模擬激光制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王懷立 季冠伯

摘? 要：傳統(tǒng)的激光制導(dǎo)設(shè)備的成本昂貴，體積龐大，在實(shí)際的教學(xué)中適用性不強(qiáng)，非常繁瑣，不方便教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展，并且教學(xué)效果較差。在此背景下，本文介紹了一種新的模擬激光制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它通過(guò)探測(cè)模塊探測(cè)激光照射模塊發(fā)射的激光信號(hào)在目標(biāo)位置處形成的光斑，并由主控制模塊識(shí)別光斑在探測(cè)模塊視場(chǎng)中的位置信息，從而控制轉(zhuǎn)臺(tái)連同設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)上的探測(cè)模塊轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整探測(cè)器的方位，使得探測(cè)模塊視場(chǎng)中心點(diǎn)與光斑重合，完成激光制導(dǎo)的模擬過(guò)程，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單，相應(yīng)迅速，指導(dǎo)精確度較高，非常適于教學(xué)，具體極佳的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：激光制導(dǎo);實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);研究;模擬

1 概述

激光制導(dǎo)技術(shù)和各種激光制導(dǎo)武器已有40多年的發(fā)展歷史。最早的研究工作是美國(guó)陸軍導(dǎo)彈司令部在1962年開(kāi)始的，1964年已在實(shí)驗(yàn)室完成了激光制導(dǎo)反坦克導(dǎo)彈的方案研究，而第一個(gè)實(shí)用的激光制導(dǎo)系統(tǒng)是在激光制導(dǎo)航空炸彈上實(shí)現(xiàn)的。由于采用激光制導(dǎo)技術(shù)的武器系統(tǒng)具有制導(dǎo)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)，因而各軍事大國(guó)都競(jìng)相開(kāi)展研制，尤其是在最近的幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中激光制導(dǎo)武器顯示出了強(qiáng)大的威力，使其受到了越來(lái)越廣泛的重視。激光制導(dǎo)主要采用的是半主動(dòng)式，由彈外激光目標(biāo)指示器發(fā)射的激光束照射目標(biāo)，彈上激光傳感器接收目標(biāo)漫反射的回波信號(hào)，形成對(duì)目標(biāo)的跟蹤和對(duì)彈的控制信號(hào)，從而將彈準(zhǔn)確地導(dǎo)向目標(biāo)。這種方式由于設(shè)備的成本昂貴，體積龐大，在實(shí)際的訓(xùn)練教學(xué)中并不太適用，非常繁瑣，不方便教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展，并且教學(xué)效果較差。

2 模擬激光制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

模擬激光制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，它包括激光照射模塊、探測(cè)模塊和主控制模塊。其中：激光照射模塊，用于發(fā)射激光信號(hào)，照射目標(biāo)并在目標(biāo)位置處形成光斑;探測(cè)模塊設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，用于探測(cè)光斑，并識(shí)別光斑在視場(chǎng)中的位置信息;主控制模塊，根據(jù)光斑在視場(chǎng)中的位置信息控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，并調(diào)整探測(cè)模塊的方位，如此重復(fù)，直至視場(chǎng)中心點(diǎn)與光斑重合，完成制導(dǎo)。

3 模擬激光制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)一步分析

本模擬激光制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的激光照射模塊采用現(xiàn)有的激光照射器，其參數(shù)為：波長(zhǎng)532nm，功率10mW，脈寬ns級(jí)，時(shí)域編碼，束散角1mrad;觀瞄CCD參數(shù)：尺寸150×65×180，最低照度0.05Lx，水平清晰度600線，自動(dòng)對(duì)焦，CCIR或復(fù)合式信號(hào)輸出。

本模擬激光制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的探測(cè)模塊包括四象限探測(cè)器、電壓轉(zhuǎn)換電路和位置識(shí)別電路;四象限探測(cè)器用于識(shí)別光斑在視場(chǎng)中的位置，生成四路電流信號(hào);電壓轉(zhuǎn)換電路用于將四路電流信號(hào)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換處理，得到四路電壓信號(hào);位置識(shí)別電路用于根據(jù)四路電壓信號(hào)識(shí)別光斑的質(zhì)心M的坐標(biāo)M（x，y）。通過(guò)探測(cè)模塊可以準(zhǔn)確識(shí)別光斑的質(zhì)心M的坐標(biāo)，這樣便于后續(xù)根據(jù)光斑的質(zhì)心M和視場(chǎng)中心點(diǎn)O的相對(duì)位置，從而便于調(diào)整探測(cè)器的方位，為實(shí)現(xiàn)跟蹤獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)源信號(hào)。四象限探測(cè)器參數(shù)為：外形尺寸160×80×155，探測(cè)口徑Φ6mm，光敏面5mm×5m，響應(yīng)波長(zhǎng)400-1100nm，精度0.01nm。位置識(shí)別電路采用ARM微處理器。ARM微處理器識(shí)別光斑的質(zhì)心在二維空間內(nèi)四個(gè)象限中的位置，并以視場(chǎng)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，讀取光斑的質(zhì)心在二維空間中的坐標(biāo)。

本模擬激光制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主控制模塊包括偏移量識(shí)別電路、MCU和驅(qū)動(dòng)電路;偏移量識(shí)別電路用于根據(jù)光斑的質(zhì)心M（x，y）與視場(chǎng)中心點(diǎn)O（0，0）生成偏移量，MCU由于根據(jù)偏移量生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并發(fā)送至驅(qū)動(dòng)電路;驅(qū)動(dòng)電路用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)連同設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)上的探測(cè)模塊轉(zhuǎn)動(dòng)，直至探測(cè)模塊視場(chǎng)中心點(diǎn)與光斑重合，完成制導(dǎo)。通過(guò)偏移量識(shí)別電路可以根據(jù)光斑的質(zhì)心M（x，y）與視場(chǎng)中心點(diǎn)O（0，0）的位置確定探測(cè)模塊的偏移量，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而對(duì)探測(cè)模塊方位的準(zhǔn)確調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了探測(cè)模塊對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤。轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)設(shè)有步進(jìn)電機(jī)，偏移量識(shí)別電路優(yōu)選采用51系列單片機(jī)，驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)選采用THB6064大功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。

主控制模塊還包括編碼器，編碼器用于根據(jù)預(yù)先設(shè)定的編碼格式生成編碼命令，激光照射器根據(jù)編碼命令發(fā)射激光信號(hào)。通過(guò)編碼器可以對(duì)整個(gè)制導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行加密，增強(qiáng)整個(gè)制導(dǎo)過(guò)程的安全性，便于進(jìn)針對(duì)有權(quán)限的己方操控整個(gè)制導(dǎo)過(guò)程，而對(duì)沒(méi)有權(quán)限的敵方則不響應(yīng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本模擬激光制導(dǎo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)探測(cè)模塊探測(cè)激光照射模塊發(fā)射的激光信號(hào)在目標(biāo)位置處形成的光斑，并由主控制模塊識(shí)別光斑在探測(cè)模塊視場(chǎng)中的位置信息，從而控制轉(zhuǎn)臺(tái)連同設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)上的探測(cè)模塊轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整探測(cè)器的方位，使得探測(cè)模塊視場(chǎng)中心點(diǎn)與光斑重合，完成激光制導(dǎo)的模擬過(guò)程，整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單，相應(yīng)迅速，指導(dǎo)精確度較高，非常適于教學(xué)，具體極佳的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

1.王懷立，男，1997年03月，單位：長(zhǎng)春理工大學(xué)，學(xué)生，研究方向：光制導(dǎo)。

2.季冠伯，男，1997年05月，單位：長(zhǎng)春理工大學(xué)，學(xué)生，研究方向：光制導(dǎo)。