CN112129170A - 一种电视制导的烟幕干扰实验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电视制导的烟幕干扰实验系统，所述系统包括：烟幕箱和烟幕生成部件、烟幕测试部件、电视制导部件、目标运动部件、实验系统配套软件；所述烟幕测试部件用于测试烟幕生成部件生成的烟幕特性参数；所述电视制导部件用于实现对可见光运动目标的跟踪锁定，模拟电视制导过程；所述目标运动部件模拟可见光运动目标，并配合电视制导部件；所述实验系统配套软件用于控制烟幕干扰实验系统的工作，计算烟幕对可见光段激光的透过率，显示电视制导的跟踪与干扰过程；与电视制导部件之间实现数据的双向传输，与烟幕测试部件实现数据的双向传输。根据本发明的方案，解决缺少电视制导的烟幕干扰实验系统，不利于教学和实验研究的技术问题。

Description

一种电视制导的烟幕干扰实验系统
技术领域
本发明涉及导弹控制领域，尤其涉及一种电视制导的烟幕干扰实验系统，用于实验演示烟幕对电视制导光电设备的干扰遮蔽效果。
背景技术
烟幕干扰是光电无源干扰的一种，它通过遮蔽光辐射的传播，使得对方光电侦察设备或光电制导武器无法正常工作。由于烟幕干扰成本低廉、使用方便、效果明显，因此，在坦克、舰船、直升机和地面目标等不同类型平台和装备的防空和自卫中广泛使用。
现有技术中，为了测试烟幕干扰的效果，只能通过外场试验的方式实现，这种方式成本较高、难度较大，不适合教学和实验研究。为了方便教学和科研，在实验室中演示烟幕干扰对电视制导光电设备的干扰遮蔽效果，需要搭建电视制导烟幕干扰实验系统。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种电视制导的烟幕干扰实验系统，所述电视制导的烟幕干扰实验系统，用以解决现有技术中缺少电视制导的烟幕干扰实验系统，不利于教学和实验研究的技术问题。
根据本发明的第一方面，提供一种电视制导的烟幕干扰实验系统，包括：
所述电视制导的烟幕干扰实验系统，包括烟幕箱和烟幕生成部件、烟幕测试部件、电视制导部件、目标运动部件、实验系统配套软件；
所述烟幕箱和烟幕生成部件，包括烟幕箱、烟幕生成部件，所述烟幕箱由框架、玻璃以及金属侧板组成；框架用于固定和支撑玻璃以及金属侧板，玻璃配置于所述烟幕箱的前侧和后侧；金属侧板配置于所述烟幕箱的上、下表面和左右两侧；所述烟幕生成部件包括烟机，烟机包括控制电路、油泵及发热块；
所述烟幕测试部件用于测试烟幕生成部件生成的烟幕特性参数，所述烟幕测试部件包括激光信号源、激光功率探测单元；
所述电视制导部件用于实现对可见光运动目标的跟踪锁定，模拟电视制导过程；所述电视制导部件包括CCD成像器、视频跟踪器、两轴运动平台；所述两轴运动平台用于对模拟电视制导部件提供承载；CCD成像器将获得的图像发送给视频跟踪器，所述视频跟踪器提取视场中存在的目标，通过RS422接口将目标与光轴中心的偏差量发送给两轴运动平台，实现目标跟踪；
所述目标运动部件模拟可见光运动目标，并配合电视制导部件；所述目标运动部件包括运动控制箱、直线运动执行机构、模拟目标源，所述模拟目标源安装于直线运动执行机构上，由实验系统配套软件控制电机，用以驱动所述目标运动部件；
所述实验系统配套软件用于控制烟幕干扰实验系统的工作，计算烟幕对可见光段激光的透过率，显示电视制导的跟踪与干扰过程，分析干扰结果；与电视制导部件之间实现数据的双向传输，与烟幕测试部件实现数据的双向传输。
进一步地，所述烟幕箱的框架起到固定和支撑玻璃以及金属侧板的作用，防止烟幕箱变形；前后两块玻璃透过可见光，电视制导部件能够透过前后玻璃跟踪目标。
进一步地，所述烟幕箱的上、下、左、右都是金属侧板，其中上面的侧板能够打开，通过金属合页和烟幕箱链接在一起，未释放烟幕时不影响电视制导过程，在释放烟幕时，能够起到防止烟幕四周扩散的作用。
进一步地，所述烟幕箱的尺寸为1m×0.6m×0.6m。
进一步地，烟机包括控制电路、油泵和发热块；接通电源后，控制电路给发热块施加电源，当发热块的温度达到预定温度时，控制电路停止给发热块供电，转而给油泵供电，油泵输油，经发热块后从烟机喷嘴里喷出。
进一步地，所述烟幕测试部件的激光信号源采用532nm固体激光器；激光功率探测单元采用光电型激光功率计；评价烟幕遮蔽效果的技术指标包括烟幕在激光波上的透过率和有效持续时间，分别记为烟幕透过率和烟幕持续时间。
进一步地，所述烟幕透过率以初始无烟幕条件下的激光信号幅度为基准，测量有烟经过的情况下激光信号幅度，两者比值即为激光透过率。
进一步地，所述烟幕持续时间是从烟幕对电视制导部件实施有效干扰时刻到烟幕浓度降低到不能对电视制导部件实施干扰时刻的时长。
进一步地，所述电视制导部件包括CCD成像器、视频跟踪器、两轴运动平台；所述CCD成像器由光学镜头、调光机构、调焦机构、聚焦机构、CCD、自动控制电路组成；CCD输出的图像经电路处理后，输出送视频跟踪器。
进一步地，所述视频跟踪器的目标跟踪处理方式是相关跟踪，所述相关跟踪这一跟踪方式是采用跟踪目标的结构图或纹理图制作目标模板图，在传感器输出的实时图像中匹配跟踪目标，其过程是先建立跟踪目标的模板图数据库，成像传感器实时拍摄跟踪目标的区域图像，数字处理电路将这些实时图像变换为二进制的数字图像，再与模板图进行匹配相关，产生的结果用于确定跟踪目标位置。
根据本发明的上述方案，获得以下技术效果：（1）能在实验室中演示烟幕干扰对电视制导光电设备的干扰遮蔽的效果；（2）该实验系统中各个部件体积较小、功耗较小、成本较低，可以实现在实验室中演示烟幕干扰对电视制导光电设备的干扰遮蔽的效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明提供如下附图进行说明。在附图中：
图1为根据本发明的一个实施方式的电视制导的烟幕干扰实验系统的组成图；
图2为本发明一个实施方式的烟幕箱与器件连接关系示意图；
图3为本发明的一个实施方式的烟幕测试部件结构示意图；
图4为本发明一个实施方式的目标运动部件的结构示意图；
图5为本发明一个实施方式的电视制导部件结构示意图；
图6为本发明一个实施方式的CCD成像器结构示意图；
图7为本发明一个实施方式的视频跟踪器的原理示意图；
图8为本发明一个实施方式的电视制导的烟幕干扰实验系统的工作示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先结合图1说明本发明的电视制导的烟幕干扰实验系统的总体架构，如图1所示：
所述电视制导的烟幕干扰实验系统，包括烟幕箱和烟幕生成部件、烟幕测试部件、电视制导部件、目标运动部件、实验系统配套软件；
所述烟幕箱和烟幕生成部件，包括烟幕箱、烟幕生成部件，所述烟幕箱由框架、玻璃以及金属侧板组成；框架用于固定和支撑玻璃以及金属侧板，玻璃配置于所述烟幕箱的前侧和后侧；金属侧板配置于所述烟幕箱的上、下表面和左右两侧；所述烟幕生成部件包括烟机，烟机包括控制电路、油泵及发热块；
所述烟幕测试部件用于测试烟幕生成部件生成的烟幕特性参数，所述烟幕测试部件包括激光信号源、激光功率探测单元；
所述电视制导部件用于实现对可见光运动目标的跟踪锁定，模拟电视制导过程；所述电视制导部件包括CCD成像器、视频跟踪器、两轴运动平台；所述两轴运动平台用于对模拟电视制导部件提供承载；CCD成像器将获得的图像发送给视频跟踪器，所述视频跟踪器提取视场中存在的目标，通过RS422接口将目标与光轴中心的偏差量发送给两轴运动平台，实现目标跟踪；
所述目标运动部件模拟可见光运动目标，并配合电视制导部件；所述目标运动部件包括运动控制箱、直线运动执行机构、模拟目标源，所述模拟目标源安装于直线运动执行机构上，由实验系统配套软件控制电机，用以驱动所述目标运动部件；
所述实验系统配套软件用于控制烟幕干扰实验系统的工作，计算烟幕对可见光段激光的透过率，显示电视制导的跟踪与干扰过程，分析干扰结果；与电视制导部件之间实现数据的双向传输，与烟幕测试部件实现数据的双向传输。
以下结合图2，说明烟幕箱的结构。
烟幕箱由框架、玻璃以及金属侧板组成。框架起到固定和支撑玻璃以及金属侧板的作用，防止烟幕箱变形。前后两块玻璃能透过可见光，电视制导部件能够透过前后玻璃跟踪目标。上下左右四块是金属侧板，其中上面的侧板能够打开，通过金属合页和烟幕箱链接在一起，未释放烟幕时不影响电视制导过程，在释放烟幕时，能够起到防止烟幕四周扩散的作用。烟幕箱长宽高为1m×0.6m×0.6m。
所述烟幕生成部件的主要部件是烟机。烟机包括控制电路、油泵和发热块。接通电源后，控制电路给发热块施加电源，当发热块的温度达到预定温度时，所述预定温度可以为烟油气化的温度，控制电路停止给发热块供电，转而给油泵供电，油泵输油，经发热块后从烟机喷嘴里喷出烟。烟油的主要成分是水、甘油、乙二醇、丙二醇、稳定剂等。
以下结合图3，说明烟幕测试部件的结构。
所述烟幕测试部件用于测试烟幕生成部件生成的烟幕特性参数，所述烟幕测试部件包括激光信号源、激光功率探测单元；
本实施例中，所述烟幕测试部件的设计要求和系统性能要求包括：所述烟幕测试部件能够检测透过的激光，能够测试烟幕持续时间。
本实施例中，激光信号源采用532nm固体激光器；激光功率探测单元采用光电型激光功率计。
评价烟幕遮蔽效果的技术指标包括烟幕在激光波或常用激光波上的透过率和有效持续时间，分别记为烟幕透过率和烟幕持续时间。
其中，烟幕透过率以初始无烟幕条件下的激光信号幅度为基准，测量有烟经过的情况下激光信号幅度，两者比值即为激光透过率。烟幕持续时间是从烟幕对电视制导部件实施有效干扰时刻到烟幕浓度降低到不能对电视制导部件实施干扰时刻的时长，所述烟幕对电视制导部件实施有效干扰时刻是脱靶量超过规定值的时刻。
以下结合图4，说明目标运动部件的结构。
所述目标运动部件模拟可见光运动目标，并配合电视制导部件；所述目标运动部件包括运动控制箱、直线运动执行机构、模拟目标源，所述模拟目标源安装于直线运动执行机构上，由实验系统配套软件控制电机，用以驱动所述目标运动部件。
本实施例中，目标运动部件能够更换多种目标对象、固定目标对象；目标对象能够以一定的轨迹循环运动。所述直线运动执行机构为往复直线运动机构，作为运动单元。目标源安装在一个运动单元上，通过实验系统配套软件控制目标源，实现对目标对象运动速度和运动轨迹的控制。
本实施例中，计算机通过串口实现对直线运动执行机构的运动、停止控制，同时能调整直线运动速度，负载最高可达5kg。
以下结合图5，说明电视制导部件的结构。
所述电视制导部件包括CCD成像器、视频跟踪器、两轴运动平台。所述CCD成像器由光学镜头、调光机构、调焦机构、聚焦机构、CCD、自动控制电路等部分组成。其组成结构如图6所示。
目标和背景的可见光信息通过光学镜头成像在可见光面阵CCD摄像机上，摄像机将目标和背景的可见光照度转换为电信号，输出表征外界景物灰度特征的全电视信号，CCD输出的图像经电路处理后，输出送视频跟踪器。
以下结合图7说明视频跟踪器的原理。所述视频跟踪器采用高速DSP以及大规模可编程器件，尽量减少元器件数量。采用FPGA加DSP技术构建柔性平台，各功能模块均可实现数字化控制及信息共享，减少长线传输，提高可靠性的同时使得系统结构紧凑、重量减轻。
视频跟踪器按视频信号的特点提取视场中存在的目标，通过RS422接口将目标与光轴中心的偏差量送给两轴运动平台，以实现目标的闭环跟踪。
视频跟踪器的目标跟踪处理方式是相关跟踪。
所述相关跟踪这一跟踪方式是采用跟踪目标的结构图或纹理图制作目标模板图，在传感器输出的实时图像中匹配跟踪目标，其过程是先建立跟踪目标的模板图数据库，成像传感器实时拍摄跟踪目标的区域图像，数字处理电路将这些实时图像变换为二进制的数字图像，再与模板图进行匹配相关，产生的结果用于确定跟踪目标位置。
所述两轴运动平台用于对电视制导部件提供承载，采用现有成熟产品，并对其进行部分适装性改进，负载能力≥5kg；转台结构采用T-U的框架结构，框架采用优质铝合金构件，可大大减少轴系的转动惯量和设备总体重量。
所述实验系统配套软件具有测试软件，测试软件的主页面由菜单栏，控制栏，列表栏，图形以及快速处理按钮构成。可以方便的进行相关的操作和图像与信息的显示。测试软件分为通讯模块、显示模块、数据处理模块、信息模块及辅助模块等。
通讯模块用于计算机和硬件的通讯管理和数据交换，控制硬件对计算机发送数据包，并从中提取相关数据。
图形显示模块将采集到的数据进行实时显示，并与数据处理模块进行交互，通过对图形操作进行数据处理功能。
数据处理模块将采集到的数据进行整合和处理，并配合图形模块操作进行数据处理。
信息模块将数据处理的信息进行显示，并对数据进行文件操作。
以下结合图8说明本发明的工作情况。
电视成像器和二维运动平台的供电为交流24V，电视成像器和二维运动平台各通过RS232串口与综合控制箱相连接。
目标运动部件和综合控制箱之间有1根电缆连接。
功率计的表头和工控机之间通过RS232串口相连接。功率计的表头采用直流5V供电。
综合控制箱和工控机之间通过两个USB数据线连接。综合控制箱采用220V交流供电。
各设备重量功耗如表1所示。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置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，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的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，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者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者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，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。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，实体机服务器，或者网络云服务器等，需安装Windows或者Windows Server操作系统)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess 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，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于，所述电视制导的烟幕干扰实验系统，包括烟幕箱和烟幕生成部件、烟幕测试部件、电视制导部件、目标运动部件、实验系统配套软件；
所述烟幕箱和烟幕生成部件，包括烟幕箱、烟幕生成部件，所述烟幕箱由框架、玻璃以及金属侧板组成；框架用于固定和支撑玻璃以及金属侧板，玻璃配置于所述烟幕箱的前侧和后侧；金属侧板配置于所述烟幕箱的上、下表面和左右两侧；所述烟幕生成部件包括烟机，烟机包括控制电路、油泵及发热块；
所述烟幕测试部件用于测试烟幕生成部件生成的烟幕特性参数，所述烟幕测试部件包括激光信号源、激光功率探测单元；
所述电视制导部件用于实现对可见光运动目标的跟踪锁定，模拟电视制导过程；所述电视制导部件包括CCD成像器、视频跟踪器、两轴运动平台；所述两轴运动平台用于对模拟电视制导部件提供承载；CCD成像器将获得的图像发送给视频跟踪器，所述视频跟踪器提取视场中存在的目标，通过RS422接口将目标与光轴中心的偏差量发送给两轴运动平台，实现目标跟踪；
所述目标运动部件模拟可见光运动目标，并配合电视制导部件；所述目标运动部件包括运动控制箱、直线运动执行机构、模拟目标源，所述模拟目标源安装于直线运动执行机构上，由实验系统配套软件控制电机，用以驱动所述目标运动部件；
所述实验系统配套软件用于控制烟幕干扰实验系统的工作，计算烟幕对可见光段激光的透过率，显示电视制导的跟踪与干扰过程，分析干扰结果；与电视制导部件之间实现数据的双向传输，与烟幕测试部件实现数据的双向传输。
2.如权利要求1所述的电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于，所述烟幕箱的框架起到固定和支撑玻璃以及金属侧板的作用，防止烟幕箱变形；前后两块玻璃透过可见光，电视制导部件能够透过前后玻璃跟踪目标。
3.如权利要求2所述的电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于：所述烟幕箱的上、下、左、右都是金属侧板，其中上面的侧板能够打开，通过金属合页和烟幕箱链接在一起，未释放烟幕时不影响电视制导过程，在释放烟幕时，能够起到防止烟幕四周扩散的作用。
4.如权利要求1所述的电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于，所述烟幕箱的尺寸为1m×0.6m×0.6m。
5.如权利要求1所述的电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于，烟机包括控制电路、油泵和发热块；接通电源后，控制电路给发热块施加电源，当发热块的温度达到预定温度时，控制电路停止给发热块供电，转而给油泵供电，油泵输油，经发热块后从烟机喷嘴里喷出。
6.如权利要求5所述的电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于，所述烟幕测试部件的激光信号源采用532nm固体激光器；激光功率探测单元采用光电型激光功率计；评价烟幕遮蔽效果的技术指标包括烟幕在激光波上的透过率和有效持续时间，分别记为烟幕透过率和烟幕持续时间。
7.如权利要求6所述的电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于，所述烟幕透过率以初始无烟幕条件下的激光信号幅度为基准，测量有烟经过的情况下激光信号幅度，两者比值即为激光透过率。
8.如权利要求6所述的电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于，所述烟幕持续时间是从烟幕对电视制导部件实施有效干扰时刻到烟幕浓度降低到不能对电视制导部件实施干扰时刻的时长。
9.如权利要求1所述的电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于，所述电视制导部件包括CCD成像器、视频跟踪器、两轴运动平台；所述CCD成像器由光学镜头、调光机构、调焦机构、聚焦机构、CCD、自动控制电路组成；CCD输出的图像经电路处理后，输出送视频跟踪器。
10.如权利要求9所述的电视制导的烟幕干扰实验系统，其特征在于，所述视频跟踪器的目标跟踪处理方式是相关跟踪，所述相关跟踪这一跟踪方式是采用跟踪目标的结构图或纹理图制作目标模板图，在传感器输出的实时图像中匹配跟踪目标，其过程是先建立跟踪目标的模板图数据库，成像传感器实时拍摄跟踪目标的区域图像，数字处理电路将这些实时图像变换为二进制的数字图像，再与模板图进行匹配相关，产生的结果用于确定跟踪目标位置。
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