CN106767161B - 一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法 - Google Patents

一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法，该方法包括以下步骤：构建红外与可见光复合式仿真系统；确定双目标负载式五轴转台总体结构；确定红外与可见光复合式仿真系统布局及负载安装方式；红外与可见光双波段分段复合运行。本发明提供了一种红外与可见光双波段复合式仿真方法，该方法有效解决了大口径的红外与可见光复合导引头双波段分段复合制导半实物仿真试验需求问题。

Description

一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法
技术领域
本发明涉及一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法，特别是一种大口径的红外与可见光复合导引头双波段分段复合制导半实物仿真方法。
背景技术
现有光学制导半实物仿真方法一般采用三轴转台+二轴转台(三轴转台+二轴转台构成五轴转台)+目标模拟器直接投影方案。红外与可见光分口径复合制导半实物仿真是否使用大口径目标模拟器，主要取决于红外与可见光复合导引头的口径是否大。
对于大口径的红外/可见光复合导引头半实物仿真试验，如果采用现有方法，所需的目标模拟器与一般的目标模拟器有以下不同：一是需要包覆红外与可见光复合导引头的口径，如果红外与可见光复合导引头的口径大，则目标模拟器光学口径必然会大，特别对于红外与可见光分口径复合导引头，目标模拟器口径至少是2个分口径尺寸之和；二是需要提供可见光与红外双波段的目标，在目标模拟器内部需要红外/可见光合束器将两种波段的目标合成。上述二个因素带来的问题是目标模拟器口径大、红外/可见光合束器尺寸大，导致目标模拟器体积大、重量大。
另一方面，在有限的体积与重量等约束条件下，大尺寸光学合束器中的光学透镜加工质量与精度难以满足需求。
因此对于大口径的红外/可见光复合导引头半实物仿真，现有仿真方法不适用，需要发明新型仿真方法，为大口径双波段红外/可见光分段复合制导半实物仿真提供解决途径。因此，需要提供一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法，该方法包括以下步骤：
S1：构建红外与可见光复合式仿真系统；
S2：确定双目标负载式五轴转台总体结构；
S3：确定红外与可见光复合式仿真系统布局及负载安装方式；
S4：红外与可见光双波段分段复合运行。
优选地，仿真系统包括：仿真计算机、双目标负载式五轴转台、幕投影式可见光目标模拟系统，红外目标模拟器、红外与可见光复合导引头。
进一步优选地，双目标负载式五轴转台包括三轴转台、双目标负载式二轴转台。三轴转台、双目标负载式二轴转台各轴独立控制。
优选地，幕投影式可见光目标模拟系统包括：可见光目标模拟器、球面投影幕。
优选地，三轴仿真转台用于模拟导弹姿态运动，双目标负载式二轴转台用于模拟导弹与目标相对视线运动。
优选地，双目标负载式二轴转台包括方位框架、俯仰框架、第一目标负载安装面和第二目标负载安装面，其中，俯仰框架安装于方位框架上，第一负载安装面位于二轴转台俯仰框架中心处，第二负载安装面位于二轴转台方位框架一端且垂直于俯仰轴，第一负载安装面用于安装红外目标模拟器，第二负载安装面用于安装可见光目标模拟器。
设三轴转台的回转中心为O，三轴转台三轴坐标系为Oxyz，各轴相互垂直，Ox轴为三轴转台内框旋转轴，Oy轴为三轴转台方位框架旋转轴，Oz轴为三轴转台俯仰框架旋转轴；双目标负载式二轴转台坐标系为Oy1z1，Oy1轴为其方位框架旋转轴，Oz1轴为其俯仰框架旋转轴；当各轴处于电零位时刻，Oy1轴与Oy轴重合，Oz1轴与Oz轴重合。
双目标负载式二轴转台的第一负载安装面用于安装红外目标模拟器，其负载安装面中心为O1，双目标负载式二轴转台的第二负载安装面用于安装可见光目标模拟器，其负载安装面中心为O2。当各轴处于电零位时刻，O1位于Ox轴正向延长线上，O到O1为距离为D1，O2位于Oz1轴正向延长线上，O到O2为距离为D2，D1和D2长度均满足各框架及其负载自由转动时无机械干涉。
优选地，步骤S3具体包括：
S301：设置双目标负载式五轴转台的回转中心位于球面投影幕球心；
S302：设置红外与可见光复合导引头安装于三轴仿真转台回转中心处；
S303：设置可见光目标投影器安装于二轴转台第二目标负载安装面中心处，并使可见光目标投影器投影光束垂直于俯仰框架旋转轴，光束指向球幕，在球幕上成像，同时满足当各轴处于电零位时刻，可见光目标投影器投影光束与Oxz1平面成一定度角，即与红外光束成一定度角，以保证可见光与导引头之间以及红外光束与导引头之间无视线遮挡；
S304：红外目标模拟器安装在二轴转台第一目标负载安装面中心处，使红外目标模拟器投影光束指向三轴仿真转台回转中心，且垂直于二轴转台俯仰框架。
优选地，步骤S4具体包括：
S401：仿真计算机实时解算飞行器动力学和运动学模型、制导控制系统控制及仿真设备控制模型，控制三轴转台模拟弹体姿态角运动，控制双目标负载式二轴转台模拟弹目视线运动；
S402：在红外制导阶段，仿真计算机控制二轴转台使红外目标模拟器在导引头前产生红外目标的弹目相对视线角位置信息；
S403：在可见光制导阶段，仿真计算机控制二轴转台使可见光目标模拟器在球幕上产生可见光目标的弹目相对视线角位置信息；
S404：置于回转中心的导引头分别采集红外、可见光目标视线角位置信息，发送至仿真计算机进行制导控制系统计算；
S405：实现红外与可见光分段复合制导仿真。
进一步优选地，各设备通过电缆连接。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种直接投影与幕反射投影复合式红外与可见光复合仿真方法，确定了复合式仿真系统组成形式，定义了新型多轴仿真转台总体结构形式，确定仿真系统布局与各负载安装方式，最后给出了该系统工作原理。该方法能够有效解决了现有仿真方法难以满足大口径的红外与可见光复合导引头双波段分段复合制导半实物仿真试验需求问题，为红外与可见光光学复合制导半实物仿真提供了一种新方法。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出红外与可见光复合制导半实物仿真方法步骤图。
图2示出双目标负载式五轴转台示意图。
图3示出红外与可见光复合式仿真系统布局及负载安装方式示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提出一种幕反射投影与直接投影复合式制导仿真方法，确定了复合式仿真系统组成形式，定义了新型多轴仿真转台总体结构形式，确定仿真系统布局与各负载安装方式，最后给出了该系统工作原理。该方法巧妙地解决了红外与可见光分口径导引头分段复合制导半实物仿真试验需求。
如图1所示，一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法的具体步骤为：
S1：构建红外与可见光复合式仿真系统；
S2：确定双目标负载式五轴转台总体结构；
S3：确定红外与可见光复合式仿真系统布局及负载安装方式；
S4：红外与可见光双波段分段复合运行。
具体说明如下
S1：构建红外与可见光复合式仿真系统
仿真系统包括：仿真计算机、双目标负载式五轴转台、幕投影式可见光目标模拟系统，红外目标模拟器301、红外与可见光复合导引头。其中双目标负载式五轴转台包括三轴转台101、双目标负载式二轴转台；幕投影式可见光目标模拟系统包括：可见光目标模拟器401、球面投影幕。
仿真计算机用于实时计算导弹弹体动力学与运动学模型及制导控制模型计算，三轴仿真转台用于模拟导弹姿态运动，反射投影/直接投影复合式二轴转台用于模拟导弹与目标相对视线运动。
S2：确定双目标负载式五轴转台总体结构
双目标负载式五轴转台是在三轴转台101基础上，增加一个与三轴转台101同一回转中心的双目标负载式二轴转台。三轴转台101、双目标负载式二轴转台各轴独立控制。双目标负载式二轴转台由方位框架、俯仰框架、2个目标负载安装面组成，俯仰框架安装在方位框架上，其中负载安装面1位于二轴转台俯仰框架103中心处，负载安装面2位于二轴转台方位框架105一端且垂直于俯仰轴，双目标负载式五轴转台示意图如图2所示。
设三轴转台101的回转中心为O，三轴转台101三轴坐标系为Oxyz，各轴相互垂直，Ox轴为三轴转台101内框旋转轴，Oy轴为三轴转台101方位框架旋转轴，Oz轴为三轴转台101俯仰框架旋转轴；双目标负载式二轴转台坐标系为Oy1z1，Oy1轴为其方位框架旋转轴，Oz1轴为其俯仰框架旋转轴；当各轴处于电零位时刻，Oy1轴与Oy轴重合，Oz1轴与Oz轴重合。各轴坐标系如图1所示。
双目标负载式二轴转台的2个负载安装面分别用于安装可见光目标模拟器401、红外目标模拟器301，双目标负载式二轴转台的第一负载安装面用于安装红外目标模拟器301，其负载安装面中心为O1，双目标负载式二轴转台的第二负载安装面用于安装可见光目标模拟器401，其负载安装面中心为O2。当各轴处于电零位时刻，O1位于Ox轴正向延长线上，O到O1为距离为D1，O2位于Oz1轴正向延长线上，O到O2为距离为D2，D1和D2长度均满足各框架及其负载自由转动时无机械干涉。
S3：确定红外/可见光复合式仿真系统布局及各负载安装方式
设置双目标负载式五轴转台的回转中心O位于球面投影幕球心，红外与可见光复合导引头安装于三轴仿真转台回转中心O处，可见光目标投影器安装于二轴转台负载中心O2处，并使可见光目标投影器投影光束垂直于Oz1轴，光束指向球幕，在球幕上清晰成像，同时满足当各轴处于电零位时刻，可见光目标投影器投影光束与Oxz1平面成一定度角，即与红外光束成一定度角，以保证可见光与导引头之间以及红外光束与导引头之间无视线遮挡。红外目标模拟器301安装在二轴转台负载中心O1处，使红外目标模拟器301投影光束指向回转中心O，且垂直于二轴转台俯仰框架103。其它设备置于控制间，各设备通过相应电缆连接。红外/可见光复合式仿真系统布局及各负载安装方式示意图如图2所示。
S4：红外与可见光双波段分段复合运行
仿真计算机实时解算飞行器动力学和运动学模型、制导控制系统控制及仿真设备控制模型，控制三轴转台101模拟弹体姿态角运动，控制双目标负载式二轴转台模拟弹目视线运动，在红外制导阶段，使红外目标模拟器301在导引头前产生红外目标的弹目相对视线角位置信息，在可见光制导阶段，使可见光目标模拟器401在球幕上产生可见光目标的弹目相对视线角位置信息，置于回转中心的导引头分别采集红外、可见光目标视线角位置信息，送给仿真计算机进行制导控制系统计算，实现可见光/红外分段复合制导仿真。
本发明相对与现有技术，具有以下不同：1)系统采用了幕投影式可见光目标模拟系统和直接投射式红外目标模拟系统；2)系统采用了双目标负载式五轴仿真转台，特别是双目标负载式二轴转台。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种红外与可见光复合制导半实物仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：构建红外与可见光复合式仿真系统；
S2：确定双目标负载式五轴转台总体结构；
S3：确定红外与可见光复合式仿真系统布局及负载安装方式；
S4：红外与可见光双波段分段复合运行；
其中，所述双目标负载式五轴转台包括三轴转台、双目标负载式二轴转台；所述双目标负载式二轴转台包括方位框架、俯仰框架、第一目标负载安装面和第二目标负载安装面，其中，俯仰框架安装于方位框架上，第一负载安装面位于二轴转台俯仰框架中心处，第二负载安装面位于二轴转台方位框架一端且垂直于俯仰轴，所述第一负载安装面用于安装红外目标模拟器，所述第二负载安装面用于安装可见光目标模拟器；
所述仿真系统包括：仿真计算机、双目标负载式五轴转台、幕投影式可见光目标模拟系统，红外目标模拟器、红外与可见光复合导引头；所述幕投影式可见光目标模拟系统包括：可见光目标模拟器、球面投影幕。
2.根据权利要求1所述的半实物仿真方法，其特征在于，所述三轴转台用于模拟导弹姿态运动，双目标负载式二轴转台用于模拟导弹与目标相对视线运动。
3.根据权利要求1所述的半实物仿真方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S301：设置双目标负载式五轴转台的回转中心位于球面投影幕球心；
S302：设置红外与可见光复合导引头安装于三轴转台回转中心处；
S303：设置可见光目标投影器安装于二轴转台第二目标负载安装面中心处，并使可见光目标投影器投影光束垂直于俯仰框架旋转轴，光束指向球幕，在球幕上成像，同时满足当各轴处于电零位时刻，可见光目标投影器投影光束与Oxz1平面成一定角度，保证可见光与导引头之间以及红外光束与导引头之间无视线遮挡，其中
Oxz1平面为Ox轴与Oz1轴所在平面，三轴转台的回转中心为O，Ox轴为三周转台内框旋转轴，Oz1轴为双目标负载式二转轴台俯仰框架旋转轴；
S304：红外目标模拟器安装在二轴转台第一目标负载安装面中心处，使红外目标模拟器投影光束指向三轴转台回转中心，且垂直于二轴转台俯仰框架。
4.根据权利要求1所述的半实物仿真方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S401：仿真计算机实时解算飞行器动力学和运动学模型、制导控制系统控制及仿真设备控制模型，控制三轴转台模拟弹体姿态角运动，控制双目标负载式二轴转台模拟弹目视线运动；
S402：在红外制导阶段，仿真计算机控制二轴转台使红外目标模拟器在导引头前产生红外目标的弹目相对视线角位置信息；
S403：在可见光制导阶段，仿真计算机控制二轴转台使可见光目标模拟器在球幕上产生可见光目标的弹目相对视线角位置信息；
S404：置于回转中心的导引头分别采集红外、可见光目标视线角位置信息，发送至仿真计算机进行制导控制系统计算；
S405：实现红外与可见光分段复合制导仿真。
5.根据权利要求4所述的半实物仿真方法，其特征在于，各设备通过电缆连接。
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