CN112698580A - 适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统及仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统及仿真方法，该系统包括转台系统、图像处理计算机、仿真计算机、弹载控制计算机、舵机、转台通信总线、反射内存网络和红外目标模拟系统，通过对仿真系统结构布局的优化设计，以及功能模块的功能优化，不仅显著降低试验成本，并且提高了试验的可靠性、精确性以及实用性；本发明通过工装台、红外目标模拟系统和三轴转台替代五轴转台，实现红外精确制导炸弹的半实物仿真，不会对系统的稳定性造成影响，由于红外目标模拟系统仅含有目标点源和安装支架，系统手工操作简单轻便，方法实施简单便捷、可实施性和操作性强，能替代传统的红外制导武器的五轴转台半实物仿真系统，大大节约试验成本，具有明显的优势。

Description

适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统及仿真方法

技术领域

本发明涉及一种适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统及仿真方法，属于制导武器半实物仿真技术领域。

背景技术

随着精确制导技术的快速发展，将精确制导技术和传统空地武器相结合，形成高精度的精确制导弹药，已经成为空地武器的一个重要发展方向。其中，红外精确制导炸弹是通过在普通航空炸弹上通过加装红外成像导引头、惯导设备和空气动力控制装置，改造而成的一种精确制导弹药。红外成像制导弹药在研制阶段需求要进行大量的测试及仿真试验，用于验证制导弹药武器在识别和跟踪目标能力下的精确制导能力。在仿真试验中，半实物仿真置信度高，具有可重复性、有效性、经济性和安全性等诸多优点，在航天、航空及军事等领域里广泛应用，是装备系统研制过程中必不可少的重要手段之一。半实物仿真将部分产品实物引入到仿真回路中，部分数学模型精度较高的部分或者难以用实物代替的部分，由数学模型替代，部分实物或者物理模型直接接入到仿真回路。半实物仿真作为替代真实环境或设备的一种典型方法，可提高仿真的可信性，同时也解决了以往存在于系统中的许多复杂建模问题，是目前主要的仿真试验发展方向。

目前，红外图像制导武器的半实物仿真通常采用五轴转台系统或者三轴转台系统加上两轴转台系统的半实物仿真系统方案。采用五轴转台系统的试验方案特点在于操作方便、控制精度较高，是目前大多数采用的红外制导武器半实物仿真方案，但该方案缺点在于五轴转台成本高、试验价格昂贵，使用普及率低。采用三轴转台配套两轴转台的试验方案，其中三轴转台模拟弹体的姿态运动，两轴转台模拟目标的运动，从而实现五轴转台的功能，但该方案特点在于三轴转台和两轴转台的安装精度较高，对地基有一定要求，可移动性较差，半实物仿真试验时灵活性受到限制，方案实施相对困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，不仅降低红外图像制导武器半实物仿真试验成本，同时实现试验方案简单灵活，可实施性和可操作性强的目的。

本发明的另外一个目的在于提供一种适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，包括转台系统、图像处理计算机、仿真计算机、弹载控制计算机和红外目标模拟系统，所述转台系统包括三轴转台、惯组平台、红外成像导引头、工装台和导引头转接板，其中红外成像导引头通过导引头转接板固定在工装台的第一安装面上，惯组平台固定在工装台的第二安装面上，工装台安装在三轴转台上；所述红外目标模拟系统位于三轴转台的前方，仿真计算机、图像处理计算机、弹载控制计算机与转台系统连接，其中：

转台系统：用于模拟红外精确制导炸弹的飞行状态，其中惯组平台的采集数据与仿真计算机实时传输，红外成像导引头与图像处理计算机进行通讯、弹载控制计算机与三轴转台实时通讯，实现数据信息交互；

仿真计算机：用于装订仿真系统的仿真条件，解算弹体飞行状态信息，控制仿真时序，负责整个系统的仿真流程，与惯组平台进行数据信息交互，并存储仿真试验数据；配置三轴转台、红外目标模拟系统的点光源和红外成像导引头的位置，得到转台参考坐标系，将转台参考坐标系转换为发射坐标系，根据转台参考坐标系和发射坐标系，求解得到弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角，并将该三个角度信息以控制指令信息发送至三轴转台，确定仿真系统仿真时转台运动的初始位置；实时向弹载控制计算机发送弹体飞行状态信息，并判断满足仿真结束条件时，结束半实物仿真试验，其中炸弹落地即为仿真结束条件；

图像处理计算机：安装有红外图像视频采集系统，与红外导引头连接，接收红外导引头获取的红外目标点源的图像信息，得到红外导引头和红外目标点源之间视线方向的高低角及方位角信息，根据所述视线高低角及方位角，在红外图像视频采集系统中观察红外点源目标，确保红外点源目标在红外导引头视场角内；当三轴转台运行到末制导阶段的红外导引头可视范围区域内，选取和锁定红外目标点源，将红外成像导引头锁定目标后得到的视线高低角速率和方位角速率信息，发送给弹载控制计算机。

弹载控制计算机：计算红外精确制导炸弹的飞行控制指令，控制舵机偏转，实现红外精确制导炸弹飞行控制；与仿真计算机、图像处理计算机进行信息传输；在导引头参与飞行控制的末制导阶段，接收图像处理计算机上的锁定目标后的红外导引头视线高低角速率和方位角速率信息，用于末制导阶段的控制指令的解算。

在上述适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统中，还包括舵机，所述舵机为红外精确制导炸弹飞行控制的执行机构，输入信号为弹载控制计算机解算的弹体飞行控制指令，按照控制指令控制舵机的舵片运动。

在上述适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统中，还包括转台通信总线与反射内存网络，所述红外导引头通过转台通信总线与图像处理计算机通讯；弹载控制计算机通过转台通信总线与三轴转台实时通讯；弹载控制计算机通过转台通信总线与仿真计算机、图像处理计算机进行信息传输。仿真计算机通过转台系统的反射内存网络与惯组平台进行数据信息交互；仿真计算机实时通过反射内存网络向弹载控制计算机发送弹体飞行状态信息；

在上述适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统中，所述工装台为长方体结构，相对的两个面为安装面，其中第一安装面上开设凹槽，红外成像导引头设置在导引头转接板开设的通孔中，并安装在凹槽内，相对的第二安装面上安装惯组平台。

在上述适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统中，所述红外目标模拟系统包含红外目标点源和支架，红外目标点源安装在支架上，位于三轴转台的前方；所述红外目标点源与三轴转台的距离范围为：2～4米。

在上述适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统中，所述三轴转台、红外成像导引头位置满足仿真坐标系的要求，所述的仿真坐标系包括转台参考坐标系、参考发射坐标系，所述的三轴转台包括地基平面、内框轴线，所述红外成像导引头包括纵轴、探测器光学组件；

首先建立转台参考坐标系，所述的参考坐标系以三轴转台的回转中心为原点，X轴指向三轴转台的正前方，Y轴沿中框安装面方向并垂直X轴，Z轴与X、Y轴成右手坐标系；同时对惯组平台和红外成像导引头的安装提出如下要求：惯组平台的轴向方向平行于三轴转台X轴，与工装台的第二安装面垂直；红外成像导引头安装在导引头转接板上，通过导引头转接板固定在工装台的第一安装面上，保证探测器光学组件的焦点与三轴转台回转中心一致，且导引头纵轴与三轴转台X轴线重合；

然后建立参考发射坐标系，在姿态变化范围内设置三轴转台的预置角度，并根据此预置角度建立参考发射坐标系，参考发射坐标系相对转台坐标系进行偏置，设置俯仰偏置角为φ₀，方位偏置角为

将转台坐标系绕俯仰轴即Z轴旋转φ₀，然后绕方位轴即Y轴旋转角度

得到发射坐标系。

适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真方法，采用上述仿真系统实现，具体包括如下步骤：

(1)、仿真计算机配置三轴转台、红外目标模拟系统的点光源和红外成像导引头的位置，先得到转台参考坐标系，并对其相对位置进行测量、记录测量值；

(2)、仿真计算机将参考发射坐标系相对转台参考坐标系进行偏置，设置俯仰方向偏置角为

航向方位偏置角为ψ₀，将转台坐标系围绕俯仰轴旋转

然后绕方位轴旋转ψ₀，得到发射坐标系；

(3)、仿真计算机根据转台参考坐标系和发射坐标系，求解弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角，并作为转台控制指令发送至三轴转台；

(4)、三轴转台接收所述控制指令，按照转台控制指令中的俯仰、偏航和滚转角运动；图像处理计算机接收红外导引头获取的红外目标点源的图像信息，得到红外导引头和目标之间的视线高低角及方位角信息；

(5)、图像处理计算机的视频采集系统采集红外导引头观察到的红外点源目标情况，确保红外点源目标在红外导引头视场角内，即步骤(4)的红外导引头视线高低角及方位角视场内，三轴转台上电，仿真开始后，仿真计算机解算得到弹体姿态及视线角位置，弹载控制计算机根据弹体飞行状态，基于飞行控制程序形成弹体飞行的舵机控制指令；

(6)、当三轴转台运行到末制导阶段的红外导引头可视范围区域内，图像处理计算机通过视频采集系统，手动选取和锁定红外目标点源，将红外成像导引头锁定目标后得到的视线高低角速率和方位角速率信息，发送给弹载控制计算机；

(7)、弹载控制计算机根据导引头视线高低角速率和方位角速率信息，结合弹体飞行状态信息，实时解算得到融合导引头视线角速率信息后的控制指令；

(8)、弹载控制计算机将控制指令发送给舵机，舵机按照弹载控制计算机的控制指令进行响应，并将真实舵偏通过转台通信总线发送给仿真计算机，仿真计算机根据真实舵偏进行气动和动力学解算，将解算出的弹体加速度信息和惯组采集的角速度信息发送给弹载计算机，用于新一轮的控制指令解算，进入下一个控制周期，整个循环过程直至仿真结束；

(9)、仿真计算机判断若满足仿真结束条件，即炸弹落地即为仿真结束，结束半实物仿真试验。

在上述适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真方法中，所述步骤(3)中仿真计算机根据转台参考坐标系和发射坐标系，求解弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角的具体方法如下：

转台参考坐标系到发射坐标系的转换矩阵为：

设制导炸弹的弹体坐标系相对发射坐标系的俯仰、偏航和滚转姿态角分别为

ψ和γ，则得到弹体坐标系相对于发射坐标系的转换矩阵为：

根据式(1)、(2)得到弹体相对转台参考坐标系的转换矩阵为：

T₃＝T₂T₁ (3)

设弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角分别为

ψ_ck和γ_ck，根据(3)式可得到：

在上述适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真方法中，所述步骤(5)之前，根据不同的试验弹道，仿真前通过仿真计算机先将三轴转台调转到预置角位置，然后仿真计算机进入半实物仿真模式。

在上述适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真方法中，所述步骤(5)中仿真计算机通过弹体六自由度模型解算得到弹体姿态及视线角位置。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明提供一种适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统及方法，通过工装台、红外目标模拟系统和三轴转台替代五轴转台，实现红外精确制导炸弹的半实物仿真，不会对系统的稳定性造成影响，由于红外目标模拟系统仅含有目标点源和安装支架，系统手工操作简单轻便，方法实施简单便捷、可实施性和操作性强，能替代传统的红外制导武器的五轴转台半实物仿真系统，大大节约试验成本，具有明显的优势。

(2)、本发明红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，包括转台系统、图像处理计算机、仿真计算机、弹载控制计算机、舵机、转台通信总线、反射内存网络和红外目标模拟系统，通过对仿真系统结构布局的优化设计，以及功能模块的功能优化，不仅显著降低试验成本，并且提高了试验的可靠性、精确性以及实用性。

附图说明

图1为本发明红外成像制导精确制导炸弹半实物仿真系统组成图；

图2为本发明红外成像制导精确制导炸弹半实物仿真系统的三轴转台及坐标系定义的示意图；

图3为本发明半实物仿真系统的工装台、红外成像导引头及惯组平台安装示意图；

图4为本发明红外成像制导精确制导炸弹半实物仿真方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述：

如图1所示为本发明红外成像制导精确制导炸弹半实物仿真系统组成图，半实物仿真系统包括转台系统、图像处理计算机、仿真计算机、弹载控制计算机、舵机、转台通信总线、仿真计算机反射内存网络和红外目标模拟系统，其中转台系统包括三轴转台、惯组平台、红外成像导引头、工装台和导引头转接板，红外成像导引头安装在导引头安装转接板上，通过导引头转接板固定在工装台的第一安装面上，惯组平台直接通过第二安装面安装在工装台上，工装台通过螺钉连接安装在三轴转台上；红外目标模拟系统包含红外目标点源和支撑支架，红外目标点源安装在支架上，位于三轴转台的正前方，本发明一可选实施例中位置距离为2～4米。

如图3所示为本发明半实物仿真系统的工装台、红外成像导引头及惯组平台安装示意图，如图所示，本发明一可选实施例中工装台为长方体结构，相对的两个面为安装面，其中1为工装台的第一安装面，其中第一安装面1上开设凹槽4，红外成像导引头2通过导引头转接板3并安装在凹槽内，相对的第二安装面5上安装惯组平台6。

本发明仿真计算机、图像处理计算机、弹载计算机和三轴转台相连，用于和三轴转台1传输仿真数据信息，具体如下：

转台系统,用于模拟红外精确制导炸弹的飞行状态，其中惯组平台的采集数据通过反射内存网络和仿真计算机实时传输，红外导引头通过转台通信总线和图像处理计算机通讯、弹载控制计算机通过转台通信总线和三轴转台实时通讯，实现数据信息交互。

仿真计算机，用于装订红外精确制导炸弹半实物仿真系统的仿真条件，解算弹体飞行状态信息，控制仿真时序，负责整个系统的仿真流程，通过三轴转台系统的反射内存网络和三轴转台进行数据信息交互，存储仿真试验数据。在仿真计算机上配置三轴转台、红外目标模拟系统的点光源和红外成像导引头的位置，得到转台参考坐标系，将转台参考坐标系转换为发射坐标系，根据转台参考坐标系和发射坐标系，求解得到弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角，并将该三个角度信息以控制指令信息发送至三轴转台，确定红外精确制导炸弹半实物仿真系统仿真时转台运动的初始位置。同时，仿真计算机实时通过三轴转台反射内存网络向弹载控制计算机发送弹体飞行状态信息，并判断满足仿真结束条件时，结束半实物仿真试验，其中炸弹落地即为仿真结束条件。

图像处理计算机，在该图像处理计算机上安装有红外图像视频采集系统，通过三轴转台的通信总线和红外导引头连接，接收红外导引头获取的红外目标点源的图像信息，得到红外导引头和红外目标点源之间视线方向的高低角及方位角信息，根据所述视线高低角及方位角，在图像处理计算机红外图像视频采集系统中观察红外点源目标，确保红外点源目标在红外导引头视场角内；当三轴转台运行到末制导阶段的红外导引头可视范围区域内，在图像处理计算机视频处理软件中选取和锁定红外目标点源，将红外成像导引头锁定目标后得到的视线高低角速率和方位角速率信息，发送给弹载控制计算机。

弹载控制计算机，用于计算红外精确制导炸弹的飞行控制指令，通过装载的飞行控制软件，仿真中实时解算得到弹体飞行控制指令，控制舵机偏转，实现红外精确制导炸弹飞行控制。弹载控制计算机通过三轴转台的通信总线和仿真计算机、图像处理计算机进行数据传输。在导引头参与飞行控制的末制导阶段，接收图像处理计算机上的锁定目标后的红外导引头视线高低角速率和方位角速率信息，用于末制导阶段的控制指令的解算。

舵机，为红外精确制导炸弹飞行控制的执行机构，输入信号为弹载控制计算机解算的舵机偏转控制指令，按照控制指令控制舵机的舵片运动。

进一步地，三轴转台、红外导引头位置需满足仿真坐标系的要求，该仿真坐标系包括转台参考坐标系、参考发射坐标系，三轴转台包括地基平面、内框轴线，红外成像导引头包括纵轴、探测器光学组件。如图2所示为本发明红外成像制导精确制导炸弹半实物仿真系统的三轴转台及坐标系定义的示意图。

首先建立转台参考坐标系，所述的参考坐标系以三轴转台的回转中心O为原点，X轴通过转台的回转中心O，指向三轴转台的正前方，Y轴沿中框安装面方向并垂直X轴，Z轴与X、Y轴成右手坐标系；同时对惯组平台和导引头的安装提出如下要求：惯组平台的轴向方向平行于三轴转台X轴，与工装的第二安装面垂直；红外成像导引头安装在导引头转接板上，通过所述转接板固定在工装的第一安装面上，同时红外成像导引头安装在工装第一安装面上需保证探测器光学组件的焦点与三轴转台回转中心一致，且红外成像导引头纵轴与三轴转台内框轴线重合。

其次建立参考发射坐标系，在姿态变化范围内设置三轴转台的预置角度，并根据此预置角度建立参考发射坐标系，参考发射坐标系相对转台坐标系进行偏置，设置俯仰偏置角为φ₀，方位偏置角为

将转台坐标系绕俯仰轴即Z轴旋转φ₀，然后绕方位轴即Y轴旋转角度

得到发射坐标系。

本发明一可选实施例中，建立参考发射坐标系，在姿态变化范围内选取三轴转台的预置角度，其中俯仰为5°，偏航290°，滚转方向0°，并根据此预置角度建立发射坐标系，发射坐标系相对转台坐标系进行偏置，设置俯仰偏置角为φ₀＝47°，方位偏置角为

将转台坐标系绕俯仰轴即Z轴旋转47°，然后绕方位轴即Y轴旋转角度5°，得到发射坐标系。

本发明基于半实物仿真系统的红外精确制导炸弹的半实物仿真方法，具体包括如下步骤：

S1、仿真计算机配置仿真系统的三轴转台、红外成像导引头的位置，先得到转台参考坐标系，并对其相对位置进行测量、记录测量值；

S2、弹仿真计算机将参考发射坐标系相对转台参考坐标系进行偏置，设置俯仰方向偏置角为

航向方位偏置角为ψ₀，将转台坐标系围绕俯仰轴旋转

然后绕方位轴旋转ψ₀，得到发射坐标系；

例如设置俯仰方向偏置角为

航向方位偏置角为ψ₀＝5°，将转台坐标系围绕俯仰轴旋转47°，然后绕方位轴旋转5°，得到发射坐标系；

S3、仿真计算机根据转台参考坐标系和发射坐标系，求解弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角，并作为控制指令发送至三轴转台；

转台参考坐标系到发射坐标系的转换矩阵为：

设制导炸弹的弹体坐标系相对发射坐标系的俯仰、偏航和滚转姿态角分别为

ψ和γ，则可以得到弹体坐标系相对于发射坐标系的转换矩阵为：

根据式(1)、(2)可以得到弹体相对转台参考坐标系的转换矩阵为：

T₃＝T₂T₁ (3)

设弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角分别为

ψ_ck和γ_ck，根据(3)式可以得到：

根据上述求解得到的

ψ_ck和γ_ck，通过转台控制接口发送至三轴转台，实现对转台的俯仰角、偏航角和滚转角的实时控制；

S4、目标信息采集和处理

三轴转台接收所述控制指令，按照转台控制指令中的俯仰、偏航和滚转角运动；图像处理计算机接收红外导引头获取的红外目标点源的图像信息，得到红外导引头和目标之间的视线高低角及方位角信息；

S5、完成半实物仿真

根据不同的试验弹道，仿真前通过仿真计算机先将三轴转台调转到预置角位置，然后仿真计算机进入半实物仿真模式。随后通过图像处理计算机上的视频采集采集红外导引头观察到的红外点源目标情况，确保红外点源目标在导引头视场角内，即步骤S4的红外导引头视线高低角及方位角视场内，然后三轴转台上电，仿真开始，仿真计算机通过弹体六自由度模型解算得到弹体姿态及视线角位置，弹载控制计算机根据弹体的飞行状态解算控制指令，控制舵机偏转，从而实现弹体飞行轨迹控制。

当三轴转台运行到末制导阶段的红外导引头可视范围区域内，在图像处理计算机上通过视频采集系统，手动选取和锁定红外目标点源，将红外成像导引头锁定目标后得到的视线高低角速率和方位角速率信息，发送给弹载控制计算机。

弹载控制计算机根据红外导引头视线高低角速率和方位角速率信息，结合弹体飞行状态信息，实时解算得到末制导阶段的控制指令。

弹载控制计算机将控制指令发送给舵机，舵机按照弹载控制计算机的舵偏控制指令进行响应，并将真实舵偏通过三轴转台通信总线发送给仿真计算机，仿真计算机根据真实舵偏进行气动和动力学解算，将解算出的弹体加速度信息和惯组采集的角速度信息等飞行信息发送给弹载计算机，用于新一轮的控制指令解算，进入下一个控制周期，整个循环过程直至仿真结束；

当仿真计算机判断若满足仿真结束条件(炸弹落地即为仿真结束)后，结束半实物仿真试验，实现对红外精确制导炸弹的半实物仿真验证。

本发明红外精确制导炸弹的半实物仿真系统通过工装台、红外目标模拟系统和三轴转台替代五轴转台，实现红外精确制导炸弹的半实物仿真，不会对系统的稳定性造成影响。由于红外目标模拟系统仅含有目标点源和安装支架，系统手工操作简单轻便，方法实施简单便捷、可实施性和操作性强，能替代传统的红外制导武器的五轴转台半实物仿真系统，大大节约试验成本，具有明显的优势。

本发明红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，包括转台系统、图像处理计算机、仿真计算机、弹载控制计算机、舵机和红外目标模拟系统，通过对仿真系统结构布局的优化设计，以及功能模块的功能优化，不仅显著降低试验成本，并且提高了试验的可靠性、精确性以及实用性。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，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。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，其特征在于：包括转台系统、图像处理计算机、仿真计算机、弹载控制计算机和红外目标模拟系统，所述转台系统包括三轴转台、惯组平台、红外成像导引头、工装台和导引头转接板，其中红外成像导引头通过导引头转接板固定在工装台的第一安装面上，惯组平台固定在工装台的第二安装面上，工装台安装在三轴转台上；所述红外目标模拟系统位于三轴转台的前方，仿真计算机、图像处理计算机、弹载控制计算机与转台系统连接，其中：

转台系统：用于模拟红外精确制导炸弹的飞行状态，其中惯组平台的采集数据与仿真计算机实时传输，红外成像导引头与图像处理计算机进行通讯、弹载控制计算机与三轴转台实时通讯，实现数据信息交互；

仿真计算机：用于装订仿真系统的仿真条件，解算弹体飞行状态信息，控制仿真时序，负责整个系统的仿真流程，与惯组平台进行数据信息交互，并存储仿真试验数据；配置三轴转台、红外目标模拟系统的点光源和红外成像导引头的位置，得到转台参考坐标系，将转台参考坐标系转换为发射坐标系，根据转台参考坐标系和发射坐标系，求解得到弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角，并将该三个角度信息以控制指令信息发送至三轴转台，确定仿真系统仿真时转台运动的初始位置；实时向弹载控制计算机发送弹体飞行状态信息，并判断满足仿真结束条件时，结束半实物仿真试验，其中炸弹落地即为仿真结束条件；

图像处理计算机：安装有红外图像视频采集系统，与红外导引头连接，接收红外导引头获取的红外目标点源的图像信息，得到红外导引头和红外目标点源之间视线方向的高低角及方位角信息，根据所述视线高低角及方位角，在红外图像视频采集系统中观察红外点源目标，确保红外点源目标在红外导引头视场角内；当三轴转台运行到末制导阶段的红外导引头可视范围区域内，选取和锁定红外目标点源，将红外成像导引头锁定目标后得到的视线高低角速率和方位角速率信息，发送给弹载控制计算机。

弹载控制计算机：计算红外精确制导炸弹的飞行控制指令，控制舵机偏转，实现红外精确制导炸弹飞行控制；与仿真计算机、图像处理计算机进行信息传输；在导引头参与飞行控制的末制导阶段，接收图像处理计算机上的锁定目标后的红外导引头视线高低角速率和方位角速率信息，用于末制导阶段的控制指令的解算。

2.根据权利要求1所述的适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，其特征在于：还包括舵机，所述舵机为红外精确制导炸弹飞行控制的执行机构，输入信号为弹载控制计算机解算的弹体飞行控制指令，按照控制指令控制舵机的舵片运动。

3.根据权利要求1所述的适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，其特征在于：还包括转台通信总线与反射内存网络，所述红外导引头通过转台通信总线与图像处理计算机通讯；弹载控制计算机通过转台通信总线与三轴转台实时通讯；弹载控制计算机通过转台通信总线与仿真计算机、图像处理计算机进行信息传输。仿真计算机通过转台系统的反射内存网络与惯组平台进行数据信息交互；仿真计算机实时通过反射内存网络向弹载控制计算机发送弹体飞行状态信息。

4.根据权利要求1所述的适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，其特征在于：所述工装台为长方体结构，相对的两个面为安装面，其中第一安装面上开设凹槽，红外成像导引头设置在导引头转接板开设的通孔中，并安装在凹槽内，相对的第二安装面上安装惯组平台。

5.根据权利要求1所述的适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，其特征在于：所述红外目标模拟系统包含红外目标点源和支架，红外目标点源安装在支架上，位于三轴转台的前方；所述红外目标点源与三轴转台的距离范围为：2～4米。

6.根据权利要求1所述的适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真系统，其特征在于：所述三轴转台、红外成像导引头位置满足仿真坐标系的要求，所述的仿真坐标系包括转台参考坐标系、参考发射坐标系，所述的三轴转台包括地基平面、内框轴线，所述红外成像导引头包括纵轴、探测器光学组件；

首先建立转台参考坐标系，所述的参考坐标系以三轴转台的回转中心为原点，X轴指向三轴转台的正前方，Y轴沿中框安装面方向并垂直X轴，Z轴与X、Y轴成右手坐标系；同时对惯组平台和红外成像导引头的安装提出如下要求：惯组平台的轴向方向平行于三轴转台X轴，与工装台的第二安装面垂直；红外成像导引头安装在导引头转接板上，通过导引头转接板固定在工装台的第一安装面上，保证探测器光学组件的焦点与三轴转台回转中心一致，且导引头纵轴与三轴转台X轴线重合；

然后建立参考发射坐标系，在姿态变化范围内设置三轴转台的预置角度，并根据此预置角度建立参考发射坐标系，参考发射坐标系相对转台坐标系进行偏置，设置俯仰偏置角为φ₀，方位偏置角为

将转台坐标系绕俯仰轴即Z轴旋转φ₀，然后绕方位轴即Y轴旋转角度

得到发射坐标系。

7.适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真方法，其特征在于：采用仿真系统实现，所述仿真系统包括转台系统、图像处理计算机、仿真计算机、弹载控制计算机和红外目标模拟系统，所述转台系统包括三轴转台、惯组平台、红外成像导引头、工装台和导引头转接板，其中红外成像导引头通过导引头转接板固定在工装台的第一安装面上，惯组平台固定在工装台的第二安装面上，工装台安装在三轴转台上；所述红外目标模拟系统位于三轴转台的前方，仿真计算机、图像处理计算机、弹载控制计算机与转台系统连接，具体包括如下步骤：

(1)、仿真计算机配置三轴转台、红外目标模拟系统的点光源和红外成像导引头的位置，先得到转台参考坐标系，并对其相对位置进行测量、记录测量值；

(2)、仿真计算机将参考发射坐标系相对转台参考坐标系进行偏置，设置俯仰方向偏置角为

航向方位偏置角为ψ₀，将转台坐标系围绕俯仰轴旋转

然后绕方位轴旋转ψ₀，得到发射坐标系；

(3)、仿真计算机根据转台参考坐标系和发射坐标系，求解弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角，并作为转台控制指令发送至三轴转台；

(4)、三轴转台接收所述控制指令，按照转台控制指令中的俯仰、偏航和滚转角运动；图像处理计算机接收红外导引头获取的红外目标点源的图像信息，得到红外导引头和目标之间的视线高低角及方位角信息；

(5)、图像处理计算机的视频采集系统采集红外导引头观察到的红外点源目标情况，确保红外点源目标在红外导引头视场角内，即步骤(4)的红外导引头视线高低角及方位角视场内，三轴转台上电，仿真开始后，仿真计算机解算得到弹体姿态及视线角位置，弹载控制计算机根据弹体飞行状态，基于飞行控制程序形成弹体飞行的舵机控制指令；

(6)、当三轴转台运行到末制导阶段的红外导引头可视范围区域内，图像处理计算机通过视频采集系统，手动选取和锁定红外目标点源，将红外成像导引头锁定目标后得到的视线高低角速率和方位角速率信息，发送给弹载控制计算机；

(7)、弹载控制计算机根据导引头视线高低角速率和方位角速率信息，结合弹体飞行状态信息，实时解算得到融合导引头视线角速率信息后的控制指令；

(8)、弹载控制计算机将控制指令发送给舵机，舵机按照弹载控制计算机的控制指令进行响应，并将真实舵偏通过转台通信总线发送给仿真计算机，仿真计算机根据真实舵偏进行气动和动力学解算，将解算出的弹体加速度信息和惯组采集的角速度信息发送给弹载计算机，用于新一轮的控制指令解算，进入下一个控制周期，整个循环过程直至仿真结束；

(9)、仿真计算机判断若满足仿真结束条件，即炸弹落地即为仿真结束，结束半实物仿真试验。

8.根据权利要求7所述的适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真方法，其特征在于：所述步骤(3)中仿真计算机根据转台参考坐标系和发射坐标系，求解弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角的具体方法如下：

转台参考坐标系到发射坐标系的转换矩阵为：

设制导炸弹的弹体坐标系相对发射坐标系的俯仰、偏航和滚转姿态角分别为

ψ和γ，则得到弹体坐标系相对于发射坐标系的转换矩阵为：

根据式(1)、(2)得到弹体相对转台参考坐标系的转换矩阵为：

T₃＝T₂T₁ (3)

设弹体坐标系相对转台参考坐标系的俯仰、偏航和滚转角分别为

ψ_ck和γ_ck，根据(3)式可得到：

9.根据权利要求7所述的适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真方法，其特征在于：所述步骤(5)之前，根据不同的试验弹道，仿真前通过仿真计算机先将三轴转台调转到预置角位置，然后仿真计算机进入半实物仿真模式。

10.根据权利要求7所述的适用于红外精确制导炸弹的半实物仿真方法，其特征在于：所述步骤(5)中仿真计算机通过弹体六自由度模型解算得到弹体姿态及视线角位置。

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