同 载制导回路两大部分构成。前者有地面激光驾束制 一目标,形成驾束激光控制场。 导仪和目标两部分,使用中,操作手手动瞄准并跟踪 目标,使制导仪的激光发射轴始终指向目标要害部 位。制导仪发射激光,在其与目标间的空间上形成 空间编码的激光控制场。后者由光电探测器和信息 处理电路构成。探测器接收导弹所在处的光场信 息,并转化为相应的电信号,输入信息处理电路,经 信息处理后输出导弹控制信息。当导弹在激光光场 的不同空间位置时,制导电路能输出大小、方向不同 的制导信号,逐步将导弹引向激光光场中心,直至命 中目标。 图$0$ 激光驾束制导仪工作原理图 9:0$0$ 9=?:.=@/A/.BC:@D@E .F 图 是激光驾束制导仪的工作原理图。其用 ; ; $0$ ?GH/@IHDAH@E :C:= II?HE ; ; J 途是供操作手目视搜索、选择、跟踪目标,同时为导 弹形成激光光束控制场。它由瞄准通道和信息通道 光束编码是驾束制导的关键技术,调制盘是激 两部分组成。外界目标景物经主反射镜进入瞄准通 光驾束制导仪实现激光编码的核心部件。调制盘是 道物镜,其形成的目标象位于瞄准器分划板上,经转 一圆形的玻璃盘,边缘上有半圈明暗相间的栅格图 象系统正象,人眼通过目镜可观察到远方目标景物。 案。制导仪中有两个调制盘,一个用于偏航控制,一 信息通道中,激光器发射的激光束经聚焦系统投射 个用于俯仰控制。其外形相同,工作原理也相同,但 到调制盘上,调制盘对激光光束进行空间频率编码, 栅格不同,且栅格区相差 调制盘的栅格区为 $2#30 经变焦光学系统后,由信息通道的物镜将已调制的 半圆形,将其展开后为一矩形,如图 所示。图案 $0! 年 月收稿, 年 月定稿。 !##$ $ !##$ 5 第 期 激光驾束制导仪空间光场性能测量系统 5 3;E 要求,是否可以交付使用。测量分静态和实时监测 两部分。在不发射导弹的条件下,仅让制导仪工作, 分别在距制导仪!89 处测量激光场的指令特性和 照度分布;在距制导仪589 处,同时测量激光光场 中心、左、右两侧三点的光场照度特性,此为静态测 图!# 调制盘栅格区及其展开图 量。靶试实弹发射时,在距炮位(制导仪) , :;9 489 $%!# ’()*%+,-.)/(0/- (2 & 11 处,离开激光光场光轴约;!49 的位置,设立两 个监测点,监测导弹发射至命中目标的全过程中激 的中间部分为菱形,菱形内部为频率为 的光栅, ! 3 光场的指令和照度特性,以便在出现脱靶等意外情 菱形外围的上部和左边是频率为 的光栅,下部和 ! 4 况时,帮助分析问题,此即为实时监测。 右边是频率为! 的光栅。同理,另一调制盘的光栅 5 对此测量系统的技术要求如下: 频率分别为 , , 图 是调制盘工作原理示 ! ! ! !4 ! 3 # ()能在激光束截面内水平, ,竖直三个方 意图。激光器发射连续激光,经会聚后投射至调制 ! 53= 向上进行扫描测量,全程扫描时间 ,对每一个 盘。在调制盘旋转的前半周期内,用于偏航控制的调 ! !3, 测量点,同步测量出 通道指令,通道指令,照度 制盘切割连续激光光束,形成的编码激光场左半圆 ? 三个参数; 中有以 , 为主的激光脉冲信号,右半圆中有以 ! ! # 3 ()指令测量范围: ,测量精度: , 为主的激光脉冲信号;在调制盘旋转的后半 # @!!! A;;! ! ! ! 3 指令单位; 周期内,用于俯仰控制的调制盘切割激光光束,空间 ()测量点间隔: , , ,用户自 4 !;99 #;99 3;99 激光场上、下半圆中分别有以 , 和 , 为主的 ! ! ! ! 4 3 5 3 选,定位精度#399; 激光脉冲信号。飞行在激光光束中的导弹,能通过其 @5 @! # ()照度测量的动态范围: / , 5 !; !!; B 9 尾部的光电探测器接收并输出与上述频率相同的电 测量精度: ; ACD 信号。位于激光场中不同点的导弹,在一个周期内检 ()实时监测记录时间: ,对监测各量不做 3 3, 测到的上述几种频率的信号持续时间不同,导弹偏 精度要求; 离激光轴越远,相应频率信号的持续时间越长。经弹 () , 静态测量后,能将测量结果发送 !89 589 载信息处理电路解码处理后,能输出大小、方向由导 至炮位附近的计算机。 弹偏离光束光轴的大小及偏离方向决定的制导指令 !! 系统方案 信号,制导机构根据此信号控制导弹沿激光光轴方 图 ( 底坐; 支撑架; 滑车; 导轨; #!;! ;# ;4 ! # 向飞行,直至命中目标。 瞄准标线; 导轨换向电机; 步进电机; 扫描探 4 5 3 头;望远镜;俯仰调整手轮;调整手轮; 霍尔 C : E 元件; 水平指示器; 地脚调平手柄; 行程开 !; !! !# 关)是设计的!89 处测量靶的三视图。导轨长约 #9,足以覆盖激光场的线性区,测量时通过制导仪 的瞄准装置将激光轴对准靶心,即导轨中点。扫描 探头用于模拟弹载光电接收器,由步进电机、齿轮、 钢索牵引拖动,可按用户选定的步长,从导轨一端扫 图!4 调制盘工作原理示意图 描至另一端,同时进行采样测量,探头在导轨上的不 $%!4 $670)%-7*+,8()0/ & 同位置,模拟导弹飞行在激光场中的不同位置,一次 9* -.)/(0/- (2 1 11 扫描可完成在光束截面内一定方向的扫描测量,并 给出此方向上 通道, 通道指令和光场照度分布 F G ! 测量系统方案设计 曲线。导轨可由换向电机带动,在光束截面内由水 用途和技术要求 平位置转动 或 角,然后在光束截面内的这些 !# 53= E;= 该测量系统主要用于测量上述某型号武器系统 方向上再进行扫描测量,给出相应方向上光场的指 的激光驾束制导仪的性能参数,以确定其发射的空 令与照度分布。导轨两端的霍尔元件,用于扫描测 间编码激光光场是否正常,技术指标是否满足设计 量开始前扫描探头的自动定位。 兵 工 学 报 第 卷 F#8 !! 也即此系统可兼容不同条件下的静态测量与实时监 测,软件可根据不同的测量条件,进行相应的测量或 监测,显示、记录、存储相应的测量结果,并给出相应 的测量曲线,需要时还可打印输出测量结果。 图!# #$%测量靶示意图 &’!# )$*+,-%. 01+-* ( / #$% %*.234’5 +.4*+ ( ( 图 是扫描探头的结构图。它由用作接收物 !! 图!7 #$%处测量靶计算机控制原理框图 镜的透镜;抗太阳光干扰的红外玻璃滤光片;硅光电 &’!7 &35,+’05.@A@0,$6’.4.% 01,0% 3+*4 二极管;前置放大器等组成。 ( ( / ,05+40@104#$% %*.234’5 22+*% ( B ! 研制结果 该测量系统已通过内、外场验收试验,各项性能 指标均达到了设计要求,并已交付用户使用。系统 软件采用 平台开发,使用方便,用户反映良 C;7! 好。图 是在外场用该测量系统对一激光驾束制 图!! 扫描探头结构示意图 7# &’!! )$*+,-%. 01+-*2,.55’5 6*+*,+04 导仪的编码光场静态测量的部分结果。 ( / ( 图 是 测量系统计算机控制原理框图。 !7 #$% 多通道数据采集卡的采样频率为 ,数据分辨 !88$9: 率为 位,由美国 公司生产,精度高,性能稳定 #! ; 可靠。有效值提取电路用于测量扫描探头前置放大 器输出交流电信号的有效值,用标定系数可换算成 光场照度值。指令提取电路选用已定型生产的弹载 指令提取电路,质量可靠,性能稳定。输入输出通道 板为 位 / 板,用于控制步进电机扫描、换向电 != 机转动导轨,读取扫描探头的位置信息。用工控机 的标准串行口与无线发送器串行接口连接,通过微 波天线将测量结果发送给炮位处的计算机。 用上述测量系统的测量控制柜,再增加两个与 上述扫描探头一样的光电接收器,可进行=$% 处光 场照度的测量。实弹发射时,将此测量柜移至距炮 图7# 外场测量结果 &’7# D2.% @*014*23@+2%*.234*6 位?8% 处,用上述扫描探头,还可进行?8% 监测。 ( / 03+60042E’+-+-*%*.234’5 22+*% ( B 第 期 激光驾束制导仪空间光场性能测量系统 ( )!! 徐南荣,卞南华 红外辐射与制导 北京:国防工业出版社, & 参 考 文 献 !##’()!*+ % 邓仁亮 光学制导技术 北京:国防工业出版社, !##(&+!&) 周炳琨,高以智 激光原理 北京:国防工业出版社, 徐新华 编程指南 北京:人民邮电出版社, ! !#$%!&! ( ,- - ./01234( !$ !##$!!(++ !#!$%&’()$*$+# ,-&+.#$/!+’!00!$#&1!2#,’#03 -,!0!$#&4#! ’$$’0#)%’3!(5#$*$+# !#$%’% ()*% +,*% .)/$% ) & & & - &0 ( , , , ) 5374893:8;= 8;?13@84;:0@?:0:3340: .300: C:D808/83;E3@F:;1; .300: !+++$! 6 6 A A BA AG BA !#$%&’$ EF0D 7340:84;2/@3D7937D/40: DD839 8;937D/438F3 34;497:@3;8F3D7807117D34H7I3 66 A G 6 6 0312;717D34J379 /020: DD839 0:790DD013DD839K40:@013;8F317D34J379 /020: 0:D84/93:80D A A G G 6 A A , , 7:71L32 7:;;48F3937D/40: DD839 743 0I3:EF3DD839 @;:D0D8D;8F3847@M D@7::0: 17D34 G A G A G A , 2383@8;4 8F3@;9 /834;427877@/0D080;:7:28F3@;:84;1DEF3847@M@7:J3D38788F43320343:87L09/8F 6 N ( , , ), , +O()O#+O 7:28F32383@8;40D7J138;9;I3D83 J D83 ;:8F3847@M D@7::0: 8F3/1117D34H7I30312 6 G 6 A , , EF3@;9 /8340D/D328;@;:84;18F39;I393:8;:2383@8;4 937:HF013@;113@80: D7I0: 6 A A , , 2787 20D170: 8F3937D/40: 43D/18 7:2 40:80: 08;/8HF3::3@3DD74EF3937D/40: DD839 @7:J3 6 G A A 6 A G A G /D32;4J;: 7:243718093H78@F0: EF3DD839 F7DJ33:@@@3832P118F3 A A G 6 34;497:@3 74793834D93388F323D0:322397:2D 6 6 A , , () +,%-# 17D34 J379 /020: 937D/40: DD839 * A A A G

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