CN109159919A - 一种模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，属于红外模拟技术领域。现有的装置存在试验场地空间浪费，模拟装置结构复杂的问题。该装置包括基座(1)、支撑结构(2)、红外热源目标组件(3)、热源光阑挡板和上位机控制单元(14)；红外热源目标组件(3)上表面设有形状为等边三角形的开口，热源光阑挡板用于所述开口的部分或全部遮挡。本装置通过控制红外热源目标组件(3)上光阑挡板的运动来控制红外热源目标组件的开口大小，进而模拟红外热源目标在深向的运动。这样不仅节约了实验场地深向的空间，而且还减小了机械结构设计的复杂度。

Description

一种模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置

技术领域

本发明属于红外模拟技术领域，特别涉及一种模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置。

背景技术

在进行飞行器目标识别、跟踪试验时，需要有相应的红外热源目标在空中飞行，如果采用真实靶机作为红外热源目标，那么不仅费用昂贵，而且会加大试验前期准备时间。所以，在飞行器试验初期利用某种装置模拟红外热源目标在三维空间中运动变得十分必要，这样不仅能够在实验室条件下完成飞行器目标识别、跟踪性能的测试，还可以大大降低试验所需的费用以及所花费的时间。

目前，模拟热源目标在三维空间中运动的常见方法是将热源目标固定在设计好的垫块上，垫块安装于传动机构上，通过控制X、Y、Z三个方向所对应的电机来拖动垫块运动，进而带动红外热源目标在三维空间中运动，三维方向分为横向、纵向以及深向。这种方法为模拟热源目标在深向运动，需要试验场地深向距离足够，这样一来不仅对试验场地空间造成极大浪费，而且还加大了模拟装置结构设计的复杂度。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，以解决现有模拟装置需要占用较大深向空间，且模拟装置结构设计的复杂度的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，包括基座和支撑结构，还包括红外热源目标组件、热源光阑挡板和上位机控制单元；

红外热源目标组件包括加热片和温度传感器；

上位机控制单元控制加热片对红外热源目标组件进行加热，温度传感器采集红外热源目标组件内温度数据并传输给上位机控制单元；

当红外热源目标组件内部温度达到设定温度时，上位机控制单元发送指令到加热片停止加热。

进一步的，红外热源目标组件上表面设有形状为等边三角形的开口，红外热源目标组件外层为绝热材料，红外热源目标组件中的热量只通过开口散出；

热源光阑挡板用于开口的部分或全部遮挡。

进一步的，还包括热源光阑挡板电机和热源光阑挡板传动机构；

热源光阑挡板电机与热源光阑挡板电机位置数据采集单元连接，热源光阑挡板电机位置数据采集单元用于采集热源光阑挡板电机的角位移；

热源光阑挡板电机通过热源光阑挡板传动机构带动热源光阑挡板移动，改变红外热源目标组件的开口大小。

进一步的，热源光阑挡板传动机构为齿轮传动或丝杠传动。

进一步的，还包括横向电机、纵向电机、横向传动机构、纵向传动机构、横向电机位置数据采集单元和纵向电机位置数据采集单元。

进一步的，还包括横向电机驱动单元、纵向电机驱动单元、热源光阑挡板电机驱动单元及显示终端。

进一步的，横向电机、纵向电机和热源光阑挡板电机分别通过对应的电缆与横向电机驱动单元、纵向电机驱动单元和热源光阑挡板电机驱动单元连接。

进一步的，横向电机驱动单元、纵向电机驱动单元和热源光阑挡板电机驱动单元通过以太网线连接到上位机控制单元。

进一步的，横向电机位置数据采集单元、纵向电机位置数据采集单元和热源光阑挡板电机位置数据采集单元通过电缆连接于上位机控制单元。

进一步的，显示终端与上位机控制单元连接，显示红外热源目标组件的运动轨迹。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

1)本装置通过控制红外热源目标组件上光阑挡板的运动来控制红外热源目标组件的开口大小，进而模拟红外热源目标在深向的运动。这样不仅节约了实验场地深向的空间，而且还减小了机械结构设计的复杂度。

2)红外热源目标组件的正三角形开口保证了模拟目标的形状不变。

3)两个横向电机和横向传动机构的设置，使纵向传动机构可以快速、稳定、平衡的实现整体横向的高速运动。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1本发明装置结构示意图；

图2本发明装置侧视图；

图3红外热源目标组件示意图；

图4本发明装置工作原理图。

附图标记：

1-基座；2-支撑结构；3-红外热源目标组件；4-横向电机驱动单元；5-横向电机；6-纵向电机驱动单元；7-纵向电机；8-热源光阑挡板电机驱动单元；9-热源光阑挡板电机；10-横向传动机构；11-纵向传动机构；12-横向电机位置数据采集单元；13-纵向电机位置数据采集单元；14-上位机控制单元；15-显示终端；16-机柜。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。

本发明的一个具体实施例，如图1-图2所示，一种模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置包括：基座1、支撑结构2、红外热源目标组件3、横向电机驱动单元4、横向电机5、纵向电机驱动单元6、纵向电机7、热源光阑挡板电机驱动单元8、热源光阑挡板电机9、横向传动机构10、纵向传动机构11、横向电机位置数据采集单元12、纵向电机位置数据采集单元13、上位机控制单元14、显示终端15及机柜16。

红外热源目标组件3横向和纵向的移动模拟：

支撑结构2与基座1通过螺栓固定，使装置可以稳固的放置于地面。两个横向传动机构10平行的固定于支撑结构2上，纵向传动机构11整体竖直安装于两个平行的横向传动机构10上。传动机构10、11为丝杠传动。横向传动机构10通过连轴器同轴连接到横向电机5上，纵向传动机构11通过连轴器同轴连接到纵向电机7上。两个横向电机5转速及转动方向相同，运动完全同步，两个横向电机5通过横向传动机构10带动纵向传动机构11整体横向移动。纵向传动机构11是一个较长较重的组件，本实施例装置设有两个横向电机5，可以产生较大的驱动力，使纵向传动机构11可以进行高速移动；两个横向传动机构10使纵向传动机构11高速移动过程中保持平衡。

横向电机位置数据采集单元12和纵向电机位置数据采集单元13分别同轴固定于横向电机5和纵向电机7尾部。横向电机5和纵向电机7分别通过对应的电缆连接于横向电机驱动单元4和纵向电机驱动单元6上，电缆用于输送动力电和反馈电机旋转状态。横向电机驱动单元4和纵向电机驱动单元6通过以太网线连接到上位机控制单元14。

红外热源目标组件3安装于纵向传动机构11上，纵向电机7通过纵向传动机构11带动红外热源目标组件3纵向移动，红外热源目标组件3随着纵向传动机构11整体在横向的移动而移动。

红外热源目标组件3深向的移动模拟：

如图3所示，红外热源目标组件3上表面设有形状为等边三角形的开口，组件3外层为绝热材料，绝缘材料如硅酸钙板、硅酸铝纤维板等可根据需要进行选则，组件3内的热量只能通过开口传出，组件3内部达到500℃时，组件3外层仍为常温。热源光阑挡板外层为绝热材料，热源光阑挡板可将红外热源目标组件3上的开口部分或完全遮挡。热源光阑挡板的移动造成红外热源目标组件3开口大小的变化，当开口较大时，可以模拟红外热源目标组件3深向较近的距离，当开口较小时，可以模拟红外热源目标组件3深向较远的距离。等边三角形的开口使红外热源目标组件3开口仅随着热源光阑挡板的移动改变大小而不改变形状。

红外热源目标组件3内部安装有加热片和温度传感器。上位机控制单元14控制加热片通电升高红外热源目标组件3内温度，温度传感器通过导线连接于上位机控制单元14，温度传感器采集红外热源目标组件3内的温度数据并传输给上位机控制单元14，当红外热源目标组件3内部温度达到设定温度时，上位机控制单元14控制加热片停止加热。

热源光阑挡板电机9尾部同轴连接热源光阑挡板电机位置数据采集单元。热源光阑挡板电机9通过对应的电缆连接于热源光阑挡板电机驱动单元8上，热源光阑挡板电机驱动单元8通过以太网线连接到上位机控制单元14上。上位机控制单元14上通过发送控制指令到热源光阑挡板电机驱动单元8，进而控制热源光阑挡板电机9运动，通过热源光阑挡板传动机构带动热源光阑挡板移动，改变红外热源目标组件3的开口大小。

本实施例中的热源光阑挡板传动机构为丝杠传动：红外热源目标组件3为一个长方体，将热源光阑挡板的长度设置的比红外热源目标组件3稍大，长出红外热源目标组件3一部分，在红外热源目标组件3未设置开口的面上安装热源光阑挡板电机9和丝杠，电机9带动丝杠转动，丝杠上设有螺母，将螺母与热源光阑挡板长出红外热源目标组件3的部分进行固定，螺母在丝杠上的往复运动带动光阑挡板移动，实现对红外热源目标组件3开口大小的改变。

齿轮传动也可实现热源光阑挡板的移动：将热源光阑挡板尺寸设置的比红外热源目标组件3整体稍小，但仍能全部遮挡红外热源目标组件3开口，将热源光阑挡板电机9固定在热源光阑挡板上，在电机9的传动轴上设置齿轮，在红外热源目标组件3上设置齿条，齿轮与齿条相互啮合，热源光阑挡板电机9通过齿轮传动可以实现对光阑挡板位置的移动。

电机位置数据采集单元用于采集电机的角位移，结合丝杠的螺距即可计算出红外热源目标组件3在对应传动机构上的移动位置。采集单元12、采集单元13和热源光阑挡板电机位置数据采集单元分别通过对应的电缆连接于上位机控制单元14，将采集到的各电机角位移输送到上位机控制单元14，显示终端15与上位机控制单元14相连接，各方向电机信息经上位机控制单元14处理后，红外热源目标组件3的运动轨迹显示在显示终端15上。电机驱动单元4、6、8、上位机控制单元14和显示终端15都安装在机柜16中。

图4为本实施例装置的工作原理图。

首先，通过显示终端15的人机界面设定红外热源目标组件3温度，显示终端15将设定好的温度数据传送给上位机控制单元14，上位机控制单元14通过控制红外热源目标组件3内部的加热片通电将红外热源目标组件3内温度升高，温度传感器每隔一定采样周期采集一次温度数据，并将采集到的温度数据传输给上位机控制单元14，当红外热源目标组件3内部温度达到设定的温度时，上位机控制单元14控制加热片停止加热。

其次，通过显示终端15显示的人机界面设定需模拟的红外热源目标3三维空间运动曲线，显示终端15将数据传送到上位机控制单元14，上位机控制单元14根据给定的数据解析出横向、纵向以及热源光阑挡板的运动数据，将解析出的数据分别发送给横向电机驱动单元4、纵向电机驱动单元6以及热源光阑挡板电机驱动单元8，各电机驱动单元分别控制相应的电机按照指定的指令运动，与此同时，上位机控制单元14每隔一个采样周期接收一次电机位置数据采集单元反馈的位置数据，这样便实现了位置闭环。

横向电机5、纵向电机7和热源光阑挡板电机9每隔一个周期向对应的电机驱动单元4、6、8反馈旋转状态，电机驱动单元将电机旋转状态反馈到上位机控制单元14，以保证本发明装置各组件的正常运行。

本发明装置可以模拟红外热源目标在三维空间中的运动，能够在实验室条件下完成飞行器目标识别、跟踪性能的测试，还可以大大降低试验所需的费用以及所花费的时间。

本装置通过控制红外热源目标组件3上光阑挡板的运动来控制红外热源目标组件的开口大小，进而模拟红外热源目标在深向的运动。这样不仅节约了实验场地深向的空间，而且还大大减小了模拟装置机械结构设计的复杂度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，包括基座(1)和支撑结构(2)，其特征在于，还包括红外热源目标组件(3)、热源光阑挡板和上位机控制单元(14)；

所述红外热源目标组件(3)包括加热片和温度传感器；

所述上位机控制单元(14)控制加热片对红外热源目标组件(3)进行加热，所述温度传感器采集红外热源目标组件(3)内温度数据并传输给上位机控制单元(14)；

当红外热源目标组件(3)内部温度达到设定温度时，上位机控制单元(14)发送指令到加热片停止加热。

2.根据权利要求1所述的模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，其特征在于，红外热源目标组件(3)上表面设有等边三角形的开口，红外热源目标组件(3)外层为绝热材料，红外热源目标组件(3)中的热量仅通过所述开口散出；

所述热源光阑挡板用于所述开口的部分或全部遮挡。

3.根据权利要求1所述的模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，其特征在于，还包括热源光阑挡板电机(9)和热源光阑挡板传动机构；

所述热源光阑挡板电机(9)与热源光阑挡板电机位置数据采集单元连接，所述热源光阑挡板电机位置数据采集单元用于采集热源光阑挡板电机(9)的角位移；

所述热源光阑挡板电机(9)通过所述热源光阑挡板传动机构带动所述热源光阑挡板移动，改变红外热源目标组件(3)的开口大小。

4.根据权利要求3所述的模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，其特征在于，所述热源光阑挡板传动机构为齿轮传动或丝杠传动。

5.根据权利要求1-4任一项所述的模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，其特征在于，还包括横向电机(5)、纵向电机(7)、横向传动机构(10)、纵向传动机构(11)、横向电机位置数据采集单元(12)和纵向电机位置数据采集单元(13)。

6.根据权利要求5所述的模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，其特征在于，还包括横向电机驱动单元(4)、纵向电机驱动单元(6)、热源光阑挡板电机驱动单元(8)及显示终端(15)。

7.根据权利要求6所述的模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，其特征在于，所述横向电机(5)、纵向电机(7)和热源光阑挡板电机(9)分别通过对应的电缆与横向电机驱动单元(4)、纵向电机驱动单元(6)和热源光阑挡板电机驱动单元(8)连接。

8.根据权利要求6所述的模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，其特征在于，所述横向电机驱动单元(4)、纵向电机驱动单元(6)和热源光阑挡板电机驱动单元(8)通过以太网线连接到上位机控制单元(14)。

9.根据权利要求6所述的模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，其特征在于，所述横向电机位置数据采集单元(12)、纵向电机位置数据采集单元(13)和热源光阑挡板电机位置数据采集单元通过电缆连接于上位机控制单元(14)。

10.根据权利要求6-9所述的模拟红外热源目标在三维空间中运动的装置，其特征在于，所述显示终端(15)与所述上位机控制单元(14)连接，显示红外热源目标组件(3)的运动轨迹。