CN104700681B - 驾束制导演示仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种驾束制导演示仪，包括红外信号源部分、红外信号接收部分与二自由度运动平台。其中，红外信号源部分通过红外信号灯发出恒定强度的圆锥体红外光束绕步进电机输出轴旋转，形成呈正弦型变化的光信号，由安装在二自由度运动平台上的红外信号接收部分接收，并进行处理，得到红外信号接收部分与步进电机输出轴轴线延长线的方向与距离偏差；根据距离偏差信号控制二自由度运动平台运动，带动红外信号接收机朝向红外信号源部分中步进电机旋转轴延长线方向移动，直至到达步进电机的输出轴与二自由度运动平台所在平面的交点处，实现制导演示效果。本发明的优点为：在成本与演示效果间取得平衡；既可用于理论研究，又可为实践教学提高硬件支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种导弹驾束制导演示仪，具体来说，是一种以旋转的红外光为信号源的驾束制导演示仪。
背景技术
驾束制导，其实就是导弹骑着信号光束飞行。工作时，望远系统先捕捉并跟踪目标，以最佳的角度发射导弹，使导弹进入经编码调制的光波束中，进入波束的方向要尽可能与激光束轴线的方向一致，弹体在飞行过程中，弹体上的接收机接收到光束信号，从中处理制导所需的误差量，即弹体和轴线偏离的方向和大小。并将这个误差量送入弹的控制系统，由控制系统控制弹的飞行方向和姿态，始终保持弹体和光束的重合，最终将战斗部引导于目标上。二十世纪六十年代美国、法国开始驾束制导的研究，经过几十年的研究，世界上采用驾束制导的导弹已经经历了两代，共十余种。瑞典的RBS—70便携式导弹即属于此类。
以上导弹驾束制导的理论在一些大学相关专业课程中都会有介绍，但为了学生知识的更好理解以及导弹驾束制导技术的开发与研究，除了进行说教式的知识传授与理论研究外，还要进行硬件实验，然而进行导弹的实弹驾束制导演示受安全、成本以及演示效果的限制显然不可能。如能开发出一种演示仪器，能够直观地展现出导弹在驾束制导过程中的状态，实现对目标的跟踪与瞄准。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出一种用旋转的红外光束做信号源的低成本、便于推广的驾束制导演示仪，不仅能够用于导弹驾束制导的理论研究，而且也能够为日常实践教学提供良好的硬件支持。
本发明驾束制导演示仪，包括红外信号源部分、红外信号接收部分与二自由度运动平台。
所述红外信号源部分，包括步进电机、红外信号灯、转盘、转轴、万向节、底座、支柱、固定圈、红外信号源发生模块、电机驱动模块A与单片机模块A。其中，步进电机安装在底座上；步进电机输出轴端部安装有转盘；转盘端面边缘位置安装有万向节；转轴一端与万向节固定，另一端穿过由支柱支撑于底座上的固定圈后，与红外线信号灯相连；所述红外信号发生模块与电机驱动模块A均与单片机模块A相连。其中，步进电机与电机驱动模块A相连；红外信号灯与红外信号发生模块相连。上述转轴轴线与步进电机输出轴轴线夹角呈30°，且使红外信号灯发射的红外光束光轴与转轴轴线平行。
所述红外信号接收部分包括红外信号接收机、红外信号处理模块、电机驱动模块B与单片机模块B。红外信号接收部分安装在二自由度运动平台上，通过二自由度运动平台实现红外信号接收部分在水平方向以及在竖直方向上的位置调节。红外信号处理模块与红外信号接收机相连；电机驱动模块B与二自由运动度平台中的两个驱动电机相连。
由此，通过红外信号接收机接收红外信号源部分发出的正弦光信号，由单片机模块B控制红外信号处理模块基于快速傅里叶算法进行处理，得到红外信号接收机与步进电机输出轴轴线延长线的方向与距离偏差，并由单片机模块B根据距离偏差信号控制电机驱动模块B驱动二自由度运动平台中两个驱动电机运动，最终带动二自由度运动平台上的红外信号接收机朝向红外信号源部分中步进电机旋转轴延长线方向移动，使红外信号接收机到达步进电机的输出轴与二自由度运动平台所在平面的交点处，从而实现制导演示效果。
本发明的优点在于：
1、本发明本驾束制导演示仪，采用旋转的红外信号源代替复杂的红外编码器，用红外信号接收器与二自由度平台代替弹体，在成本与演示效果间取得平衡；
2、本发明驾束制导演示仪，结构简单，便于多台套推广，既可用于理论研究，例如验证一些导弹的驾束制导控制算法；又可为实践教学提高硬件支持，给同学以直观的认识。
附图说明
图1为本发明驾束制导演示仪整体结构示意图；
图2为本发明制驾束制导演示仪中红外信号源部分结构示意图；
图3为本发明制驾束制导演示仪中红外信号接收部分结构框图。
图中：
1-红外信号源部分 2-红外信号接收部分 3-二自由度运动平台
4-红外光束 101-步进电机 102-红外信号灯
103-转盘 104-转轴 105-万向节
106-底座 107-支柱 108-固定圈
109-红外信号源发生模块 110-电机驱动模块A 111-单片机模块A
201-红外信号接收机 202-红外信号处理模块 203-电机驱动模块B
204-单片机模块B
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明驾束制导演示仪，包括红外信号源部分1、红外信号接收部分2与二自由度运动平台3，如图1所示。
所述红外信号源部分1为一封装结构，通过支架支撑，包括步进电机101、红外信号灯102、转盘103、转轴104、万向节105、底座106、支柱107、固定圈108、红外信号源发生模块109、电机驱动模块A110与单片机模块A111。其中，步进电机101安装在底座106的一侧面上，保证步进电机101的输出轴轴线与水平面平行。步进电机101输出轴端部同轴固定安装有转盘103；转盘103端面边缘位置安装有万向节105。转轴104一端与万向节105固定，另一端穿过由支柱107支撑于底座1底面上的固定圈108后，与红外线信号灯102相连，通过固定圈108将转轴104定位，使转轴104轴线与步进电机101输出轴轴线夹角呈30°，且使红外信号灯102发射的红外光束4光轴与转轴104轴线平行。
所述红外信号发生模块109与电机驱动模块A110均与单片机模块A111相连；其中，步进电机101与电机驱动模块A110相连，通过单片机模块A111控制电机驱动模块A110驱动步进电机101以定速工作。红外信号灯102与红外信号发生模块109相连，通过单片机模块A111控制红外信号发生模块109使红外信号灯102发出的恒定强度且波长为940nm的圆锥体红外光束4绕步进电机101输出轴旋转。由此，步进电机101的定速工作，使由步进电机101输出轴带动转盘103转动，最终带动转轴104与红外信号灯102以定速绕着步进电机101输出轴转动。由于，红外光束4光轴与转轴104间呈30度夹角转动，使得在红外信号源部分1工作时，红外信号接收部分2接收到的光信号呈正弦型变化的正弦光信号。
所述红外信号接收部分2包括红外信号接收机(型号为LF-DX1)201、红外信号处理模块202、电机驱动模块B203与单片机模块B204。红外信号接收部分2作为一个整体模块，安装在二自由度运动平台3上，通过二自由度运动平台3实现红外信号接收部分2在水平方向以及在竖直方向上的位置调节。其中，二自由度运动平台3设置在红外信号源部分1前方，为采用为铝合金制成的十字滑台，位于红外信号灯102发出的圆锥体红外光束4区域内，圆锥体红外光束4区域与二自由度运动平台3交线为半径为400mm的圆。信号处理模块202与电机驱动模块B203均与单片机模块B204相连；其中，红外信号处理模块202与红外信号接收机201相连；电机驱动模块B203与二自由运动度平台3中控制x、y轴运动的两个驱动电机相连。由此，通过红外信号接收机201接收红外信号源部分1发出的正弦光信号，由单片机模块B204控制红外信号处理模块202基于快速傅里叶算法进行处理，得到红外信号接收机201与步进电机101输出轴轴线延长线的方向与距离偏差，并由单片机模块B204根据距离偏差信号控制电机驱动模块B203驱动二自由度运动平台3中两个驱动电机运动，最终带动二自由度运动平台3上的红外信号接收机201朝向红外信号源部分1中步进电机101旋转轴延长线方向移动，使红外信号接收机201到达步进电机101的输出轴与二自由度运动平台3所在平面的交点处，从而实现制导演示效果。
Claims (5)
1.驾束制导演示仪，其特征在于：包括红外信号源部分、红外信号接收部分与二自由度运动平台；
所述红外信号源部分，包括步进电机、红外信号灯、转盘、转轴、万向节、底座、支柱、固定圈、红外信号源发生模块、电机驱动模块A与单片机模块A；其中，步进电机安装在底座上；步进电机输出轴端部安装有转盘；转盘端面边缘位置安装有万向节；转轴一端与万向节固定，另一端穿过由支柱支撑于底座上的固定圈后，与红外信号灯相连；所述红外信号源发生模块与电机驱动模块A均与单片机模块A相连；其中，步进电机与电机驱动模块A相连；红外信号灯与红外信号源发生模块相连；上述转轴轴线与步进电机输出轴轴线间具有夹角，且使红外信号灯发射的红外光束光轴与转轴轴线平行；
所述红外信号接收部分包括红外信号接收机、红外信号处理模块、电机驱动模块B与单片机模块B；红外信号接收部分安装在二自由度运动平台上，通过二自由度运动平台实现红外信号接收部分在水平方向以及在竖直方向上的位置调节；红外信号处理模块与红外信号接收机相连；电机驱动模块B与二自由度运动平台中的两个驱动电机相连。
2.如权利要求1所述驾束制导演示仪，其特征在于：所述单片机模块A控制红外信号源发生模块使红外信号灯发出恒定强度且波长为940nm的圆锥体红外光束。
3.如权利要求1所述驾束制导演示仪，其特征在于：所述转轴轴线与步进电机输出轴轴线夹角为30°。
4.如权利要求1所述驾束制导演示仪，其特征在于：所述二自由度运动平台为采用铝合金制成的十字滑台，位于红外信号灯发出的圆锥体红外光束区域内。
5.如权利要求1所述驾束制导演示仪，其特征在于：所述红外信号接收机接收红外信号源部分发出的正弦光信号，由单片机模块B控制红外信号处理模块进行处理，得到红外信号接收机与步进电机输出轴轴线延长线的方向与距离偏差，并由单片机模块B根据距离偏差信号控制电机驱动模块B驱动二自由度运动平台中两个驱动电机运动，最终带动二自由度运动平台上的红外信号接收机朝向红外信号源部分中步进电机旋转轴延长线方向移动。
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