CN103486906A - 一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，激光半主动、红外点源制导、红外成像制导、激光/红外复合制导等半实物仿真系统中的一种多模式目标模拟器装置，属于制导弹药半实物仿真目标模拟器技术领域。该复合目标模拟器装置，能够模拟更逼真的目标和场景，使红外成像目标、红外点源目标/红外干扰以及激光目标在同一视场中共口径输出。

Description

一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器
技术领域
本发明涉及一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，激光半主动、红外点源制导、红外成像制导、激光/红外复合制导等半实物仿真系统中的一种多模式目标模拟器装置，属于制导弹药半实物仿真目标模拟器技术领域。
背景技术
激光/红外点源/成像复合目标模拟器装置是激光半主动制导、红外点源制导、红外成像制导和激光/红外复合制导半实物仿真系统中的关键部件，在激光半主动、红外点源制导、红外成像制导和激光/红外复合制导半实物仿真系统中起着重要作用。激光/红外点源/成像复合目标模拟器装置在实验室条件下为被测试的导引头传感器提供物理的、实时的目标和背景辐射源。
随着半实物仿真技术的发展，要求目标模拟器装置能够提供更逼真的场景和目标影像，真实的场景不只包含目标，还存在与目标相似的干扰，也包括背景的图像。因此目标模拟器装置需要同时模拟成像目标和点源及干扰目标，并将多个目标复合在一起，在同一个视场中共口径输出，并且目标的强度、大小和运动方式能根据使用要求变化。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，能够模拟更逼真的目标和场景，使红外成像目标、红外点源目标/红外干扰以及激光目标在同一视场中共口径输出，并且能够单独控制每个目标和干扰的强度、大小、形状和运动方向实时变化。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，包括目标耦合器件、红外成像通道、红外点源通道和激光目标通道；红外点源通道为五路；
其中，目标耦合器件为玻璃平板，玻璃平板的材料为氟化钙；其中一面经过打磨形成漫反射面；
红外成像通道包括可见光图像生成装置、红外转换器和成像中继光学系统；可见光图像生成装置生成的可见光图像经过红外转换器的转化后，形成红外图像，红外图像经成像中继光学系统在目标耦合器件的漫反射面成像；
红外点源通道中的每路均相同；
红外点源通道包括点源目标光源、会聚光学系统、点源目标尺寸和能量控制装置、点源中继光学系统、摆镜和反射镜；其中点源目标尺寸和能量控制装置包括光阑片、衰减片A、衰减片B和挡光片；
点源目标光源发出的光束经过会聚光学系统汇聚在光阑片的光阑孔中形成一个2-5mm的光斑；经过光阑孔的光束经过衰减片A和衰减片B的衰减，衰减后的光束依次经过点源中继光学系统、摆镜和反射镜后在目标耦合器件的漫反射面成像；
当不需要该路点源时通过挡光片来结束光路点源；
激光目标通道包括点源中继光学系统、摆镜、反射镜和激光器；激光器发出的激光依次经过点源中继光学系统、摆镜和反射镜后在目标耦合器件的漫反射面成像。
包含多个目标，其中一个为红外成像场景，多个红外点源目标/干扰和一个激光目标。在结构方式上以红外场景生成装置为中心，红外点源目标/红外干扰生成装置和激光目标生成装置围绕红外场景生成装置放置。红外场景经过光学系统中继后直接投影在多目标耦合装置上，红外点源目标和激光目标经过反射镜转折后入射到多目标耦合装置上，经过多目标耦合装置后耦合为共口径输出。可以通过控制红外点源目标和激光目标光路中的反射镜使红外点源目标和激光目标在多目标耦合装置的耦合面上移动，模拟红外点源目标和激光目标的运动。反射镜安装在伺服电机上，通过伺服电机控制反射镜的运动，实现红外点源目标和激光目标的运动。可以通过一个伺服电机控制一面反射镜可以使红外点源目标和激光目标在耦合面上实现一维运动，通过两个伺服电机控制两面反射镜可以使红外目标和激光目标在耦合面上实现二维运动。通过改变红外点源目标光源的光谱滤光片带通波段可以改变目标辐射输出的波段。红外场景可以通过加装光谱滤光片输出不同波段的红外场景。红外点源的光源可以根据要求的波段选择黑体、卤素灯、气体放电灯、LED或激光器。激光目标可以根据要求选择不同工作波段和不同工作模式的激光器。在红外点源中增加光阑可以控制点源目标的尺寸和形状，选用可变光阑，将可变光阑装在伺服电机上，通过控制伺服电机工作改变光阑的大小和形状控制目标的尺寸和形状。在红外点源中增加渐变衰减片，渐变衰减片安装在伺服电机上，通过伺服电机控制渐变衰减片的运动使通过衰减片的光能量大小发生变化，调节红外点源输出能量的大小。在激光/红外点源/红外成像复合目标模拟器装置中，多目标耦合装置是整个装置的关键器件。红外场景通过成像中继光学系统将图像投影在多目标耦合装置上，红外点源目标和激光目标经过中继光学系统投影在多目标耦合装置上，然后耦合为共口径输出。多目标耦合装置可以选用漫反射器件、传像光缆、微透镜阵列、分光棱镜或二元光学元件。
若多目标耦合装置选用漫反射器件，则红外点源目标与红外场景可以分别置于漫反射器件的两侧。在漫反射器件的一侧，红外场景经过成像中继光学系统后成像在漫反射器件上，透射并输出。在另一侧，以成像目标的光轴为中心轴，点源目标围绕中心轴放置，经过点源中继光学系统和反射镜后入射在漫反射器件上后反射输出。成像目标和点源目标在漫反射器件上耦合为共口径输出。激光/红外点源/红外成像复合目标模拟器装置的控制系统采用网络伺服控制系统驱动伺服电机实现。通过带有实时操作系统的计算机，控制网络伺服控制系统进行工作，完成对伺服电机的实时控制。
有益效果
1）提供了一种激光/红外点源/红外成像复合目标模拟器装置，能够模拟更逼真的目标和场景，使红外成像目标、红外点源目标/红外干扰以及激光目标在同一视场中共口径输出。
2）结构简单灵活，红外点源目标/干扰和激光的数量可以根据实际情况增减。
3）系统可以模块化，灵活性高。可以改变目标光源的类型，改变目标的波段。
4）点源目标的尺寸、形状、能量和运动方向实时可控。
5）在红外场景的背景下模拟点源目标。
6）可以实现激光/红外点源/红外成像复合目标的模拟。
附图说明
图1为本发明的目标模拟器的结构示意图；
图2为红外成像通道的结构示意图；
图3为红外点源通道的结构示意图；
图4为点源目标尺寸和能量控制装置的结构示意图；
图5为激光目标通道的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
如图1所示，一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，包括目标耦合器件4、红外成像通道、红外点源通道和激光目标通道；红外点源通道为五路；
其中，目标耦合器件4为玻璃平板，玻璃平板的材料为氟化钙；其中一面经过打磨形成漫反射面；
如图2所示，红外成像通道包括可见光图像生成装置1、红外转换器2和成像中继光学系统3；可见光图像生成装置1生成的可见光图像经过红外转换器2的转化后，形成红外图像，红外图像经成像中继光学系统3在目标耦合器件4的漫反射面成像；
红外点源通道中的每路均相同；
如图3所示，红外点源通道包括点源目标光源5、会聚光学系统6、点源目标尺寸和能量控制装置7、点源中继光学系统8、摆镜9和反射镜10；如图4所示，其中点源目标尺寸和能量控制装置7包括光阑片11、衰减片A12、衰减片B13和挡光片14；
如图5所示，点源目标光源5发出的光束经过会聚光学系统6汇聚在光阑片11的光阑孔中形成一个2-5mm的光斑；经过光阑孔的光束经过衰减片A12和衰减片B13的衰减，衰减后的光束依次经过点源中继光学系统8、摆镜9和反射镜10后在目标耦合器件4的漫反射面成像；
当不需要该路点源时通过挡光片14来结束光路点源；
激光目标通道包括点源中继光学系统8、摆镜9、反射镜10和激光器15；激光器15发出的激光依次经过点源中继光学系统8、摆镜9和反射镜10后在目标耦合器件4的漫反射面成像。
目标耦合器件还可以为传像光缆、微透镜阵列、分光棱镜或二元光学元件。
工作过程：经红外成像通道在目标耦合器件4上所成的红外图像、经五路红外点源通道在目标耦合器件4上所成的红外点源图像以及经激光通道在目标耦合器件4上所成的激光点源图像在目标耦合器件4上进行复合，然后输出包括激光/红外点源/红外成像的复合目标。其中，每个红外点源通道和激光目标通道可以根据要求单独进行控制，红外点源通道生成的红外点源的大小、形状和能量可以根据使用要求实时变化；红外点源通道生成红外点源目标的辐射波段可以细分为3.7-4.8μm和4.7-5.6μm两个波段；和激光目标通道生成的激光目标的大小、形状、脉冲编码和能量可以根据使用要求实时变化；通过红外点源通道和激光通道中的摆镜，可以实时控制红外点源目标和激光目标的运动方向；目标模拟器的结构方式可以根据红外点源通道和激光目标通道的数量确定；在使用过程中，红外成像通道根据要求可以同时产生3-5μm和8-12μm两个波段的红外图像；目标模拟器的控制系统是采用网络伺服控制系统来驱动伺服电机工作，利用一台带有实时操作系统的计算机对网络伺服控制系统进行控制，完成对伺服电机的实时控制。
对本发明的激光/红外点源/红外成像复合目标模拟器装置做详细说明。实施例为一个红外场景、一个红外点源目标、四个红外点源干扰和一个激光目标组成的复合目标模拟器。图1为一个红外场景、五个红外点源目标/干扰和一个激光目标复合的结构示意图。如图所示，实施例中包括一个红外场景、一个红外点源目标、四个红外点源干扰和一个激光目标，红外场景装置置于中心，五个红外点源和一个激光目标排布与以红外场景为圆心的圆周上。
红外场景由可见光图像生成装置、红外转换器和成像中继光学系统等组成，如图2所示。可见光图像生成装置生成的可见光目标图像经过红外转换器后转换为红外图像，经过成像中继光学系统成像在多目标耦合装置的复合像面上。若要改变成像目标的波段，则可以通过改变红外转换器来实现。直接用可见光图像生成装置产生的目标图像经过中继光学系统成像在多目标耦合装置上，则成像目标为可见光目标，也可以通过改变红外转换器的结构，产生不同波段的红外图像。
红外点源目标/干扰由光源、会聚光学系统、目标尺寸和能量控制装置、点源中继光学系统、摆镜和反射镜等组成。如图3所示。红外点源目标/干扰尺寸和能量控制装置由光阑片、挡光片、衰减片A和衰减片B等组成，如图4所示。光源发出的光束经过会聚光学系统整形后入射在目标尺寸和能量控制装置上，通过光阑片的运动控制红外点源目标/干扰尺寸的大小，通过两片衰减片的相对运动控制能量的衰减，从而控制红外点源目标/干扰的强度。然后经过点源中继光学系统成像在复合像面上，摆镜是一面安装在伺服电机上反射镜，它的作用和反射镜10相同，都是进行光路折转，满足结构上的要求，同时通过控制伺服电机的运动控制摆镜的运动，从而控制光束的运动，即红外点源目标/干扰的运动，通过控制摆镜的运动，可以使红外点源目标/干扰在复合像面上运动。实施例中只控制了一面反射镜即摆镜的运动，因此红外点源目标/干扰在复合像面上进行一维运动。也可以同时控制摆镜和反射镜的运动，实现红外点源目标/干扰在复合像面上进行二维运动，这里摆镜和反射镜的转轴互相垂直，一面反射镜控制红外点源目标/干扰在平面的X轴上运动，另一面反射镜控制点源目标/干扰在平面的Y轴上运动。通过改变光源，可以控制红外点源目标/干扰的波段。挡光片的作用是在不使用红外点源目标/干扰时，通过控制挡光片的位置，将挡光片置于光路中，遮挡红外点源目标/干扰，使其不能成像在复合像面上，最终没有红外点源目标/干扰输出。
激光目标结构与红外点源/干扰目标结构相似，由激光器、目标尺寸和能量控制装置、点源中继光学系统、摆镜和反射镜等组成，如图5所示。因为激光器输出激光的光斑尺寸很小，发散角也很小，因此在激光器前方不加会聚光学系统，可以根据需要选择是否加入准直光学系统。激光目标中的其他部分与红外点源/干扰目标中的作用相同。激光器发出的激光经过目标尺寸和能量控制装置对激光目标的尺寸和强度进行控制，然后经过点源中继光学系统成像在复合像面上，通过反射镜和摆镜进行光路折转并控制激光目标在复合像面上的运动。同样通过挡光片控制激光目标是否输出。
实施例中多目标耦合装置选用一种漫反射器件，当光束照射在器件的漫反射表面时，光束发生漫反射，漫反射后的光束会向各个方向传播，从不同方向入射到漫反射表面的光束都会向空间的各个方向传播。此时以漫反射表面作为光学投影系统的物面，则从不同方向入射的光束经过漫反射表面后肯定会有一部分光沿着光学投影系统的轴向传播，因此经过漫反射表面后不同方向入射的目标/干扰光束会耦合在一起，经过光学投影系统投影出去，实现多目标耦合。通过控制漫反射面的粗糙度，可以使其透过率在20%左右。目标耦合器件还可以选择传像光缆、微透镜阵列、分光棱镜或二元光学元件等。

Claims (10)

1.一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：包括目标耦合器件、红外成像通道、红外点源通道和激光通道；红外点源通道为五路；
红外成像通道包括可见光图像生成装置、红外转换器和成像中继光学系统；可见光图像生成装置生成的可见光图像经过红外转换器的转化后，形成红外图像，红外图像经成像中继光学系统在目标耦合器件上成像；
红外点源通道中的每路均相同；
红外点源通道包括点源目标光源、会聚光学系统、点源目标尺寸和能量控制装置、点源中继光学系统、摆镜和反射镜；其中点源目标尺寸和能量控制装置包括光阑片、衰减片A、衰减片B和挡光片；
点源目标光源发出的光束经过会聚光学系统汇聚在光阑片的光阑孔中；经过光阑孔的光束经过衰减片A和衰减片B的衰减，衰减后的光束依次经过点源中继光学系统、摆镜和反射镜后在目标耦合器件上成像；
当不需要该路点源时通过挡光片来结束光路点源；
激光通道包括点源中继光学系统、摆镜、反射镜和激光器；激光器发出的激光依次经过点源中继光学系统、摆镜和反射镜后在目标耦合器件上成像。
2.根据权利要求1所述的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：玻璃平板的材料为氟化钙。
3.根据权利要求1所述的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：目标耦合器件为玻璃平板，其中一面经过打磨形成漫反射面。
4.根据权利要求1所述的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：目标耦合器件为传像光缆、微透镜阵列、分光棱镜或二元光学元件。
5.根据权利要求1所述的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：红外点源通道位于红外成像通道的同侧。
6.根据权利要求1所述的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：红外点源通道位于红外成像通道的对侧。
7.根据权利要求1所述的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：红外点源通道在以红外成像通道为中的圆周上排布。
8.根据权利要求1所述的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：红外点源通道位于目标耦合器件的同侧。
9.根据权利要求1所述的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：红外点源通道位于目标耦合器件的对侧。
10.根据权利要求1所述的一种激光、红外点源和红外成像的复合目标模拟器，其特征在于：红外点源通道和激光通道的结构相同。
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