CN106679504B - 一种模拟激光制导实验方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟激光制导实验方法及系统，其方法包括发射激光信号，照射目标并在所述目标位置处形成光斑；探测模块探测所述光斑，并识别所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息；根据所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息调整所述探测模块的方位，重复上述步骤，直至所述光斑与所述探测模块视场中心点重合，完成制导。本发明通过探测模块探测激光信号照射目标形成的光斑并识别其在探测模块视场中的方位信息，并根据光斑的方位信息调整探测模块自身方位，使得探测模块视场中心点与光斑重合，完成激光制导的模拟过程，整个过程简单，响应迅速，指导精确度较高，非常适于教学，具体极佳的教学效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光应用技术领域，尤其涉及一种模拟激光制导实验方法及系统。
背景技术
激光制导技术和各种激光制导武器已有40多年的发展历史。最早的研究工作是美国陆军导弹司令部在1962年开始的，1964年已在实验室完成了激光制导反坦克导弹的方案研究，而第一个实用的激光制导系统是在激光制导航空炸弹上实现的。由于采用激光制导技术的武器系统具有制导精度高、抗干扰能力强、结构简单、成本低等优势，因而各军事大国都竞相开展研制，尤其是在最近的几次局部战争中激光制导武器显示出了强大的威力，使其受到了越来越广泛的重视。激光制导主要采用的是半主动式，由弹外激光目标指示器发射的激光束照射目标，弹上激光传感器接收目标漫反射的回波信号，形成对目标的跟踪和对弹的控制信号，从而将弹准确地导向目标。这种方式由于设备的成本高昂，体积庞大，在实际的训练教学中并不太适用，非常繁琐，不方便教学活动的开展，并且教学效果较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种模拟激光制导实验方法及系统。
本发明提供了一种模拟激光制导实验方法及系统，解决上述技术问题的技术方案如下：
依据本发明的一个方面，提供了一种模拟激光制导实验方法，包括如下步骤：
步骤1：发射激光信号，照射目标并在所述目标位置处形成光斑；
步骤2：探测模块探测所述光斑，并识别所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息；
步骤3：根据所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息调整所述探测模块的方位；
步骤4：重复上述步骤1至3，直至所述探测模块视场中心点与所述光斑重合，完成制导。
本发明的一种模拟激光制导实验方法，通过探测模块探测激光信号照射目标形成的光斑并识别其在探测模块视场中的方位信息，并根据光斑的方位信息调整探测模块自身方位，使得探测模块视场中心点与光斑重合，完成激光制导的模拟过程，整个过程简单，响应迅速，指导精确度较高，非常适于教学，具体极佳的教学效果。
在上述技术方案上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述步骤2中，识别所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息包括：
步骤21：在所述探测模块视场中识别所述光斑的位置，生成四路电流信号；
步骤22：将四路所述电流信号进行电压转换处理，得到四路电压信号；
步骤23：根据四路所述电压信号识别所述光斑的质心M的坐标M(x,y)。
采用上述进一步方案的效果是：通过上述步骤可以准确识别所述光斑的质心M的坐标，这样便于后续根据所述光斑的质心M和视场中心点O的相对位置，从而便于调整所述探测器的方位，为实现跟踪获取准确的数据源信号。
进一步：所述步骤3的具体实现包括：
步骤31：根据所述光斑的质心M(x,y)与视场中心点O(0,0)生成偏移量
步骤32：根据所述偏移量生成驱动信号；
步骤32：根据所述驱动信号调整所述探测模块的方位，。
采用上述进一步方案的效果是：通过上述步骤可以根据光斑的质心M(x,y)与视场中心点O(0,0)的位置确定所述探测模块的偏移量，并驱动所述转台转动，从而对探测模块方位的准确调整，实现了探测模块对目标的实时跟踪。
进一步：所述步骤1中，所述激光信号按照预先设定的编码格式进行发射。
采用上述进一步方案的效果是：通过对激光信号进行编码，可以对整个制导过程进行加密，增强整个制导过程的安全性，便于进针对有权限的己方操控整个制导过程，而对没有权限的敌方则不响应。
进一步：所述步骤2之前，还包括接收照射在目标位置处的所述激光信号，并对所述激光信号进行解码，识别所述激光信号的编码格式，如果所述激光信号的编码格式与预设编码格式相同，则进入步骤2，否则结束处理流程。
采用上述进一步方案的效果是：通过上述方式可以识别照射在目标位置处的激光信号是否为预设的编码格式，这样可以便于针对不同编码格式的激光信号进行和选择性跟踪，方便控制对目标的跟踪权限，增强了识别能力，丰富了训练内容的多样性。
依据本发明的另一方面，提供了一种模拟激光制导实验系统，包括激光照射模块、探测模块和主控制模块。
所述激光照射模块，用于发射激光信号，照射目标并在所述目标位置处形成光斑；所述探测模块设置在转台上，用于探测所述光斑，并识别所述光斑在视场中的位置信息；所述主控制模块，根据所述光斑在视场中的位置信息控制所述转台转动，并调整所述探测模块的方位，如此重复，直至所述视场中心点与光斑重合，完成制导。
本发明的一种模拟激光制导实验系统，所述激光照射模块用于发射激光信号照射目标，并由探测模块探测反射激光信号的光斑，识别光斑在视场中位置信息，主控制模块通过其位置信息控制转台的转动来调整探测模块的方向直至探测模块视场中心与光斑重合，完成模拟制导。
在上述技术方案基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述探测模块包括四象限探测器、电压转换电路和位置识别电路；
所述四象限探测器用于识别所述光斑在视场中的位置，生成四路电流信号；所述电压转换电路用于将四路所述电流信号进行电压转换处理，得到四路电压信号；所述位置识别电路用于根据四路所述电压信号识别所述光斑的质心M的坐标M(x,y)。
采用上述进一步方案的效果是：通过所述探测模块可以准确识别所述光斑的质心M的坐标，这样便于后续根据所述光斑的质心M和视场中心点O的相对位置，从而便于调整所述探测器的方位，为实现跟踪获取准确的数据源信号。
进一步：所述主控制模块包括偏移量识别电路、MCU和驱动电路；所述偏移量识别电路用于根据所述光斑的质心M(x,y)与视场中心点O(0,0)生成偏移量所述MCU由于根据所述偏移量生成驱动信号，并发送至所述驱动电路；
所述驱动电路用于根据所述驱动信号驱动所述转台连同设置在所述转台上的所述探测模块转动，直至所述探测模块视场中心点与所述光斑重合，完成制导。
采用上述进一步方案的效果是：通过所述偏移量识别电路可以根据光斑的质心M(x,y)与视场中心点O(0,0)的位置确定所述探测模块的偏移量，并通过所述驱动电路驱动所述转台转动，从而对探测模块方位的准确调整，实现了探测模块对目标的实时跟踪。
进一步：所述主控制模块还包括编码器，所述编码器用于根据预先设定的编码格式生成编码命令，所述激光照射器根据所述编码命令发射激光信号。
采用上述进一步方案的效果是：通过所述编码器可以对整个制导过程进行加密，增强整个制导过程的安全性，便于进针对有权限的己方操控整个制导过程，而对没有权限的敌方则不响应。
进一步：还包括激光识别模块，所述激光识别模块包括解码器和激光接收器，所述激光接收器设置在目标位置处，用于接收照射在目标位置处的所述激光信号，并根据所述激光信号生成感应信号，所述解码器用于对所述感应信号进行解码，并识别所述激光信号的编码格式，所述MCU判断所述激光信号的编码格式与预设编码格式是否相同，并在二者相同时触发所述探测模块识别所述光斑在视场中的位置信息。
采用上述进一步方案的效果是：通过所述激光识别模块可以识别照射在目标位置处的激光信号是否为预设的编码格式，这样可以便于针对不同编码格式的激光信号进行和选择性跟踪，方便控制对目标的跟踪权限，增强了识别能力，丰富了训练内容的多样性。
附图说明
图1为本发明的一种模拟激光制导实验方法的流程示意图；
图2为本发明的一种模拟激光制导实验系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一、一种模拟激光制导实验方法。下面将结合图1对本实施例的一种模拟激光制导实验方法进行详细介绍。
如图1所示，一种模拟激光制导实验方法，包括如下步骤：
步骤1：发射激光信号，照射目标并在所述目标位置处形成光斑；
步骤2：探测模块探测所述光斑，并识别所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息；
步骤3：根据所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息调整所述探测模块的方位；
步骤4：重复上述步骤1至3，直至所述探测模块视场中心点与所述光斑重合，完成制导。
上述实施例的模拟激光制导实验方法，通过探测模块探测激光信号照射目标形成的光斑并识别其在探测模块视场中的方位信息，并根据光斑的方位信息调整探测模块自身方位，使得探测模块视场中心点与光斑重合，完成激光制导的模拟过程，整个过程简单，响应迅速，指导精确度较高，非常适于教学，具体极佳的教学效果。
本实施例中，识别所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息包括：
步骤21：在所述探测模块视场中识别所述光斑的位置，生成四路电流信号；
步骤22：将四路所述电流信号进行电压转换处理，得到四路电压信号；
步骤23：根据四路所述电压信号识别所述光斑的质心M的坐标M(x,y)。
通过上述步骤可以准确识别所述光斑的质心M的坐标，这样便于后续根据所述光斑的质心M和视场中心点O的相对位置，从而便于调整所述探测器的方位，为实现跟踪获取准确的数据源信号。
本发明实施例中，所述步骤3的具体实现包括：
步骤31：根据所述光斑的质心M(x,y)与视场中心点O(0,0)生成偏移量
步骤32：根据所述偏移量生成驱动信号；
步骤33：根据所述驱动信号调整所述探测模块的方位。
通过上述步骤可以根据光斑的质心M(x,y)与视场中心点O(0,0)的位置确定所述探测模块的偏移量，从而实现对探测模块方位的准确调整，实现了探测模块对目标的实时跟踪，使得目标落在视场中心位置，从而完成激光制导全过程。
所述步骤4中，重复步骤1至3，直至所述光斑的质心M(x,y)与视场中心点O(0,0)重合，完成激光制导。
优选地，作为本发明的一个实施例，所述步骤1中，所述激光信号按照预先设定的编码格式进行发射。通过对激光信号进行编码，可以对整个制导过程进行加密，增强整个制导过程的安全性，便于进针对有权限的己方操控整个制导过程，而对没有权限的敌方则不响应。
优选地，作为本发明的一个实施例，所述步骤2之前，还包括接收照射在目标位置处的所述激光信号，并对所述激光信号进行解码，识别所述激光信号的编码格式，如果所述激光信号的编码格式与预设编码格式相同，则进入步骤2，否则结束处理流程通过上述方式可以识别照射在目标位置处的激光信号是否为预设的编码格式，这样可以便于针对不同编码格式的激光信号进行和选择性跟踪，方便控制对目标的跟踪权限，增强了识别能力，丰富了训练内容的多样性。
实施例二、一种模拟激光制导实验系统。下面将结合图2对本实施例的一种模拟激光制导实验系统进行详细介绍。
如图2所示，一种模拟激光制导实验系统，包括激光照射模块、探测模块和主控制模块。
所述激光照射模块，用于发射激光信号，照射目标并在所述目标位置处形成光斑；所述探测模块设置在转台上，用于探测所述光斑，并识别所述光斑在视场中的位置信息；所述主控制模块，根据所述光斑在视场中的位置信息控制所述转台转动，并调整所述探测模块的方位，如此重复，直至所述视场中心点与光斑重合，完成制导。
上述实施例的模拟激光制导实验系统，通过所述探测模块探测所述激光照射模块发射的激光信号在目标位置处形成的光斑，并由所述主控制模块识别所述光斑在探测模块视场中的位置信息，从而控制转台连同设置在转台上的所述探测模块转动，调整探测器的方位，使得探测模块视场中心点与光斑重合，完成激光制导的模拟过程，整个过程简单，相应迅速，指导精确度较高，非常适于教学，具体极佳的教学效果。
优选地，所述激光照射模块采用现有的激光照射器，其参数为：波长532nm，功率10mW，脉宽ns级，时域编码，束散角1mrad；观瞄CCD参数：尺寸150×65×180，最低照度0.05Lx，水平清晰度600线，自动对焦，CCIR或复合式信号输出。
本实施例中，所述探测模块包括四象限探测器、电压转换电路和位置识别电路；所述四象限探测器用于识别所述光斑在视场中的位置，生成四路电流信号；所述电压转换电路用于将四路所述电流信号进行电压转换处理，得到四路电压信号；所述位置识别电路用于根据四路所述电压信号识别所述光斑的质心M的坐标M(x,y)。通过所述探测模块可以准确识别所述光斑的质心M的坐标，这样便于后续根据所述光斑的质心M和视场中心点O的相对位置，从而便于调整所述探测器的方位，为实现跟踪获取准确的数据源信号。
优选地，所述四象限探测器参数为：材料InGaAs PIN,外形尺寸160×80×155，探测口径Φ6mm，光敏面5mm×5m，响应波长400-1100nm,精度0.01nm。
本实施例中，所述位置识别电路采用ARM微处理器。ARM微处理器识别光斑的质心在二维空间内四个象限中的位置，并以视场中心为坐标原点，读取光斑的质心在二维空间中的坐标。
优选地，作为本发明的一个实施例，所述主控制模块包括偏移量识别电路、MCU和驱动电路；所述偏移量识别电路用于根据所述光斑的质心M(x,y)与视场中心点O(0,0)生成偏移量所述MCU由于根据所述偏移量生成驱动信号，并发送至所述驱动电路；所述驱动电路用于根据所述驱动信号驱动所述转台连同设置在所述转台上的所述探测模块转动，直至所述探测模块视场中心点与所述光斑重合，完成制导。通过所述偏移量识别电路可以根据光斑的质心M(x,y)与视场中心点O(0,0)的位置确定所述探测模块的偏移量，并通过所述驱动电路驱动所述转台转动，从而对探测模块方位的准确调整，实现了探测模块对目标的实时跟踪。
本实施例中，所述转台内设有步进电机，所述偏移量识别电路优选采用51系列单片机，所述驱动电路优选采用THB6064大功率步进电机驱动芯片。
优选地，作为本发明的一个实施例，所述主控制模块还包括编码器，所述编码器用于根据预先设定的编码格式生成编码命令，所述激光照射器根据所述编码命令发射激光信号。通过所述编码器可以对整个制导过程进行加密，增强整个制导过程的安全性，便于进针对有权限的己方操控整个制导过程，而对没有权限的敌方则不响应。
优选地，作为本发明的一个实施例，所述制导实验系统还包括激光识别模块，所述激光识别模块包括解码器和激光接收器，所述激光接收器设置在目标位置处，用于接收照射在目标位置处的所述激光信号，并根据所述激光信号生成感应信号，所述解码器用于对所述感应信号进行解码，并识别所述激光信号的编码格式，所述MCU判断所述激光信号的编码格式与预设编码格式是否相同，并在二者相同时触发所述探测模块中的四象限探测器识别所述光斑在视场中的位置信息。通过所述激光识别模块可以识别照射在目标位置处的激光信号是否为预设的编码格式，这样可以便于针对不同编码格式的激光信号进行和选择性跟踪，方便控制对目标的跟踪权限，增强了识别能力，丰富了训练内容的多样性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模拟激光制导实验方法，其特征在于:包括如下步骤：
步骤1：发射激光信号，照射目标并在所述目标位置处形成光斑；
步骤2：探测模块探测所述光斑，并识别所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息；
步骤3：根据所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息调整所述探测模块的方位；
步骤4：重复上述步骤1至3，直至所述探测模块视场中心点与所述光斑重合，完成制导。
2.根据权利要求1所述的模拟激光制导实验方法，其特征在于:所述步骤2中，识别所述光斑在所述探测模块视场中的位置信息包括：
步骤21：在所述探测模块视场中识别所述光斑的位置，生成四路电流信号；
步骤22：将四路所述电流信号进行电压转换处理，得到四路电压信号；
步骤23：根据四路所述电压信号识别所述光斑的质心的坐标。
3.根据权利要求2所述的模拟激光制导实验方法，其特征在于:所述步骤3的具体实现包括：
步骤31：根据所述光斑的质心与视场中心点生成偏移量；
步骤32：根据所述偏移量生成驱动信号；
步骤33：根据所述驱动信号调整所述探测模块的方位。
4.根据权利要求1至3任一项所述的模拟激光制导实验方法，其特征在于:所述步骤1中，所述激光信号按照预先设定的编码格式进行发射。
5.根据权利要求4所述的模拟激光制导实验方法，其特征在于:所述步骤2之前，还包括接收照射在目标位置处的所述激光信号，并对所述激光信号进行解码，识别所述激光信号的编码格式，如果所述激光信号的编码格式与预设编码格式相同，则进入步骤2，否则结束处理流程。
6.一种模拟激光制导实验系统，其特征在于:包括激光照射模块、探测模块和主控制模块；
所述激光照射模块，用于发射激光信号，照射目标并在所述目标位置处形成光斑；
所述探测模块设置在转台上，用于探测所述光斑，并识别所述光斑在视场中的位置信息；
所述主控制模块，根据所述光斑在视场中的位置信息控制所述转台转动，并调整所述探测模块的方位，如此重复，直至所述视场中心点与光斑重合，完成制导。
7.根据权利要求6所述的模拟激光制导实验系统，其特征在于:所述探测模块包括四象限探测器、电压转换电路和位置识别电路；
所述四象限探测器用于识别所述光斑在视场中的位置，生成四路电流信号；
所述电压转换电路用于将四路所述电流信号进行电压转换处理，得到四路电压信号；
所述位置识别电路用于根据四路所述电压信号识别所述光斑的质心的坐标。
8.根据权利要求6所述的模拟激光制导实验系统，其特征在于:所述主控制模块包括偏移量识别电路、MCU和驱动电路；
所述偏移量识别电路用于根据所述光斑的质心与视场中心点生成偏移量；
所述MCU用 于根据所述偏移量生成驱动信号，并发送至所述驱动电路；
所述驱动电路用于根据所述驱动信号驱动所述转台连同设置在所述转台上的所述探测模块转动，直至所述探测模块视场中心点与所述光斑重合，完成制导。
9.根据权利要求6至8任一项所述的模拟激光制导实验系统，其特征在于:所述主控制模块还包括编码器，所述编码器用于根据预先设定的编码格式生成编码命令，所述激光照射器根据所述编码命令发射激光信号。
10.根据权利要求9所述的模拟激光制导实验系统，其特征在于:还包括激光识别模块，所述激光识别模块包括解码器和激光接收器，所述激光接收器设置在目标位置处，用于接收照射在目标位置处的所述激光信号，并根据所述激光信号生成感应信号，所述解码器用于对所述感应信号进行解码，并识别所述激光信号的编码格式，MCU判断所述激光信号的编码格式与预设编码格式是否相同，并在二者相同时触发所述探测模块识别所述光斑在视场中的位置信息。
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