CN115903547A - 一种光电对抗效能评估半实物仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半实物仿真技术领域，提供一种光电对抗效能评估半实物仿真系统及方法，建立星载平台激光干扰对抗效能评估半实物仿真系统，设计星载装备与来袭飞行器的干扰与抗干扰博弈策略，在实验室条件下对星载激光干扰的作战效能进行评估，建立激光干扰效能评估体系。本发明对星载激光光电对抗装备的设计与研制，提供不可或缺的设计反馈，对我国星载光电对抗技术的研究起到促进作用。本发明采用半实物平台和作战场景仿真动画共同验证被测星载装备的作战效能，可同时对被测星载装备和来袭飞行器的探测捕获、跟踪瞄准及成像识别进行模拟仿真，能够综合分析设备性能和功能，构建完善的评估指标体系，有助于获取真实的作战效能评估结果。

Description

一种光电对抗效能评估半实物仿真系统及方法

技术领域

本发明涉及半实物仿真技术领域，，具体涉及一种光电对抗效能评估半实物仿真系统及方法。

背景技术

星载装备的光电对抗效能是指光电对抗装备与来袭飞行器进行光电对抗的能力。对星载装备的对抗效能的评估，就是在设定的作战场景下，实现对来袭飞行器的干扰压制及达到的程度。

光电对抗外场试验，涉及在轨搭载验证，试验成本相当高、风险相当大，需要在实验室环境下对星载光电对抗装备的功能和性能进行测试与效能评估，提高星载装备研制效费比。

半实物仿真技术，区别于数字仿真，是将被仿真系统的部分实物加入仿真回路的一种物理仿真，系统较为复杂，规模较为庞大，但是具有实时运行、效费比高的优势。目前关于星载光电对抗效能评估的半实物仿真系统，在对天基光电对抗装备的功能性能指标的地面测试及其作战效能的综合评估与分析鉴定方面，具有很多不足之处。

例如，专利号CN201710546202.X，采用低温暗室等硬件设施，建立成本高、工序复杂和测试条件严苛的真空或低温环境完成星载应用环境的等效测试；

为解决上述问题，本发明提出了解决方案，通过半实物平台和作战场景仿真动画共同验证被测星载装备的作战效能，同时对被测星载装备和来袭飞行器的探测捕获、跟踪瞄准及成像识别进行模拟仿真，综合分析设备性能和功能，构建完善的评估指标体系。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种光电对抗效能评估半实物仿真系统，其包括：被测星载装备、星载光电对抗装备、星载装备辐射模拟器、来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器、来袭飞行器辐射模拟器、二维转台、三轴姿态模拟转台、上位机，其中：

被测星载装备置于二维转台上，二维转台用于模拟承载被测星载装备的卫星平台，具有方位和俯仰指向调整功能；

来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器置于三轴姿态模拟转台上，三轴姿态转台用于方位、俯仰和滚转三个指向调整，模拟来袭飞行器卫星平台或来袭反卫星动能武器的姿态变化，即卫星平台本体坐标轴指向变化或来袭动能武器的弹体坐标轴指向变化；

上位机包括控制单元上位机,通过控制单元与星载光电对抗装备、星载装备辐射模拟器、来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器、来袭飞行器辐射模拟器连接。

进一步，所述上位机设置有仿真动画单元，用于被测星载光电对抗装备与来袭飞行器的作战场景动画模拟，用于相机成像、轨迹显示、姿态变化的动画展示。

进一步，所述辐射模拟器由高低温黑体、DMD、投影光学系统和控制单元组成；高温和低温黑体包含热辐射黑体、平行光管，用于目标源辐射模拟，模拟高温或低温物体的辐射出射度和辐照度等辐射参数；DMD为数字微镜器件，用于调制入射光线，反射图像信息，提供高分辨率、高帧频和高稳定性的投影图像；投影光学系统为远心光学系统，用于将DMD反射的平行光线图像信息投影到光电探测系统；控制单元包含DMD开发平台、控制程序和上位机软件组成；DMD的灰度调制和控制显示在DMD控制平台完成；需动态设定的参数包含高低温黑体的温度、小孔光阑孔径大小和DMD灰度调制参数。

进一步，来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器由不同波段的镜头、探测传感器及处理电路组成，镜头的光轴指向被测星载光电对抗装备辐射模拟器的辐射出射方向，接收来自被测星载装备辐射模拟器发来的辐射信息，并成像；同时，被测星载装备的激光发射光轴对准导引头或侦察相机，接收并响应被测星载装备发射的不同波段的干扰激光光束。记录干扰激光发射前后的图像信息，用于博弈策略设计和干扰效能评估。

一种光电对抗效能评估半实物仿真方法，其包括如下的步骤：

S1：根据星载装备的作战任务场景、探测告警所指向的背景环境，以及来袭飞行器的辐射特征，在实验室环境中，设定半实物仿真系统的作战场景，包含来袭飞行器目标的光电导引头或光电侦察相机参数、来袭飞行器目标的辐射模拟器参数，被测星载光电对抗装备参数，星载光电对抗装备辐射模拟器；采用能量等效和尺寸缩比原则模拟对抗双方在光照或阴影区的辐射的动态变化，采用二维转台或三轴姿态模拟转台模拟对抗双方星载平台的姿态和飞行轨迹的动态变化；

S2：设定来袭飞行器目标的辐射模拟参数，包含高温和低温黑体的温度、DMD的控制方法和投影光学系统焦距的特性参数值；设定星载光电对抗装备的辐射模拟参数，包含高温和低温黑体的温度、DMD的控制方法及投影光学系统焦距的特性参数值；

S3：根据来袭飞行器的光电导引头或侦察相机的响应波段，设定星载光电对抗装备的激光光源的发射波长或谱段、激光发射功率或能量、脉冲或连续的工作体制、光束质量特性；

S4：依据作战场景中对抗双方的轨迹和姿态计算结果，按照设定的作战场景及运行时序，采用指令控制方式，通过高速图像数据接口获取图像数据，计算距离信息；

S5：依据对抗双方距离信息，开启“人在回路”模式，手动选择激光发射时机，设定发射持续时间；

S6：通过高速接口获取激光发射后的图像数据，同步记录激光发射功率或能量参数数值；

S7：依据对抗双方的干扰与抗干扰博弈策略设计，观察并记录三轴姿态模拟转台的三轴指向变化，获取导引头脱靶量在干扰前后的数值结果，获取侦察相机被干扰前后的图像对比结果；

S8：设定激光干扰光电对抗效能评估指标，模拟光电对抗工作过程，建立激光干扰效能评估体系，依据效能评估指标体系，定量评估激光干扰作战效能。

本发明所达到的有益效果为：

本发明建立星载平台激光干扰对抗效能评估半实物仿真系统，设计星载装备与来袭飞行器的干扰与抗干扰博弈策略，在实验室条件下对星载激光干扰的作战效能进行评估，建立激光干扰效能评估体系。

本发明对星载激光光电对抗装备的设计与研制，提供不可或缺的设计反馈，对我国星载光电对抗技术的研究起到促进作用。本发明采用半实物平台和作战场景仿真动画共同验证被测星载装备的作战效能，可同时对被测星载装备和来袭飞行器的探测捕获、跟踪瞄准及成像识别进行模拟仿真，能够综合分析设备性能和功能，构建完善的评估指标体系，有助于获取真实的作战效能评估结果。

附图说明

图1为本发明的光电对抗效能评估半实物仿真系统示意图；

图2为辐射模拟器的光路原理图；

图3为来袭飞行器光电导引头或光电侦察相机模拟器示意图；

图4为三轴姿态模拟转台结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。

参照图1-4，一种光电对抗效能评估半实物仿真系统，其包括被测星载装备、星载光电对抗装备、星载装备辐射模拟器、来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器、来袭飞行器辐射模拟器、二维转台、三轴姿态模拟转台、上位机，其中：

被测星载装备置于二维转台上，二维转台用于模拟承载被测星载装备的卫星平台，具有方位和俯仰指向调整功能；

来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器置于三轴姿态模拟转台上，三轴姿态转台用于方位、俯仰和滚转三个指向调整，模拟来袭飞行器卫星平台或来袭反卫星动能武器的姿态变化，即卫星平台本体坐标轴指向变化或来袭动能武器的弹体坐标轴指向变化；

上位机包括控制单元上位机。通过控制单元与星载光电对抗装备、星载装备辐射模拟器、来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器、来袭飞行器辐射模拟器连接。

所述上位机设置有仿真动画单元，用于被测星载光电对抗装备与来袭飞行器的作战场景动画模拟，用于相机成像、轨迹显示、姿态变化的动画展示。

如图2所示，辐射模拟器由高低温黑体、DMD、投影光学系统和控制单元组成；高温和低温黑体包含热辐射黑体、平行光管、用于目标源辐射模拟，模拟高温或低温物体的辐射出射度和辐照度等辐射参数；DMD为数字微镜器件，用于调制入射光线，反射图像信息，提供高分辨率、高帧频和高稳定性的投影图像；投影光学系统为远心光学系统，用于将DMD反射的平行光线图像信息投影到光电探测系统；控制单元包含DMD开发平台、控制程序和上位机软件组成；DMD的灰度调制和控制显示在DMD控制平台完成；需动态设定的参数包含高低温黑体的温度、小孔光阑孔径大小和DMD灰度调制参数。

如图3所示，来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器由不同波段的镜头、探测传感器及处理电路组成，镜头的方向指向被测星载光电对抗装备辐射模拟器的辐射出射方向，接收来自被测星载装备辐射模拟器发来的辐射信息，并成像；同时，被测星载装备的激光发射光轴对准导引头或侦察相机，接收并响应被测星载装备发射的不同波段的干扰激光光束。记录干扰激光发射前后的图像信息，用于博弈策略设计和干扰效能评估。

如图4所示，三轴姿态模拟转台，承载导引头或侦察相机模拟器，具有多自由度指向调整功能。根据作战场景，来袭飞行器抵近我方卫星平台一定距离处，导引头或侦察相机开机，开始对我方卫星平台持续跟踪，视轴对准我方卫星平台。同时，被测星载光电对抗装备的探测跟踪组件对准来袭飞行器方向。

本发明提供了一种光电对抗效能评估半实物仿真方法，按如下的步骤操作：

S1：根据星载装备的作战任务场景、探测告警所指向的背景环境，以及来袭飞行器的辐射特征，在实验室环境中，设定半实物仿真系统的作战场景，包含来袭飞行器目标的光电导引头或光电侦察相机参数、来袭飞行器目标的辐射模拟器参数，被测星载光电对抗装备参数，星载光电对抗装备辐射模拟器；采用能量等效和尺寸缩比原则模拟对抗双方在光照或阴影区的辐射的动态变化，采用二维转台或三轴姿态模拟转台模拟对抗双方星载平台的姿态和飞行轨迹的动态变化；

S2：设定来袭飞行器目标的辐射模拟参数，包含高温和低温黑体的温度、DMD的控制方法和投影光学系统焦距的特性参数值；设定星载光电对抗装备的辐射模拟参数，包含高温和低温黑体的温度、DMD的控制方法及投影光学系统焦距的特性参数值；

S3：根据来袭飞行器的光电导引头或侦察相机的响应波段，设定星载光电对抗装备的激光光源的发射波长或谱段、激光发射功率或能量、脉冲或连续的工作体制、光束质量特性；

S4：依据作战场景中对抗双方的轨迹和姿态计算结果，按照设定的作战场景及运行时序，采用指令控制方式，通过高速图像数据接口获取图像数据，计算距离信息；

S5：依据对抗双方距离信息，开启“人在回路”模式，手动选择激光发射时机，设定发射持续时间；

S6：通过高速接口获取激光发射后的图像数据，同步记录激光发射功率或能量参数数值；

S7：依据对抗双方的干扰与抗干扰博弈策略设计，观察并记录三轴姿态模拟转台的三轴指向变化，获取导引头脱靶量在干扰前后的数值结果，获取侦察相机被干扰前后的图像对比结果；

S8：设定激光干扰光电对抗效能评估指标，模拟光电对抗工作过程，建立激光干扰效能评估体系，依据效能评估指标体系，定量评估激光干扰作战效能。

本发明中，可由上位机开启“人在回路”模式，确定激光发射时机。激光出射后，根据博弈策略设计结果，调整三轴姿态模拟转台的三轴指向。该步骤是对来袭飞行器被干扰后的博弈策略的设计结果的验证。

建立博弈策略和效能评估的指标体系，以脱靶量和干扰成功率为核心技术指标，依据卫星平台的姿轨控能力，开展被干扰前后的姿轨控变化，从而对星载光电对抗装备的干扰效能进行定量评估。评估结果用于星载光电对抗的作战效能评估，同时用于星载光电对抗装备的产品本身和对抗体系的优化设计。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (5)

1.一种光电对抗效能评估半实物仿真系统，其特征在于，其包括：

被测星载装备、星载光电对抗装备、星载装备辐射模拟器、来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器、来袭飞行器辐射模拟器、二维转台、三轴姿态模拟转台、上位机，其中：

被测星载装备置于二维转台上，二维转台用于模拟承载被测星载装备的卫星平台，具有方位和俯仰指向调整功能；

来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器置于三轴姿态模拟转台上，三轴姿态转台用于方位、俯仰和滚转三个指向调整，模拟来袭飞行器卫星平台或来袭反卫星动能武器的姿态变化，即卫星平台本体坐标轴指向变化或来袭动能武器的弹体坐标轴指向变化；

上位机包括控制单元上位机；通过控制单元与星载光电对抗装备、星载装备辐射模拟器、来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器、来袭飞行器辐射模拟器连接。

2.根据权利要求1所述的一种光电对抗效能评估半实物仿真系统，其特征在于：所述上位机设置有仿真动画单元，用于被测星载光电对抗装备与来袭飞行器的作战场景动画模拟，用于相机成像、轨迹显示、姿态变化的动画展示。

3.根据权利要求1所述的一种光电对抗效能评估半实物仿真系统，其特征在于：所述辐射模拟器由高低温黑体、DMD、投影光学系统和控制单元组成；高温和低温黑体包含热辐射黑体、平行光管、用于目标源辐射模拟，模拟高温或低温物体的辐射出射度和辐照度等辐射参数；DMD为数字微镜器件，用于调制入射光线，反射图像信息，提供高分辨率、高帧频和高稳定性的投影图像；投影光学系统为远心光学系统，用于将DMD反射的平行光线图像信息投影到光电探测系统；控制单元包含DMD开发平台、控制程序和上位机软件组成；DMD的灰度调制和控制显示在DMD控制平台完成；需动态设定的参数包含高低温黑体的温度、小孔光阑孔径大小和DMD灰度调制参数。

4.根据权利要求1所述的一种光电对抗效能评估半实物仿真系统及方法，其特征在于：来袭飞行器导引头及侦察相机模拟器由不同波段的镜头、探测传感器及处理电路组成，镜头的方向指向被测星载光电对抗装备辐射模拟器的辐射出射方向，接收来自被测星载装备辐射模拟器发来的辐射信息，并成像；同时，被测星载装备的激光发射光轴对准导引头或侦察相机，导引头或侦查相机接收并响应被测星载装备发射的不同波段的干扰激光光束；记录干扰激光发射前后的图像信息，用于博弈策略设计和干扰效能评估。

5.一种光电对抗效能评估半实物仿真方法，其采用如权利要求1-4任一所述的光电对抗效能评估半实物仿真系统，其特征在于：其包括如下的步骤：

S1：根据星载装备的作战任务场景、探测告警所指向的背景环境，以及来袭飞行器的辐射特征，在实验室环境中，设定半实物仿真系统的作战场景，包含来袭飞行器目标的光电导引头或光电侦察相机参数、来袭飞行器目标的辐射模拟器参数，被测星载光电对抗装备参数，星载光电对抗装备辐射模拟器；采用能量等效和尺寸缩比原则模拟对抗双方在光照或阴影区的辐射的动态变化，采用二维转台或三轴姿态模拟转台模拟对抗双方星载平台的姿态和飞行轨迹的动态变化；

S2：设定来袭飞行器目标的辐射模拟参数，包含高温和低温黑体的温度、DMD的控制方法和投影光学系统焦距的特性参数值；设定星载光电对抗装备的辐射模拟参数，包含高温和低温黑体的温度、DMD的控制方法及投影光学系统焦距的特性参数值；

S3：根据来袭飞行器的光电导引头或侦察相机的响应波段，设定星载光电对抗装备的激光光源的发射波长或谱段、激光发射功率或能量、脉冲或连续的工作体制、光束质量特性；

S4：依据作战场景中对抗双方的轨迹和姿态计算结果，按照设定的作战场景及运行时序，采用指令控制方式，通过高速图像数据接口获取图像数据，计算距离信息；

S5：依据对抗双方距离信息，开启“人在回路”模式，手动选择激光发射时机，设定发射持续时间；

S6：通过高速接口获取激光发射后的图像数据，同步记录激光发射功率或能量参数数值；

S7：依据对抗双方的干扰与抗干扰博弈策略设计，观察并记录三轴姿态模拟转台的三轴指向变化，获取导引头脱靶量在干扰前后的数值结果，获取侦察相机被干扰前后的图像对比结果；

S8：设定激光干扰光电对抗效能评估指标，模拟光电对抗工作过程，建立激光干扰效能评估体系，依据效能评估指标体系，定量评估激光干扰作战效能。

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