CN109000507B - 一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统，采用二维测试转台搭载被测光电对抗装备的方式，基于相对运动原理，通过控制二维测试转台的运动对来袭目标的大范围、高带宽运动进行模拟；同时，采用快反镜的运动，对安装平台环境干扰进行模拟，相比采用实物来袭目标进行外场实验的测试方案，采用半实物仿真的方式具有众多优势，具有可重复性、安全和成本低等优点。

Description

一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统

技术领域

本发明属于光学模拟仿真与测试技术领域，具体涉及一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统。

背景技术

随着科学技术的发展，未来战争的战场环境将变得越来越复杂，攻防对抗将变得越来越激烈，光电对抗设备的性能检测愈发重要。为缩短对抗设备的研制周期，需要在实验室内使用目标模拟器对光电对抗设备的动态对抗性能进行仿真测试。通常使用圆形目标模拟器来模拟来袭目标，圆形目标模拟器辐射强度可调节。但圆形目标模拟器功能过于单一，仅能实现来袭目标辐射强度变化。

为了验证光电对抗装置的对抗效果，需要对抗测试系统能够模拟不同成像波段导引头，模拟导引头逼近过程，能够模拟导引头跟踪功能，并结合轨道仿真，给出对抗环境下对抗目标实时脱靶量，进而测试验证光电对抗装置的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统，可为光电对抗装备提供来袭目标，对光电对抗装备性能进行测试分析，并给出对抗后来袭目标轨迹脱靶量信息。

一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统，包括来袭目标模拟装置、二维测试转台、外置快反镜以及轨道仿真单元；

所述二维测试转台带动其上搭载的被测光电对抗装备在俯仰方向和水平方向运动，用于模拟来袭目标的运动；

所述外置快反镜将被测光电对抗装备辐射的光信号反射到来袭目标模拟装置的探测视场内；同时，接收来袭目标模拟装置发出的光线并反射给被测光电对抗装备；所述外置快反镜的振动模拟被测光电对抗装备实际使用时搭载平台的振动；

所述来袭目标模拟装置用于模拟来袭目标辐射的光信号；同时，利用内部设置的内置快反镜接收来自被测光电对抗装备辐射的光信号以及被测光电对抗装备发出的对抗信号，通过探测器接收后获得图像；基于图像解算得到来袭目标的方位角和俯仰角，并控制内置快反镜的方位角和俯仰角进行调整，实现对被测光电对抗装备的跟踪；

所述轨道仿真单元用于模拟来袭目标的预设轨迹，同时基于内置快反镜的方位角和俯仰角调整量计算得到调整后轨道；基于来袭目标的预设轨迹与所述调整后轨道的轨道偏差，计算得到来袭目标发射后并在被测光电对抗装备实施对抗后，来袭目标的脱靶量。

较佳的，所述来袭目标模拟装置包括目标源辐射单元；所述目标源辐射单元包括黑体光源、接收组件和准直镜；所述黑体光源的光信号经准直镜准直变进一步的，改变所述黑体光源的温度，用于模拟不同类型来袭目标的辐射特性。

进一步的，还包括可调节光阑，置于准直镜与黑体光源之间；通过调节所述可调节光阑的直径大小来改变出射光斑的大小，模拟不同距离处来袭目标。

进一步的，通过调节所述可调节光阑直径的变化速度，模拟不同运动速度的来袭目标。

较佳的，所述来袭目标模拟装置包括多光谱成像装置；多光谱成像装置包括光学收发组件、电动旋转盘以及布置在其表面的可见光-近红外CCD探测器、中红外CCD探测器和远红外CCD探测器组成；光学收发组件接收来自被测光电对抗装备辐射的光信号和对抗信号，通过内置快反镜反射到电动旋转盘上，通过控制电动旋转盘对探测器进行选择，对不同辐射特性目标进行成像。

较佳的，多光谱成像装置与目标源辐射单元共轴放置，并共用一个卡塞格伦结构作为光学收发组件，目标源辐射装置用其对黑体光源辐射的红外信号向外发射，多光谱成像装置用其接收被测光电对抗装备辐射的光信号和对抗信号。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用二维测试转台搭载被测光电对抗装备的方式，基于相对运动原理，通过控制二维测试转台的运动对来袭目标的大范围、高带宽运动进行模拟；同时，采用快反镜的运动，对安装平台环境干扰进行模拟，相比采用实物来袭目标进行外场实验的测试方案，采用半实物仿真的方式具有众多优势，具有可重复性、安全和成本低等优点。

2、实现了多光谱成像来袭目标模拟装置，可为光电对抗装备提供不同的来袭目标，可对不同模式、不同波段的来袭目标进行模拟，成像波段从可见光覆盖到远红外。

3、来袭目标模拟装置目标源辐射系统与成像系统采用共口径设计，可保证辐射光轴与成像光轴同轴，可对光电对抗装备的同轴度进行检测。

4、采用STK二次开发的方式对来袭目标轨道进行仿真模拟，结合来袭目标模拟装置内置快反镜调整量对轨道进行调整，给出脱靶量，更接近脱靶量实际计算过程，使得测试演示更接近真实情况。

附图说明

图1为本发明的基于半实物仿真光电对抗测试系统的结构示意图；

图2为来袭目标模拟装置的光路原理图；

其中，1-次镜；2-主镜；3-内置快反镜；4-可见光-近红外CCD；5-中红外 CCD；6-远红外CCD；7-快速可调节光阑；8-电动旋转盘；9-黑体光源。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明的基于半实物仿真的光电对抗测试系统主要由来袭目标模拟装置、二维测试转台、外置快反镜以及轨道仿真单元组成；被测光电对抗装备放置于二维测试转台上，二维测试转台带动被测光电对抗装备在俯仰方向和水平方向运动，被测光电对抗装备辐射的光线经外置快反镜反射进入到来袭目标模拟装置中，来袭目标模拟装置发出的光线也经快反镜反射到被测光电对抗装备中，二者进行相互跟踪，跟踪过程中被测光电对抗装备对来袭目标模拟装置进行干扰，来袭目标模拟装置跟踪以及被干扰过程中内置快反镜3的调整量传递给轨道仿真单元，轨道仿真单元依据调整量实时调整轨道，计算实时来袭目标脱靶量。其中，来袭目标模拟装置被测光电对抗装备辐射的光线并获得图像，然后经过图像处理方法提取目标，最后解算出目标相对弹体的角度信息，将获得的角度信息给到内置快反镜3，内置快反镜3运动实现对目标进行跟踪，内置快反镜3将转动量(调整量)传给轨道仿真单元。

如图2所示，来袭目标模拟装置主要由目标源辐射装置、多光谱成像装置以及内置快反镜3。目标源辐射装置包括黑体光源9、快速可调节光阑7、准直镜三部分组成，黑体光源9的光信号经准直镜准直变为平行光后再经前端的光学组件发射出去；其中，准直镜与黑体光源9之间放置快速可调节光阑7，光阑直径可高速变化，用于改变出射光斑的大小，模拟不同距离处目标。通过设定光阑直径的变换速度，模拟不同运动速度目标。黑体温度可改变，用于模拟不同类型飞行器飞行过程中辐射特性。

内置快反镜3作为运动执行机构，通过调整方位和俯仰角对二维测试转台带动的光电对抗装备辐射的光线进行跟踪，由于二维测试转台是通过相对运动原理来模拟来袭目标的运动，则内置快反镜3相当于跟踪的来袭目标的运动，因此可模拟来袭目标跟踪机动过程。

多光谱成像装置主要由光学接收组件，电动旋转盘8以及布置在其表面的可见光-近红外CCD探测器4、中红外CCD探测器5和远红外CCD探测器6组成；光学接收组件接收来自被测光电对抗装备辐射的光信号或者对抗信号，通过内置快反镜3反射到电动旋转盘8上，通过控制电动旋转盘8对探测器进行选择，可对不同辐射特性目标进行成像，突破了单一波段成像的局限。

需要说明的是，本发明的实施例中，如图2所示，目标源辐射装置和多光谱成像装置共轴放置，并共用一个卡塞格伦结构作为光学组件，目标源辐射装置用其对黑体光源9辐射的红外信号向外发射，多光谱成像装置用其接收被测光电对抗装备辐射的光信号。卡塞格伦结构包括次镜1和主镜2，共用一个接收 /发射组件，可缩小系统尺寸。

二维测试转台和外置快反镜主要用于模拟来袭目标运动。二维转台用于模拟大运动范围、低运动带宽来袭目标运动；外置快反镜用于模拟光电对抗装备安装平台振动等外界环境干扰造成的来袭目标与被测光电对抗装备相对运动，这种运动具有运动范围小、运动带宽高的特点，会直接反映到CCD探测器上。外置快反镜运动特性(运动速度、加速度和运动频率)可设置用于模拟不同安装平台的环境干扰，二维测试转台承载被测光电对抗装备，通过水平俯仰两个方向旋转，根据相对运动原理，模拟来袭目标运动，通过设定二维测试转台速度、加速度对来袭目标的速度和加速度进行模拟。将外置快反镜置于来袭目标模拟装置与二维测试转台之间，保证来袭目标模拟装置与被测光电对抗装备辐射光线经外置快反镜反射可进入彼此视场。被测光电对抗装备辐射光线经外置快反镜反射进入到来袭目标模拟装置中，来袭目标模拟装置发出的光线也经外置快反镜反射到被测光电对抗装备中，二者进行相互跟踪。

轨道仿真单元可对正常轨道与对抗后偏航轨道进行实时模拟，演示光电对抗过程。对在不同高度、不同距离上投放的来袭目标轨迹进行模拟，仿真出一条来袭目标轨道，测试演示过程中，来袭目标模拟装置对被测光电对抗装备进行跟踪，被测光电对抗装备对来袭目标模拟装置干扰，来袭目标模拟装置进而调整内置快反镜，轨道仿真单元采集来袭目标模拟装置中内置快反镜的调整量，进而计算出一条新的轨道，轨道仿真单元通过对比预设轨道和调整后的新的轨道偏差，对仿真来袭目标发射后的不同时间(相当于来袭目标与被测光电对抗装备之间的实时距离)内，被测光电对抗装备实施对抗后，来袭目标脱靶量进行模拟仿真计算。轨道仿真单元采用卫星仿真工具包(Satellite Tool Kit,STK) 二次开发的方式进行设计，STK 4DX独立编程可在完全脱离STK环境中运行。利用STK提供的数据库对来袭目标轨道进行仿真，采集来袭目标模拟装置内置快反镜的调整量，经换算后，对仿真轨道进行修正，最后给出脱靶量。

本发明所述的基于半实物仿真的对抗测试系统，可将其用于光电对抗装备演示测试，具体测试步骤如下：

步骤一、将来袭目标模拟装置、外置快反镜和二维测试转台相对位置固定，使来袭目标模拟装置出射光线经快反镜反射能够被光电对抗设备接收，反之，使光电对抗设备辐射光线能够被来袭目标模拟装置接收，并利用距离检测设备对二维测试转台与快反镜、快反镜和来袭目标模拟装置之间距离进行标定；

步骤二、将需要检测的光电对抗设备安装于二维测试转台上，保证被测光电对抗装备镜头中心与二维测试转台的两旋转轴间交点重合；

步骤三、依据被测光电对抗设备所针对的来袭目标，通过轨道仿真单元设定来袭目标模拟装置参数，包括辐射强度大小、来袭目标成像波段；设定轨道参数，包括发射速度、发射高度、来袭目标轨道倾角、射程等；设定运设定二维转台和外置快反镜参数，包括二维转台运动速度、加速度；外置快反镜运动速度、加速度、运动曲线以及运动带宽。

步骤四、设定来袭目标投放时间(相当于来袭目标与被测光电对抗装备之间距离)记录被测光电对抗装备和来袭目标模拟装置跟踪图像，显示对抗过程中来袭目标轨道，计算脱靶量。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (6)

1.一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统，其特征在于，包括来袭目标模拟装置、二维测试转台、外置快反镜以及轨道仿真单元；

所述二维测试转台带动其上搭载的被测光电对抗装备在俯仰方向和水平方向运动，用于模拟来袭目标的运动；

所述外置快反镜将被测光电对抗装备辐射的光信号反射到来袭目标模拟装置的探测视场内；同时，接收来袭目标模拟装置发出的光线并反射给被测光电对抗装备；所述外置快反镜的振动模拟被测光电对抗装备实际使用时搭载平台的振动；

所述来袭目标模拟装置用于模拟来袭目标辐射的光信号；同时，利用内部设置的内置快反镜接收来自被测光电对抗装备辐射的光信号以及被测光电对抗装备发出的对抗信号，通过探测器接收后获得图像；基于图像解算得到来袭目标的方位角和俯仰角，并控制内置快反镜的方位角和俯仰角进行调整，实现对被测光电对抗装备的跟踪；

所述轨道仿真单元用于模拟来袭目标的预设轨迹，同时基于内置快反镜的方位角和俯仰角调整量计算得到调整后轨道；基于来袭目标的预设轨迹与所述调整后轨道的轨道偏差，计算得到来袭目标发射后并在被测光电对抗装备实施对抗后，来袭目标的脱靶量；

所述来袭目标模拟装置包括目标源辐射单元；所述目标源辐射单元包括黑体光源、接收组件和准直镜；所述黑体光源的光信号经准直镜准直变为平行光后再经前端的接收组件发射出去。

2.如权利要求1所述的一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统，其特征在于，改变所述黑体光源的温度，用于模拟不同类型来袭目标的辐射特性。

3.如权利要求1或2所述的一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统，其特征在于，还包括可调节光阑，置于准直镜与黑体光源之间；通过调节所述可调节光阑的直径大小来改变出射光斑的大小，模拟不同距离处来袭目标。

4.如权利要求3所述的一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统，其特征在于，通过调节所述可调节光阑直径的变化速度，模拟不同运动速度的来袭目标。

5.权利要求1所述的一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统，其特征在于，所述来袭目标模拟装置包括多光谱成像装置；多光谱成像装置包括光学收发组件、电动旋转盘以及布置在其表面的可见光-近红外CCD探测器、中红外CCD探测器和远红外CCD探测器；光学收发组件接收来自被测光电对抗装备辐射的光信号和对抗信号，通过内置快反镜反射到电动旋转盘上，通过控制电动旋转盘对探测器进行选择，对不同辐射特性目标进行成像。

6.权利要求5所述的一种基于半实物仿真的光电对抗测试系统，其特征在于，多光谱成像装置与目标源辐射单元共轴放置，并共用一个卡塞格伦结构作为光学收发组件，目标源辐射单元用其对黑体光源辐射的红外信号向外发射，多光谱成像装置用其接收被测光电对抗装备辐射的光信号和对抗信号。

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