CN104880700B - 一种准直控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准直控制装置，所述装置包括：反馈单元，用于反馈光信号；信号发射接收单元，用于发射光信号，并接收所述反馈单元发来的对应所述光信号的反馈信号；准直状态监控单元，用于监测所述反馈信号在所述信号发射接收单元上的停留时间得到驻留时间；工况选择单元，用于根据所述驻留时间选择工作模式；信号采样单元，用于根据所述工作模式对所述反馈信号进行采样得到采样信号；控制信号生成单元，用于根据所述采样信号得到控制信号；操作单元，用于根据所述控制信号对所述反馈单元进行控制。本发明还同时公开了一种准直控制方法。

Description

一种准直控制装置及方法

技术领域

本发明属于信号定位技术领域，尤其涉及一种准直控制装置及方法。

背景技术

导弹发射时需要对导弹进行定位，以便控制导弹对目标进行打击。对导弹进行定位时，需要在地面架设光电瞄准仪等设备，使光电瞄准仪对准导弹内的瞄准窗口，瞄准窗口内的平面直角棱镜会将光电瞄准仪发出的激光反射回去，实现准直控制。理想情况下，光电瞄准仪发出的激光会和平面直角棱镜反射的激光重合或小范围误差，即满足准直控制要求；当经过一定时间的采样计算后，根据已知的光电瞄准仪的位置信息就能确定导弹的位置，进而可以引导导弹攻击目标。

实际中，导弹通常设置在复杂的环境里，导弹定位会受到各个方面的干扰。如，当导弹自身弹长较大，在竖直放置时，会随着周围的风而发生晃动。此时，光电瞄准仪发出的激光和平面直角棱镜反射的激光无法重合或误差较大，导致采样时间太短，进而无法得到足够多的采样数据来对导弹进行定位，对于实战来说，可能带来严重的后果。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种准直控制装置及方法，至少能解决导弹定位过程中受干扰无法定位等技术问题。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种准直控制装置，所述装置包括：

反馈单元，用于反馈光信号；

信号发射接收单元，用于发射光信号，并接收所述反馈单元发来的对应所述光信号的反馈信号；

准直状态监控单元，用于监测所述反馈信号在所述信号发射接收单元上的停留时间得到驻留时间；

工况选择单元，用于根据所述驻留时间选择工作模式；

信号采样单元，用于根据所述工作模式对所述反馈信号进行采样得到采样信号；

控制信号生成单元，用于根据所述采样信号得到控制信号；

操作单元，用于根据所述控制信号对所述反馈单元进行控制。

上述方案中，所述准直状态监控单元包括：

感应子单元，用于监测所述反馈信号；

计时子单元，用于测量所述反馈信号的停留时间得到驻留时间。

上述方案中，所述工况选择单元包括：

工况判断子单元，用于根据所述驻留时间确定工作模式。

上述方案中，所述信号采样单元包括：

频率控制子单元，用于根据所述工作模式选择采样频率；

采样子单元，用于根据所述采样频率对所述反馈信号进行采样得到采样信号。

上述方案中，所述控制信号生成单元包括：

信号处理子单元，用于对所述信号采样单元采集的采样信号进行处理，得到控制信号。

本发明实施例还提供了一种准直控制方法，所述方法包括：

监测准直控制过程中反馈信号的驻留时间；

根据所述驻留时间选择准直控制的工作模式；

根据所述工作模式对所述反馈信号进行采样得到采样信号；

通过所述采样信号得到控制信号。

上述方案中，所述监测准直控制过程中反馈信号的驻留时间包括：

监测所述反馈信号；

测量所述反馈信号的停留时间得到驻留时间。

上述方案中，所述根据所述驻留时间选择准直控制的工作模式包括：

当所述驻留时间大于设定时间时，采用第一工作模式；否则，采用第二工作模式；所述第二工作模式的采样频率高于所述第一工作模式的采样频率。

本发明实施例所提供的准直控制装置及方法，通过准直状态监控单元监测反馈光信号的驻留时间，进而判断准直状态；根据准直状态选择工作模式，能够保证在存在外界干扰的情况下得到准确的准直控制。

附图说明

图1为实施例1的准直控制装置的组成结构示意图；

图2为实施例2的准直控制方法的实现流程图；

图3为实施例3的基本结构图；

图4为实施例3的信号时序图；

图5为实施例3的线阵CCD驱动及A/D转换器采样的示意图；

图6为实施例3的光斑采样隔点计算流程图；

图7为实施例3的控制流程示意图。

为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的尺寸、结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定尺寸、结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

实施例1

为了解决导弹定位过程中受干扰无法定位等技术问题，本发明实施例提供了一种准直控制装置，如图1所示，本实施例的所述装置包括：

反馈单元101，用于反馈光信号；反馈单元101即导弹瞄准窗口内的平面直角棱镜，用于反射光电瞄准仪发来的激光信号；

信号发射接收单元102，位于光电瞄准仪上，用于发射光信号，并接收所述反馈单元发来的对应所述光信号的反馈信号；信号发射接收单元102位于光电瞄准仪上，具有激光发射器和接收反馈信号的设备；

准直状态监控单元103，用于监测所述反馈信号在所述信号发射接收单元上的停留时间得到驻留时间；当信号发射接收单元102接收反馈信号时，位于光电瞄准仪上的准直状态监控单元103能够测量反馈信号在信号发射接收单元102上停留的时间，得到反馈信号的驻留时间；根据驻留时间就可得到当前的准直状态，进而判断干扰对定位的影响程度；

工况选择单元104，用于根据所述驻留时间选择工作模式；知道上述驻留时间后，就可以根据驻留时间的长度选择当前光电瞄准仪采样和计算的工作模式，避免干扰对定位的影响；

信号采样单元105，用于根据所述工作模式对所述反馈信号进行采样得到采样信号；当驻留时间较长时，可以认为此时受到的干扰较小，采用较低的采样频率进行采样就能满足定位要求；当驻留时间较短时；认为此时受到的干扰很大，此时采用较高的采用频率，使得在很短的驻留时间内也可得到准确的采样信号，从而实现精确定位；

控制信号生成单元106，用于根据所述采样信号得到控制信号；控制信号生成单元106对采样信号进行处理，得到反馈信号对应的反馈单元101的控制信号，使得反馈单元101调整反馈信号，实现准直控制；

操作单元107，用于根据所述控制信号对所述反馈单元进行控制；操作单元107接收控制信号，驱动反馈单元101偏转，实现准直控制。

本发明实施例的准直控制装置能够根据反馈光信号的驻留时间判断准直状态；根据准直状态选择工作模式，能够保证在存在外界干扰的情况下得到准确的准直控制。

具体的，所述准直状态监控单元103包括：感应子单元和计时子单元。其中，感应子单元用于监测所述反馈信号，即感应子单元是对反馈信号敏感的器件，此处，如果信号发射接收单元102发射的是激光信号，则感应子单元可以是电荷耦合元件(Charge-coupledDevice，CCD)等对光信号敏感的原件；此外还需要计时子单元测量所述反馈信号的停留时间得到驻留时间，以便通过驻留时间判断当前准直状态。

得到驻留时间后，根据设定的时间阈值就可以选择光电瞄准仪采样和计算的工作模式了，因此，所述工况选择单元包括工况判断子单元，工况判断子单元用于根据所述驻留时间确定工作模式。其中，时间阈值需要根据实际情况确定。通常设定一个时间阈值，将工作模式分为正常模式和加速模式；当驻留时间大于等于时间阈值时采用正常模式，此时，相应的单元和子单元按当前的工作状态工作即可；当驻留时间小于时间阈值时，说明收到外界的干扰较大，则控制相应的单元和子单元改变当前的工作模式，以避免干扰对定位的影响。

确定了工作模式后，需要根据工作模式对相关的单元和子单元进行控制。相应的，所述信号采样单元105可以包括频率控制子单元和采样子单元。其中，频率控制子单元用于根据所述工作模式选择采样频率，采用频率的快慢能够直接影响在干扰存在的情况下对定位的精度。因此，当存在干扰时，可以在检测到驻留时间小于时间阈值时，在检测到反馈信号的前提下尽量多的对反馈信号进行采样，因此，采样子单元用于根据所述采样频率对所述反馈信号进行采样得到采样信号。需要说明的是，采样频率越高，对硬件、整个装置、能量和发热指标的要求也越高，实际中，可以对采集到的部分采用信号进行处理，而不一定对全部采样信号进行处理。

得到采用信号后，需要对采用信号进行处理，因此，所述控制信号生成单元包括信号处理子单元，信号处理子单元用于对所述信号采样单元采集的采样信号进行处理，得到控制信号。由于工作模式分为正常模式和加速模式，这就要求信号处理子单元能够具备在干扰存在时需要的更强的数据处理能力，信号处理子单元的具体型号需要根据实际情况(如所处环境和被定位设备的实际条件)而定。

实施例2

本实施例与实施例1属于同一发明构思，因此，实施例1中的各个单元及子单元也适用于本实施例。本实施例提供了一种准直控制方法，如图2所示，本实施例的所述方法包括：

步骤S201：监测准直控制过程中反馈信号的驻留时间；

反馈信号是反馈单元101根据信号发射接收单元102的光信号反馈给信号发射接收单元102的，能够反映当前准直控制的状态。反馈信号的驻留时间直接反映了反馈单元101收到外界干扰的程度，具体包括：

步骤S2011：监测所述反馈信号；

反馈信号是光信号，可以用对光信号敏感的器件来实现对反馈信号的监测。

步骤S2012：测量所述反馈信号的停留时间得到驻留时间；

相应的，还需要对反馈信号的停留时间进行测量得到驻留时间，驻留时间。

步骤S202：根据所述驻留时间选择准直控制的工作模式；

知道上述驻留时间后，就可以根据驻留时间的长度选择当前光电瞄准仪采样和计算的工作模式，避免干扰对定位的影响。当所述驻留时间大于设定时间时，采用第一工作模式；否则，采用第二工作模式；所述第二工作模式的采样频率高于所述第一工作模式的采样频率。上述的第一工作模式和第二工作模式分别对应实施例1的正常模式和加速模式。

步骤S203：根据所述工作模式对所述反馈信号进行采样得到采样信号；

当驻留时间较长时，可以认为此时受到的干扰较小，采用较低的采样频率进行采样就能满足定位要求；当驻留时间较短时；认为此时受到的干扰很大，此时采用较高的采用频率，使得在很短的驻留时间内也可得到准确的采样信号，从而实现精确定位。

步骤S204：通过所述采样信号得到控制信号。

控制信号生成单元106对采样信号进行处理，得到反馈信号对应的反馈单元101的控制信号，使得反馈单元101调整反馈信号，实现准直控制。

实施例3

以下通过一个实际场景对本发明进行详细说明。

风摆情况是在导弹定位中经常遇到的干扰情况，以下通过在风摆情况下用光电瞄准仪测量某导弹为例对本发明进行说明。反馈单元101是导弹瞄准窗口内的平面直角棱镜；信号发射接收单元102是光电瞄准仪上的物镜及半透半反棱镜；准直状态监控单元103可用CCD实现；工况选择单元104由第一处理器实现；信号采样单元105用模数转换器(Analog toDigital Converter，A/D转换器)实现；控制信号生成单元106通过第二处理器实现；操作单元107通过电机实现。其中，反馈单元101和操作单元107属于导弹的组成部分，其余的单元属于光电瞄准仪的组成部分，并且，一定条件下工况选择单元104和控制信号生成单元106可通过一个处理器实现。本实施例的基本结构图如图3所示，其中，信号发射接收单元102和反馈单元101用于发射—反馈—接收的过程，以下主要对准直状态监控单元103、工况选择单元104和信号采样单元105进行说明，准备过程如下：

(1)准直状态监控单元103选用1024像元的线阵CCD，线阵CCD作为光电信号的转换器件，线阵CCD工作的主频为1兆赫兹，线阵CCD工作的场同步时钟周期为2.4毫秒，A/D转换器件的采集时钟频率为500赫兹，并通过分频电路保证严格的时序要求；

(2)采用XC164作为线阵CCD信号采集和处理的CPU，利用芯片内置的时钟、比较/捕获模块，通过设置后，由模块自动产生的方波信号作为主频及场频的信号源，不仅保证了时序要求，同时减少软件消耗；

(3)在2.4毫秒内完成采样，采样后进行光斑(反馈信号在线阵CCD上的投影)计算，对采样点(采样信号)进行隔点计算以缩短计算时间，光斑计算与控制信号生成单元106输出控制电压计算在2.4毫秒内完成，整个测控周期压缩到4.8毫秒，快速采样与计算使得在风摆情况下的光斑数满足准直控制要求；

(4)光斑像元计算进行细分处理，实现0.1像元的线阵CCD处理精度要求；

(5)当风摆过大，使得光斑脱离瞄准窗口时，立刻将电机的电压降为0，延时等待10秒，使得光斑由于风摆重新回到瞄准窗口内时不影响瞄准功能。

完成上述准备工作后，具体操作过程如下：

由物镜口射出的激光在平台上直角棱镜反射回物镜，照射到线阵CCD器件，这样准直偏差角就直接反映为光斑在线阵CCD敏感器件上的不同位置。从而计算出准直偏差角大小。由准直偏差角与零位角的偏差，进行闭环控制，将偏差转化为控制电流，驱动平台转动，消除准直偏差角直至为零，完成闭环控制。在风摆情况下，由于平面直角棱镜由于运动，使得光斑在物镜中停留时间很短，如果想实现闭环控制对采样时间、计算时间要求尽可能的快速。本发明分别在光斑的采样、光斑的计算、闭环控制策略这三方面采取措施以实现快速动态的瞄准。

本发明硬件上选用1024像元的线阵CCD器件作为光电转换器件，器件时序如图4所示，主要采取以下办法来加速采样：

1)主频与场频由CPU的比较捕获模块自动生成，即保证了时序要求，也减少软件消耗；

2)主频信号分频后生成CCD时钟、A/D时钟，这样保证采样与像素同步进行；

3)如图5所示，A/D时钟送往A/D芯片作为驱动的同时，也连接到CPU的捕获口，采用捕获中断的方式，通过中断程序实时处理采样数据。

本发明在嵌入式软件计算光斑上采取了以下办法：

1)中断程序中只进行采样，将采样数据存储在外扩RAM的矩阵中，即减少中断程序中的计算量，同时将采样信息的保存与对采样信息的计算分离开来，便于模块化维护，使得光斑计算方法更新与采样无关；

2)如图6所示，光斑计算时，采取隔点计算以缩短数组的遍历时间；

3)快速计算光斑的同时为兼顾测角精度，才用重心法计算光斑中心。

为了处理风摆工况的特殊情况，本发明在控制策略上也采取了相应的控制策略。如图7所示，当光斑位于瞄准窗口内，按一般的控制策略进行PID控制，使平台转动至棱镜与激光光线准直；当光斑偏离瞄准窗口后，不立刻向弹上控制交出控制权，而是进行延时检查，直到超时再交出控制权，延时期间，控制电流为0，不对平台进行控制。延时期限到来前，如果光斑重新回到瞄准窗口，则按光斑离开窗口前的状态继续进行闭环控制。这样做使光斑偏离瞄准窗口后再回到瞄准窗口，仍然可以有效控制。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种准直控制装置，其特征在于，所述装置包括：

反馈单元，用于反馈光信号；

信号发射接收单元，用于发射光信号，并接收所述反馈单元发来的对应所述光信号的反馈信号；

准直状态监控单元，用于监测所述反馈信号在所述信号发射接收单元上的停留时间得到驻留时间；

工况选择单元，用于根据所述驻留时间选择工作模式；

信号采样单元，用于根据所述工作模式对所述反馈信号进行采样得到采样信号；

控制信号生成单元，用于根据所述采样信号得到控制信号；

操作单元，用于根据所述控制信号对所述反馈单元进行控制；

所述准直状态监控单元包括：

感应子单元，用于监测所述反馈信号；

计时子单元，用于测量所述反馈信号的停留时间得到驻留时间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工况选择单元包括：

工况判断子单元，用于根据所述驻留时间确定工作模式。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号采样单元包括：

频率控制子单元，用于根据所述工作模式选择采样频率；

采样子单元，用于根据所述采样频率对所述反馈信号进行采样得到采样信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制信号生成单元包括：

信号处理子单元，用于对所述信号采样单元采集的采样信号进行处理，得到控制信号。

5.一种准直控制方法，其特征在于，所述方法包括：

监测准直控制过程中反馈信号的驻留时间；

根据所述驻留时间选择准直控制的工作模式；

根据所述工作模式对所述反馈信号进行采样得到采样信号；

通过所述采样信号得到控制信号；

所述监测准直控制过程中反馈信号的驻留时间包括：

监测所述反馈信号；

测量所述反馈信号的停留时间得到驻留时间；

所述根据所述驻留时间选择准直控制的工作模式包括：

当所述驻留时间大于设定时间时，采用第一工作模式；否则，采用第二工作模式；所述第二工作模式的采样频率高于所述第一工作模式的采样频率。