CN103759836A - 具有模拟红外目标的光阑装置 - Google Patents

Abstract

一种具有模拟红外目标的光阑装置，属于空间探测技术领域。所述光阑装置包括电机与定位器系统（1）、连轴器（2）、滚珠丝杠（3）、滑杆（5）、支架（8）和两片对称不规则的遮光片（6），连轴器（2）的一端与电机和定位器系统（1）连接，连轴器（2）的另一端连接有两个相互平行且反向放置的滚珠丝杠（3），所述滚珠丝杠（3）上配有滚珠驱动的滑轨，每一个滚珠丝杠（3）的下方正对对应具有卡槽的滑杆（5），滑杆（5）和滚珠丝杠（3）的左右两端分别固定在支架（8）上，遮光片（6）的上方被固定在滑轨上，下方坐落于滑杆（5）的卡槽中。本发明提供的驱动装置在动态环境下，系统变性小，可靠性高，且对系统的定位精度要求不高。

Description

具有模拟红外目标的光阑装置

技术领域

本发明属于空间探测技术领域，涉及一种模拟红外目标形状和弹目距离的视场光阑装置。

背景技术

光学目标模拟器是光电探测半实物仿真性能测试系统中最重要的设备，它为测试光电探测系统提供了真实目标的光学、几何和运动特性。为了保证仿真目标的真实性，光学目标模拟器的设计应满足仿真目标相对于光电探测系统的空间运动特性与真实目标相同。

红外目标模拟器中目标形状和距离效应的模拟是靠视场光阑的开口形状与开口的变化来实现的。目前国内对视场光阑开口大小的改变途径是通过机械驱动机构带动。由电机通过左右旋丝杆驱动两个带有开口的遮光片来实现。然而由于遮光片组成的口径大都为三角形或矩形，仅仅能把目标的形状模拟成方形或矩形等，不能够真正意义上实现对目标的模拟。现实条件下红外目标由于自身的温度和压力等作用使其自身形状由矩形、圆形等变化成一种不规则的形状。

发明内容

为了解决真实环境下对不规则的红外目标的模拟仿真，本发明通过改变两片遮光片的外形，构建了一种新的具有模拟红外目标的光阑装置，能够模拟真实环境下红外目标的不规则形状，为实验中模拟红外目标和干扰提供了技术支持。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种具有模拟红外目标的光阑装置，包括电机与定位器系统、连轴器、滚珠丝杠、滑杆、球螺母、球套筒、支架和两片对称不规则的遮光片，连轴器的一端与电机和定位器系统连接，连轴器的另一端连接有两个相互平行且反向放置的滚珠丝杠，每一个滚珠丝杠的下方正对对应具有卡槽的滑杆，滑杆和丝杠的左右两端分别固定在支架上，每一个滚珠丝杠上配有滚珠驱动的滑轨，遮光片的上方被固定在滑轨上，下方坐落于滑杆的卡槽中。

本发明具有模拟红外目标的光阑装置的视场光阑开口大小的变化，由电机通过左右旋丝杆驱动两个带有不规则开口的遮光片来实现，通过改变电机转速来调节遮光片相向或背离的运动速度，用其模拟目标的速度，等效成目标的弹目距离。电机在顺时针和逆时针转动时，由于两个遮光片相向和背离运动，使得视场光阑的开口变小和变大，且保持大致形状不变。光阑片的精密定位由与电机相连的定位器完成。所述的连轴器用来连接电机与定位器系统和滚珠丝杠；所述的球螺母用以固定和限制滚珠丝杠横向工作；所述的球套筒用于固定和限制滑杆的左右驱动；所述的遮光片固定在滑杆上；所述的支架用于支撑和连接各部件。

本发明为红外目标模拟仿真提供了一种视场光阑，能够模拟真实环境下不规则的红外目标外形和弹目距离。本发明提供的驱动装置在动态环境下，系统变性小，可靠性高，且对系统的定位精度要求不高。

附图说明

图1为滚珠丝杠驱动式光阑装置的正视图；

图2为滚珠丝杠驱动式光阑装置的俯视图；

图3为滚珠丝杠驱动式光阑装置的运作过程一（光阑开口为零）；

图4为滚珠丝杠驱动式光阑装置的运作过程二（光阑开口较小）；

图5为滚珠丝杠驱动式光阑装置的运作过程三（光阑开口较大）；

图6为滚珠丝杠驱动式光阑装置的运作过程四（光阑开口最大）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1-2所示，本实施方式的具有模拟红外目标的光阑装置，包括电机与定位器系统1、连轴器2、滚珠丝杠3、滑杆5、球螺母7、球套筒4、支架8和两片对称不规则的遮光片6，其中遮光片6的相交的开口部分形成光阑，其余部分为驱动装置，对遮光片6的运动进行精确控制。

连轴器2的一端与电机和定位器系统1连接，连轴器2的另一端连接丝杠轴，丝杠轴将两个相互平行且反向放置的滚珠丝杠3连接在一起，所述两个滚珠丝杠3的结构相同。每一个滚珠丝杠3的下方正对对应具有卡槽的滑杆5，滑杆5和滚珠丝杠3分别通过球套筒4和球螺母7固定在支架8上。每一个滚珠丝杠3上都配有滚珠驱动的滑轨，两个遮光片6上方分别被固定在两个具有相向运动特性的滑轨上，下方坐落于滑杆5的卡槽中。本装置通过电机与定位器系统1的合理运作，通过连轴器2带动两个平行的丝杠转动，使各自被固定在丝杠上的滚珠滑轨相向运动，带动固定在滑轨之上的遮光片6相向运动，等效成具有不同形状的光阑结构。通过设计不同形状的遮光片6，可以达到等效出不同形状的光阑结构的效果。

红外目标模拟器中目标形状和距离效应的模拟是靠视场光阑的开口形状和开口的变化来实现的。根据所要模拟的目标形状，可将其归纳为两类：尾喷管、干扰弹、紫外机身为圆形或矩形；尾焰为三角形。然而在真实环境中，由于目标的温度以及环境对其的影响，其形状表现为不规则形。在投影物镜焦距一定时，可模拟目标对导引头传感器的视角变化。因此，开口变化的速度能够描述距离的变化特征。

本发明中的遮光片6，在运作过程中其相交的开口部分可构建一种不规则形状，用以模拟了真实环境下目标的形状特性。构造遮光片6外形结构使其相向运动时相交的开口部分形状基本保持不变，用以模拟目标在飞行过程中形状基本不变的特性。采用此种遮光片6的合理运动来构建视场光阑，可对红外目标进行模拟仿真。

驱动装置的作用是通过合理运作来构建视场光阑开口大小的变化，进而模拟红外目标。光阑的开口大小变化由电机通过左右旋丝杆驱动两个带有开口的不规则的遮光片6来实现。电机在顺时针和逆时针转动时，由于两个遮光片6相向和背离运动，使得视场光阑的开口变小和变大，且始终保持形状基本不变。光阑片的精密定位由与电机相连的定位器完成。

通过该驱动装置和遮光片的合理运作，可以构建出真实环境下的红外目标模拟器的视场光阑，在外加条件的情况下，能够对红外目标进行合理的模拟仿真，对现实条件下模拟红外目标以及了解其弹目距离特性非常有意义。

具体实施方式的参数为：滚珠丝杠3的直径为10mm，导程为10/3mm，螺母和遮光片6的质量M=0.1kg，电机转速130转/秒，电机角加速度10200转/秒²，视场光阑定位精度0.02mm，电机的定位精度2.2°。

红外目标/干扰模拟器的工作波段为3-5μm，所以其光源应选用黑体。由系统的能量计算可知黑体的辐出度为M=0.1w/cm ² ，根据普朗克公式                                               

，其中,，

，

。此时对应的温度为550K。

光学系统的焦距为f’=330mm，透过率参数K的值为0.046，系统的照明光源为黑体，其辐射亮度为L，其中光照度E满足公式。式中M（T）=πL，D为光学系统的出瞳直径，遮光片6组成的光阑形状基本不变，近似于矩形。根据知，在光学系统参数不变的情况下，系统的光照度与系统等效出的视场光阑口径的平方成正比，系统每一时刻等效的光阑口径即对应其不同时刻的出瞳照度。通过对出瞳面上不同时刻光照度的计算，可得出不同时刻的等效光阑口径，通过等效光阑口径变化的快慢来了解目标的速度、远近，进而描述距离的变化特征。

图3-6描述了电机与定位器系统运作的过程，通过装置中丝杠带动滑轨相向的运动，使固定在其上的遮光片组合形成具有模拟真实条件下的红外目标的形状。四幅图描述了等效的光阑开口由零逐渐变大的过程。当电机与定位器系统反向运作时，系统等效出的光阑形状将从图6逐渐变回图3，即实现了等效的光阑开口逐渐变小的过程。

Claims (5)

1.一种具有模拟红外目标的光阑装置，其特征在于所述光阑装置包括电机与定位器系统（1）、连轴器（2）、滚珠丝杠（3）、滑杆（5）、支架（8）和两片对称不规则的遮光片（6），连轴器（2）的一端与电机和定位器系统（1）连接，连轴器（2）的另一端连接有两个相互平行且反向放置的滚珠丝杠（3），所述滚珠丝杠（3）上配有滚珠驱动的滑轨，每一个滚珠丝杠（3）的下方正对对应具有卡槽的滑杆（5），滑杆（5）和滚珠丝杠（3）的左右两端分别固定在支架（8）上，遮光片（6）的上方被固定在滑轨上，下方坐落于滑杆（5）的卡槽中。

2.根据权利要求1所述的一种具有模拟红外目标的光阑装置，其特征在于所述滑杆（5）通过球套筒（4）固定在支架（8）上。

3.根据权利要求1所述的一种具有模拟红外目标的光阑装置，其特征在于所述滚珠丝杠（3）通过球螺母（7）固定在支架（8）上。

4.根据权利要求1所述的一种具有模拟红外目标的光阑装置，其特征在于所述滚珠丝杠（3）的直径为10mm，导程为10/3mm。

5.根据权利要求1所述的一种具有模拟红外目标的光阑装置，其特征在于所述电机与定位器系统（1）中，电机转速130转/秒，电机角加速度10200转/秒²，电机的定位精度2.2°。

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