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

      2019-04-04 00:55:30王懷立季冠伯
      科學(xué)與財(cái)富 2019年4期
      關(guān)鍵詞:激光制導(dǎo)模擬研究

      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)

      [1]劉洲洲.基于激光制導(dǎo)技術(shù)的仿真計(jì)算研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2013.

      [2]龍多、張喜和、顏輝.模擬激光制導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].物理實(shí)驗(yàn),2005.

      [3]劉萬(wàn)里.激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)及應(yīng)用技術(shù)研究[D].天津大學(xué),2015.

      [4]陳世偉.激光制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展概述[J].航空科學(xué)技術(shù),2007.

      [5]鄧仁亮.光學(xué)制導(dǎo)技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1992.

      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)。

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