我要投搞

标签云

收藏小站

爱尚经典语录、名言、句子、散文、日志、唯美图片

当前位置:九乐棋牌 > 激光近炸引信 >

目标识别与定距双路接收的前视激光引信

归档日期:07-25       文本归类:激光近炸引信      文章编辑:爱尚语录

  第 27卷第 3 期 2005年 08 月 探测与控制学报 Journal of D etection & Con trol V o. 27 N o. 3 l A ug 2005 . 目标识别与定距双路接收的前视激光引信 贾培刚, 白万民, 陈显文 (西安工业学院机电工程学院, 陕西 西安 摘 710032) 要: 介绍了一种新的近炸引信技术――目标识别与 定距双路 接收的 前视激 光引信, 并对 该引信 的光路 设计、 工作原理、 信号处理及抗干扰性能进行了详尽地分析研究。 关键词: 激光引信; 光路; 信号处理; 抗干扰 中图分类号: T J 439 2 文献标识码: A . 文章编号: 1008 1194( 2005) 03 0009 04 A Forw ard- look ing Laser Fuze U sing Target R ecognition and D istance D ual- channel R eceiving T echnique JI P ei- gang , BA IW an- m in , CH EN X ian- w en A ( Schoo l o fM ech & E lct Engr X ian inst of T ech X ian 710032 China) , , , Abstract T h is paper d iscusses a new prox i ity fu ze technique a forw ard- look ing laser fuze wh ich u : m , , ses target recogn it io n and d is tance dual- channel rece iv in g technique The opt ical path w ork in g prin ci . , p le signal processin g and anti- in terference perfor ance of th e fuze are analyzed in deta i. , m l K ey w ord s laser detonator opt ical path signal processing; anti- in terference : ; ; 等予以识别并能保证弹药的飞行安全。 0 引言 1 光路设计 前视激光引信是一种利用激光束探测目标的光 学近炸引信, 由于具有引爆时间准、 命中概率高、 抗 干扰能力强的突出特点, 因此在现代导弹、 火箭弹、 炮弹、 炸弹、 水雷等领域中得到了广泛的应用。随着 当今世界军备竞赛激烈化程度的加剧, 原来装备在 AFT xx型地对地反坦克导弹中的半主动式激光制导 系统已经很难满足现代化对某弹的高精度定距的技 术要求。因此, 本文提出一种目标识别与定距双路 接收的前视激光引信技术, 这种技术根据以装备弹 种的使用环境、 飞行参数和所攻击目标的质体特征 与速度等参数, 用一只激光器通过总体方案和信号 处理电路的优化设计的前视激光引信, 保证弹药对 目标在精确作用距离内起爆性能的同时, 也能对自 然条件中的雨、 雾、 雪、 地面背景中的草木、 战场背景 中离散飞行物体, 以及被攻击目标施放的激光干扰 * 收稿日期: 2004 04 30 作者简介: 贾培刚 ( 1964 引信光学系统主要由激光发射系统、 目标定距 探测系统、 目标识别探测系统和信号处理电路组成, 其光路设计见图 1所示。图中 E 代表激光发射系 统, F 代表目标定距探测系统, G 代表目标识别探测 系统, Oy 代表某弹纵轴线, A 和 B 分别代表目标识 别探测系统探测视场与激光光束交汇的前、 后界点, AC、 和 BC 分别代表两个独立探测区域和共同探 DB 测区域, AC 和 CC 为 AC 区域的 纵横 梯度, CB 和 BB 为 BC 区域的纵横梯度, DD 和 BD 为 BD 区域的 纵横剃度, AB 代表目标识别区域, A 点沿激光射线 外延代表目标识别远 盲区, BE 代表目标识 别近盲 区, D 和 C 分别代表目标定距探测系统探测视场与 激光光束交汇的前、 后界点, DC 代表目标定距区域, C 点沿激光射线外延代表目标定距远盲区, DE 代表 修订日期: 2005 06 07 ), 男, 陕西合阳人, 西安工业学院副教授。主要从事机械设计及信号检测。 10 探测与控制学报 经光电转换和放大整形后, 触发时间选通控制电路, 开启与门电路 I 激光器脉冲工作 电源信号通过与 , 门电路 I以计数方式设置选通时间 T 1、 2。 T 探测系统接收的激光回波数未达到目标特征码 N 2 时, 假如出现共同探测区的激光回波信号, 则判定 为离散干扰物的干扰或目标的激光干扰, 系统复位, 重新等待。在 T 1 的选通时间内, 如目标识别探测系 统接收的激光回波数未达到目标体特征码 N 2 时, 则 系统复位, 重新等待。在 T 2 的选通时间内, 如无 I级 战斗部执行信号输出, 则系统复位, 重新等待。在 T 1 的选通时间内, 回波信号计数与译码电路记录的目标 图 1 光路设计图 目标定距近盲区, C 点到导弹装药截面的垂直距离 CH 代表弹目炸距。 识别探测系统接收激光回波信号数达到目标特征码 N 1 时, 触发目标特征迭通电路, 开启与门电路! 。当 目标识别和目标定距探测系统同时接收到共同探测 区激光回波信号, 确定为 C 点的炸距信号, 此信号通 过与门电路! 使触发电路发出 I级战斗部起爆信号。 , 以 I级战斗部起爆信号为计时基准, 当达到战 技指标要求的 !级战斗部延迟起爆时间时, !级执 行电路发出 !级战斗部起爆信号。 2 工作原理图 目标识别与定距双路接收的前视激光引信工作 原理见图 2所示。引信加电后, 激光发射系统发出 激光脉冲光速, 目标识别和目标定距两个探测系统 处于等待状态。 目标识别探测系统接收的第 1个激光回波信号 图 2 目标识别与定 距双路接收的前视激光引信工作原理简图 3 目标特征码与选通时间 3 1 目标特征码 N 1 和 N 2 . N 1 代表独立探测 AC 区域内引信可接收到的反 映目标体特征的激光回波脉冲数量; N 2 代表在共同 探测 BC 区域内引信接收到激光回波信号之前, 接 收 AC 区域激光回波脉冲信号数量。在引信接收处 理 AC 和 BC 两个区域内激光回波信号过程中, 如果 在目标识别近盲区 BE 内有干扰物, 则会减小接收 回波脉冲信号数量。因此, 目标特征码 N 1 的选择设 计时, 要综合考虑激光器输出光脉冲频率 f、 弹目交 汇时最大速度 Vm ax独立探测 AC 区域纵横向长度以 及目标识别近盲区域内干扰物的集合密度等效尺寸 等因素。 目标体特征码 N 1 由公式 ( 1) : (AA - CH N1 = Vm ax L ) tan ?f ( 1) 决定。 式中, L 为目标识别近盲区内干扰物的横向等 贾培刚等: 目标识别与定距双路接收的前视激光引信 效宽度, Vm ax 为弹目汇交式最大速度。 目标体特征码 N 2 由公式 ( 2) N 2 = ( CB /Vm in )f ( 2) 决定。 式中, Vm in 为弹目交汇时最小速度。 3 2 . 选通时间 T 1 和 T 2 选通时间 T 1 为弹目交汇时导弹飞行 A C 的距离 11 处理使之达到集成电路的或值电压。选通时间的计 时起点皆为目标识别探测系统接收到的第一个激光 回波信号, 计时时间源为激光器工作电源脉冲信号。 目标体特征码是引信识别导弹飞行弹道中的背 景干扰和主动激光干扰的重要参数, 由于在弹目交 汇时目标识别探测的 BE 近盲区域内可能存在的干 扰, 故相对于激光器工作电源脉冲信号, 记录反映目 标的激光回波信号并非一定是连续的。 由于一级战斗部作用时对光学系统的损坏, 故 二级战斗部延时起爆计时起点应是一级战斗部的执 行起爆信号。 时所需时间, T 2 为弹目交汇时导弹飞行引信探测 AD 区域时所需时间, 其中 T 1、 2 可由 ( 3) 式计算: T AC T1 = Vm ax ( 3) AC + CB + BD T2 = Vm in 4 信号处理电路 在工作过程中, 激光发射系统和两个激光回波 探测系统优化组成导弹前方的三个探测区域和精确 定距参考点 C, 信号处理电路鉴别处理不同探测区 域的激光回波信号, 排除飞行弹道中离散干扰物反 射的激光回波干扰信号和目标施放的激光干扰, 在 弹目精确炸距内发出战斗部起爆指令信号。因此, 处理电路具有两个功能: 一是对探测系统接收到的 激光回波信号进行光电转换和电信 号放大整形处 理, 这些工作由前置放大电路实现; 二是对放大整形 信号进行特征码编译、 判别, 并向战斗部发出执行信 号, 这些工作则由信号处理与执行电路实现。 4 1 前置放大电路 . 选用响应速度快, 响应度高和噪声低的硅光电 二极管作为光电转换器件, 前置放大电路的增益是 根据极限条件下光电转换元件输出电压值放大到集 成电路或值电压来确定。光学探测系统接收的光功 率由 ( 4) 式决定。 D ( 4) 2 P t r cos ! 4S 式中: P t 激光器输出功率稳定值; D 识别探测系 统通光口径; ! 激光光束与目标法线夹角; 目 标漫反射系数; S 前界点 A 的探测距离; r 探测 Pr = 系统透射系数。 在其他条件相同情况下, 因通光口径 和最远探测距离的不同, 目标定距探测系统和目标 识别探测系统接收的光功率比值为: 2 2 2 2 D 定 /S 定 D 识 /S 识 因此, 可根据目标识别探测系统接收 10 m 处的光功 率等确定前置放大电路的增益。 4 2 信号处理与执行电路 . 前置放大电路的输出电压脉冲信号经过放大器 2 5 抗干扰能力分析 5 1 引信的抗环境干扰能力 . 激光近炸引信抗环境干扰的技术指标是: 偏离 弹道 1. 7 m 的毁坏坦克车辆对引信功能无影响; 当 弹道高大于 0 5 m 时, 地面对引信功能无影响; 直径 . 不大于 4 mm 的中雨雨滴对引信功能无影响; 火光、 烟雾、 阳光背景、 雪花、 落叶、 细树 枝等对引信无影 响; 战场上的无线电杂波对引信功能无影响。 在目标识别的独立探测 AC 区域内, 相 对于导 弹其横向宽度为 CC , 纵向宽度为 AC , 当激光输出 脉冲频率为 f, 导弹飞 行速 度 Vp 为 220~ 280 m / s 时, 则在独立探测 AC 区域的纵横 向激光光点的距 离间距 (简称纵横向扫描分辨率 )分别为: 纵向: ?S 1 = Vp m ax f 横向: ?S 2 = CC ? Vm ax f ? AC 在平行于地平面方向, 引信的横向扫描区域内 最大激光光斑直径不大于 35 mm, 扫描分辨率小于 1 mm。导弹每飞行 AC 距离, 只有在离散干扰物的 集合密度等效实体 特征尺寸 达到 0 5 ? AC ? CC . 时, 独立探测 AC 区域内的干扰物 才能不间断地反 射引信发射出的激光光束, 才有可能达到目标体特 征码, 才能干扰引信的功能。否则, 引信发出的激光 光束将通过离散干扰物的分布间隙而进入 A 点以 远处的目标识别探测盲区, 不会干扰引信功能, 引信 的等效干扰示意图如图 3所示。 5 2 引信的抗主动干扰能力 . 5 2 1 引信的抗磁干扰能力 . . 战场上敌方的磁干扰波长通常是在毫米波段, 而单体制复合通道激光近炸引信的探测系统只接收 处理中心波长为 0 9 #m 的窄波段激光回 波信号, . 12 探测与控制学报 计原理完成了弹目炸距的精确探测; 同时在信号处 理上, 引进了目标体特征码的概念并通过处理电路 对目标体特征码的编译、 识别和准确判断, 很大程度 上提高了引信的定距精度和抗干扰能力, 能很好地 满足了某弹的各种性能指标。因此, 目标识别与定 距双路接收的前视激光引信在各类型的某弹装备上 具有广阔的应用前景。 图 3 引信等效干扰示意图 因此, 引信抑制火光和阳光干扰的技术措施即可抑 制主动磁干扰。 5 2 2 引信的抗主动激光干扰的能力 . . 随着坦克防御技术的发展, 某弹主动式激光近 炸引信应该具备对目标上施放的主动激光干扰的抗 干扰能力。关于目标施放的 0 9 #m 窄波段激光干 . 扰所采取的抗干扰技术措施是设立引信的共同探测 区域接收激光信号, 用特征码 N 2 比较法识别主动激 光干扰。根据现有水平的 AFT09重型反坦克导弹 的技术参数, 在导弹截面前方 10 m 处目标识别探测 视场和目标定距探测视场见图 4所示。图中的阴影 部分是共同探测区域, 在 10 m 距离内, 只要激光干 扰源不在探测区域内, 则无法干扰引信; 在 10 m 距 离以外时, 引信同时接收共同探测区域的激光信号 使系统重新等待以有效抑制激光主动干扰。 图 4 目标识别和定距探测视场图 参 考 文 献: [ 1]魏光辉. 激光技术 在兵 器 工业 中的 应用 [M ]. 北京: 兵 器工业出版社, 1995. [ 2]何平. 激光近炸 引信的 改进设 计 [ J]. 探测 与控 制学报 (原现代引信 ) , 1996( 4) : 24- 30. [ 3]冉黎林. 一种空空导 弹主动激光近炸引信方案探讨 [ J]. 航天兵器, 2002( 1): 10- 13. 6 结束语 目标识别与定距双路接收的前视激光引信在光 学系统设计中采用了一种传统而有效的几何光学设 ( 上接第 8页 ) ( 3) # 敏生于疑 ?, 灵感来自不懈的思维; 发展科 学的深层意识, 提高科学的思维能力是设计创新的 必要条件, 是引信设计者一生的不懈追求。 参 考 文 献: [ 1]陈庆 生. 引 信 设 计 原 理 [M ]. 北 京: 国 防 工 业 出 版 社, 1986. [ 2]洪允眉, 洪允 征. 工 程 师思 考法 [M ]. 北 京: 科学 普及 出 版社, 1992 . [ 3]引信设计手册编 写 组. 引 信 设计 手册 [M ]. 北京: 国 防 工业出版社, 1978 . [ 4]陶玉土. 计算机辅助离心自炸 机构设计 的研究 [ J]. 探测 与控制学报 (原兵工学报 % 引信分册 ), 1983( 4): 6- 19. [ 5]王伯祥, 刘辉 华. 引信钢 珠式 离心 自炸 机构 设计 与应 用 研究 [ J]. 探测 与控 制学 报 ( 原兵 工学 报 % 引 信 分册 ), 1983( 1): 16- 35 . [ 6]董振安. 离 心自 炸机 构设 计探 讨 [ J]. 探 测与 控制 学报 (原兵工学报 % 引信分册 ), 1983( 2): 36- 41. [ 7]张德智, 傲旗红, 张健, 等. 引信离心自炸机构力学模型的建 立及设计分析 [ J]. 沈阳工业学院学报, 1993( 3): 33- 40. [ 8]马宝华. 现代引 信设计 哲学 [ J]. 探 测与 控制学 报 ( 原现 代引信 ), 1993( 4): 6- 10. [ 9]路荣先. 引信 系统安 全性 设计 中的 # 三防 ?原理 [ J]. 探 测与控制学报, 2002, 24( 1): 1- 3 . [ 10]张德智, 曹纯柱. 子弹引 信冗余 发火设计 思想和 结构方 案 [ J]. 兵工学报, 2001, 22( SO ): 126- 128. [ 11]张德智. 引信设计 中的概念 创新 [ A ] . 引 信新技 术新概 念研讨会论文集 [ C]. 西安: 中国兵工学会引信 专业委员 会. 2000. 35- 40.

本文链接:http://josegomezh.com/jiguangjinzhayinxin/176.html