周视激光成像引信设计及仿真

激光成像探测是引信技术发展中一个重要方向,周视成像探测技术可以有效提高引信系统的探测能力。文中首先提出一种简易周视激光成像引信原理和结构,在弹目交会过程中可实现360周视探测的目标成像;其次建立弹目交会模型和目标3D模型,模拟简易周视激光成像引信对空和对地面目标成像探测的过程;最后设计简易周视激光成像引信的仿真软件,用于生成引信在不同弹目交会条件下的仿真数据,包括目标灰度图像、二值图像、回波信号等,可为周视成像引信的图像识别电路设计和最终的工程化实现提供可靠依据。     

基于FPGA的伪码BPSK调相体制战略导弹雷达引信机的回波模拟

根据战略导弹雷达引信机的回波原理,利用FPGA实现了伪随机码调相体制的某型雷达引信机回波模拟。战略导弹雷达引信机的回波是导弹距离地面一定高度时发射的雷达波经大地反射回雷达引信机的接收端的地面回波。模拟回波的过程也就是模拟战略导弹在雷达引信机开机高度不断下降到引爆高度的过程。根据这个原理,利用FIFO来控制回波延时,非常有效地模拟了雷达引信机的回波。     

超低空雷达引信信号检测方法与仿真

由于超低空导弹在海杂波背景下工作,其引信的信号检测易受干扰,而传统的信号处理方法效果不佳。利用小波变换有多分辨分析的特性,可以有效滤除杂波带来的噪声,然后根据回波信号频率,辨别真假目标。仿真基于雷达引信实测数据,实验结果表明,对原始信号进行四阶小波分解的方法能够有效滤除大部分噪声信号,从而提高了超低空导弹引信抗海杂波干扰能力和导弹毁伤概率。     

激光近程探测中目标表面的散射特性

在激光引信中,脉冲激光对目标的探测与识别是激光引信近程探测技术中的一个关键技术点,而目标的表面反射特性对探测的影响是激光近程探测高效毁伤与精确打击目标的主要研究关键。目标的表面粗糙度以及附着物对激光回波信号的强弱影响较大,因此,需对激光近程探测过程中不同粗糙度目标表面所表现的反射特性进行研究。首先通过仿真得到回波信号模型,再进行不同粗糙度表面回波功率实验对仿真结果进行验证。实验选用不同表面粗糙度的靶板,并采用了改变角度、改变距离并同时改变角度和距离的模式来观测得到的电压曲线,获得最终结果。     

探测视场对激光引信作用距离影响分析

基于激光回波能量的迭加原理,在小视场激光引信对地探测作用距离计算的基础上,对大视场激光引信在不同条件下对地探测作用距离进行了理论计算;并对两者进行综合分析,引入了归一化功率因子和归一化距离因子的概念,通过Matlab计算模拟给出了相应的因子曲线;最后对激光引信大视场和激光引信小视场对地探测的优缺点进行了分析比较.     

激光测高仪平顶高斯光束条件下的回波参数模型

星载激光测高仪通过提取激光回波参数计算卫星与地表的距离,结合轨道和姿态信息生成激光脚点的三维坐标。普通高斯光束的空间能量分布随光斑半径增加迅速衰减,不利于探测复杂和分层的地表目标,而平顶高斯光束可以克服这一缺点。根据平顶高斯光束和激光测高回波的相关理论推导得出平顶高斯激光模式下回波波形主要参数的解析式,并使用波形模拟器、波形处理算法,以及地球科学激光测高系统(GLAS)真实回波对所得理论模型进行了验证,结果显示不同阶数激光脉冲的对比偏差都小于3%,且随着目标斜率或阶数的增加,回波宽度和距离误差也随之增加,4阶平顶高斯光束目标斜率0.05时对应的距离误差超过10 cm。     

激光引信在防空导弹高效引战配合中的应用研究

激光引信通过周向多通道布局可以实现对导弹类目标的无盲区探测,以轮流主动窄脉冲探测方式,能够获得弹目距离、脱靶方位、目标类型等信息,同时因其窄波束、无旁瓣的特点具有较小的启动区散布,为防空导弹的高效引战配合提供了重要技术途径。在分析防空导弹引战配合影响因素的基础上,设计了一种基于八通道周视激光引信的引战系统总体方案,融合了激光引信测得的弹目距离、脱靶方位和目标类型等信息。典型弹道条件下的引战配合仿真计算结果表明,单发杀伤概率在有激光引信信息时最多可提升10%以上,可为防空导弹引战系统和激光引信总体设计提供借鉴。     

数字化激光扫描成像引信低空海面背景目标识别方法

激光成像技术能获得精细化的空间信息,在解决超低空海洋环境背景下的目标探测与识别时具有独特的优势。文中基于海谱波动模型和激光海面回波反射特征的模拟,仿真分析了探测系统的视场角和入射角参数对海面回波特征的影响,对比分析了宽视场和窄视场在不同海况下的激光回波特征,并对比窄视场成像探测系统对目标反射和海面反射的空间分布差异。提出了一种数字化阵列激光扫描成像探测系统,该系统通过电控阵列激光分时高速工作可实现周向360°的固态扫描探测,并通过高速AD采样获取数字化的回波幅度和距离阵列。针对弹目高速交会的工作特点,提出了帧内判定,帧间累积的低空海背景目标识别方法。该方法通过直通滤波、数学形态学滤波、目标形态特征等方法能快速滤除海背景杂波,保证弹载探测识别的实时性和可靠性要求。通过不同交会条件的仿真验证,该方法对不同海况下的识别准确率的平均值为96.9%。     

脉冲激光引信的信号特征提取方法及应用(特邀)

激光引信具有抗电磁干扰能力强、定角/测距精度高和系统体积小等优点,因较高的虚警率在防空导弹领域未得到的广泛应用。通过对信号特征提取方法的等级分析,讨论了激光引信回波信号的能量、延时、脉宽特征提取方法以及信息融合对抗干扰性能和引战配合效率的贡献。以防空导弹周视激光引信为背景,采用线阵探测器,设计了一种基于多特征的目标识别算法,明显提高了目标探测的可靠性,具备在110 m能见度下正确检测典型反舰导弹目标的能力。     

激光近炸引信测距能力的光学测试方法研究

激光近炸引信距离控制精度是导弹炸点控制的保证,是实现引战配合的前提.目前,激光引信距离控制精度测试主要利用"距离仿真"的光电法来实现,由于光电法存在最小启动距离且分辨力低,不能满足激光近炸引信测试要求.文中提出一种检测激光近炸引信测距能力与测距精度的方法.利用光在光纤中走过的光程来模拟激光回波走过的光程,通过调节直角棱镜组之间的距离来进行光程的精确调节,从而利用光在测试系统中走过的光程来模拟目标反射回波,实现精确的动态距离仿真.对距离仿真系统的最小测试距离和精度进行了分析.     

一种适用于空空导弹的激光灰度成像引信技术

针对空空导弹激光引信易受云烟雾、地海杂波干扰的问题,提出了一种适用于空空导弹的激光灰度成像引信技术。采用推扫式线阵成像探测方式,即随着弹目交会运动并根据激光回波幅度对目标逐行扫描灰度成像。通过渐进式目标识别算法处理逐行累积而成的灰度轮廓像可实现激光引信精细化探测,从而提高其抗干扰的能力。原理样机试验验证数据表明,激光灰度成像技术可较好地运用到激光引信中,验证试验获取的图像、数据,为激光引信抗干扰研究提供了技术储备。     

激光引信与预制破片战斗部引战配合设计

针对预制破片弹破片飞散的特点,提出了一种基于激光近炸引信控制的预制破片战斗部引战配合的设计思路。通过公式推导、Matlab软件仿真和计算预制破片战斗部对等效面积靶板的毁伤,获得战斗部理想的起爆高度。在理想起爆高度条件下,选择合适的激光探测视场进行引信设计,从而完成预制破片弹引战配合在特定条件下的最优设计。结果表明:在导弹散布误差为5 m、俯仰角为60,攻击目标特征为5 m3 m3 m的指挥车时,战斗部起爆高度在4~6 m间,命中目标的有效破片密度最大,在此起爆高度内对引信的探测概率和探测高度进行分析、计算得出:激光引信最优光束发射角在17~30。这种引战配合设计对于激光引信控制的预制破片弹的工程应用具有实际的参考价值。     

激光跟踪中目标卫星表面BRDF对回波信号的影响

通过双向反射分布函数(BRDF)公式,模拟了空间激光主动照明跟踪中,相同材料、不同粗糙度下卫星表面的BRDF,得出了随着卫星表面材料粗糙度的增加,镜面反射分量越小,漫反射分量越大,双向反射分布散射角越宽,接收到的回波信号对方向的敏感性减小。同时模拟了入射角度对卫星表面BRDF的影响,得出了照明光束小角度入射、接收信号方向与照明光束方向一致时,镜面反射分量的增加增强了反馈信号,当大角度入射时,反馈信号急剧减小。当入射角大于34°时,通过卫星表面BRDF计算得到的最小接收功率,比之前把卫星目标看成朗伯体,通过激光雷达公式计算得到的最小接收功率小。得出了增加照明光束的发射功率为原来的5倍,或者增大接收口径为原来的2.5倍,可以消除大入射角度带来的接收功率的减小,使得系统有4倍的功率余量。     

探测距离对激光定距引信探测能力影响的分析与评价

为全面评价激光定距引信的探测能力,确定其随距离变化的规律,通过推导脉冲激光测距回波方程,建立脉冲激光测距数据分布解析方程并提出误差量化评价方法。仿真分析并评估了探测距离对回波信号及探测能力各指标的影响,最后通过试验得到验证。结果表明:可靠测程内,引信可实现可靠探测,随探测距离减小,测距随机误差先减小后增加,系统误差逐渐增加;引信最大可靠测程为84.8 m,测程内随机误差为0.22~0.73 m,满足引信远程定距的需求;提高阈值可明显改善测距误差,但会造成可靠测程减小。所得探测能力变化规律与评价方法可为脉冲激光引信设计与应用提供理论依据。     

激光引信饱和漂移误差消除算法

为保证激光引信在近程的测距精度,文中针对恒比定时法在激光接收器饱和时会发生跳变点前移的现象,提出一种基于回波功率方程的误差补偿算法。通过线性化模型描述脉冲信号,推导了饱和漂移误差的解析表达式,分析了其随回波信号上升沿斜率的变化规律。根据回波功率方程,在小角度入射特定目标的条件下,建立饱和漂移误差补偿数学模型;通过实验标定误差补偿表达式,得到修正后的测距公式,验证了饱和漂移误差补偿方法的有效性。实验结果表明:激光引信在回波信号饱和时测距有较大偏差,最大偏差达到1.4 m;采用误差补偿方法后,可使偏差控制在0.5 m以内。研究可为小型化高精度激光引信测距系统设计提供理论参考。     

数字化脉冲激光引信探测系统设计与信号处理

针对以往模拟脉冲激光引信探测系统存在的测距误差较大的缺点,为进一步提高脉冲激光引信的测距精度,设计了一种数字化脉冲激光引信探测系统.该探测系统包括发射、接收和信号处理3部分,其中信号处理部分主要实现脉冲回波信号的高速实时采样与缓存、信噪比增强与时延估计.采用双通道ADC并行采样,实现了以200 MHz的等效采样频率对脉冲回波信号进行高速采样.当脉冲回波信号很微弱时,采用多脉冲相干平均算法提高了其信噪比,增强了对微弱回波信号的检测能力.通过最小二乘时延估计算法得到了回波时延,进而计算得到目标距离.测距实验结果表明:该探测系统测距精度较高,最大测距误差为0.25 m.     

激光近炸引信单光束脉冲周向探测技术

受常规弹药空间和系统功耗的限制,激光近炸引信应用于常规弹药过程中,无法布置多个激光器和多个激光接收器,同时,系统结构要求尽量简单,故传统的光束布局方式无法直接应用;现设计出一种新型的单光束大视场脉冲旋转周向扫描方案,建立了弹目交会模型并进行了目标捕获率理论分析,讨论了系统误差的影响因素,加工制作了初始原理样机并进行了高速风洞实验,结果表明:该方案能够在转速80 000 r/min以下实现可靠联接,及常规弹药激光近炸引信360大视场周向探测,在保证弹目交会目标捕获率的前提下,可有效减小常规弹药引信空间的占用率和系统功耗。