基于微光机电技术的引信电子安全系统控制方法

针对全电子安全系统电磁兼容性差的问题,根据系统安全性工程法遵循的第一原理,建立电子安全系统过程能量不相容原则,依据该原则提出了基于微光机电技术(MOEMS)的引信电子安全系统安全控制方法。该方法通过在电子安全系统中融入光纤和光学能量转换技术,采用具有特殊时域波形的高功率激光脉冲序列作为过程能量传输,并以多模光纤为能量传输介质,通过微机械保险实现系统光纤光路通断控制逻辑,最终基于砷化镓激光光伏电池完成高频高功率激光光电转换。理论分析与实验表明:基于MOEMS的电子安全系统安全控制方法能够有效降低引信系统内外电磁危害隐患,实现了微小体积条件下电子安全系统更好的电磁兼容性与更高的集成度。     

激光火工品单光纤光路检测技术

针对目前激光火工品的光路检测问题,在激光火工品与药剂接触的光纤端面蒸镀能透过点火激光而反射检测激光的短波通滤光膜片,利用光路环行器,建立了一种单光纤激光火工品光路检测系统。研究表明,在基本不改变原激光火工品结构的情况下,该单光纤光路检测系统能够实现激光火工品光路连续性检测,光路完整时的检测激光反射电流可以达到200~300μA,高于光路折断时的30μA;检测激光反射电流与点火激光能量传输效率基本成二次函数递增关系,能够反映点火激光能量传输效率的相对大小。     

激光起爆引信及其关键技术

基于光纤传输高峰值功率脉冲激光驱动飞片起爆技术，提出了一种新概念引信——激光起爆引信的基本概念。与电起爆引信相比，激光起爆引信在能量形式、起爆机理、组成结构等方面有很大的不同，符合引信技术从机械电子到光电子的发展脉络，是引信设计创新、性能优化、应用创新的重要方向之一。论述了激光起爆引信在核武器以及先进常规武器中的潜在应用价值，根据参考文献总结出激光起爆的三种实现方式。激光起爆引信的关键单元，包括小型化激光器、光纤传能、激光冲击片雷管等，简要讨论了相关的科学研究、总体设计和单元技术。     

激光冲击起爆炸药关键技术研究进展

激光冲击起爆炸药系统具有时间控制精确,快速响应,抗电磁干扰的特点,满足现代火工品的应用需求,但是由于激光传输效率和利用效率较低,目前难以实现真正的实用化和工程化。分析了激光驱动飞片起爆炸药的临界飞片速度的估算方法,提出需要提高系统能量利用率的必要性,总结了利用光纤传能和激光驱动复合飞片提高系统能量利用率这两项关键技术的研究进展。指出,选用适宜的光纤,改善光纤抗损伤能力,设计合理的光纤传输光路,优化激光参数,改进复合靶膜结构,合理选取复合靶膜各层厚度等是实现激光冲击片雷管小型化、实用化、工程化必须解决的问题。     

线性调频连续波激光雷达信号处理研究

线性调频连续波(LFMCW)激光雷达具有无距离盲区、高距离分辨率、结构简单等优点,特别适合用于高精度和近距离目标探测的场合,在激光制导以及激光引信领域都具有广泛的应用前景。以美国NP Photonics公司生产的连续可调谐光纤激光器作为光源,并通过实验测量了其必要的调制参数;大量使用了光纤器件,简化光路的结构,提高外差探测效率。在此基础上,设计搭建了全光纤的LFMCW激光测距测速演示实验系统,并使用图形化编程语言LabVIEW进行信号处理和分析。实验系统具有同时测量运动目标速度和距离的能力,测速灵敏度高,速度分辨率高于0.01 m/s.验证了实验系统的可行性,为LFMCW激光雷达系统的进一步设计打下了基础。     

光纤轴偏离对激光能量传输的影响

在理论分析的基础上,对阶跃与渐变折射多模光纤缆的轴偏离影响进行了试验研究。结果表明,对于激光火工品用标准光缆耦合传输系统,轴偏离的影响不明显;但是在进行激光火工品的感度以及特种接头光缆激光耦合传输分析时,轴偏离的影响不可忽略,应采取提高光纤缆接头的加工状态一致性的方法予以解决。     

调频连续波激光引信回波特性仿真分析

调频连续波(FMCW)激光引信相比于脉冲激光引信具有较强的抗干扰能力,但仍会受到云雾的影响,主要表现为后向散射回波引起虚警,同时云雾粒子的散射和吸收作用导致激光能量衰减。为研究FMCW激光引信的回波特性,基于激光探测原理和Mie散射理论,建立激光引信探测的蒙特卡洛仿真模型;在激光引信和目标均处于云雾中的情况下,对激光引信的回波进行仿真,得到了不同能见度下的FMCW激光引信回波信号,分析了云雾能见度对FMCW激光引信回波信号的影响。该仿真方法可应用于FMCW激光引信抗云雾干扰方面的参数优化设计。调频连续波(FMCW)激光引信相比于脉冲激光引信具有较强的抗干扰能力,但仍会受到云雾的影响,主要表现为后向散射回波引起虚警,同时云雾粒子的散射和吸收作用导致激光能量衰减。为研究FMCW激光引信的回波特性,基于激光探测原理和Mie散射理论,建立激光引信探测的蒙特卡洛仿真模型;在激光引信和目标均处于云雾中的情况下,对激光引信的回波进行仿真,得到了不同能见度下的FMCW激光引信回波信号,分析了云雾能见度对FMCW激光引信回波信号的影响。该仿真方法可应用于FMCW激光引信抗云雾干扰方面的参数优化设计。     

MEMS平面微弹簧弹性系数的研究

分析了在MEMS引信安全系统中平面微弹簧的作用、性能等特点.针对平面微弹簧的设计没有有效的计算公式这一问题,应用力学中的能量法,对一种应用在引信安全系统中的“Z型”平面微弹簧进行了弹性系数计算公式推导,并用有限元分析软件进行了仿真计算.仿真结果与公式计算结果相吻合,验证了公式推导的正确性.     

石英光纤的传能效率、损伤阈值和损伤积累效应研究

对激光起爆用全石英光纤传输高峰值功率Nd:YAG激光的传能特性进行了理论和实验研究.实验采用调Q激光源,单脉冲功率超过1 MW;传能光纤为阶跃折射率多模石英光纤,芯径有400μm、600μm两种,包层直径分别为440 μm和660 μm.研究结果表明:光纤芯径、数值孔径、长度等都会影响光纤的传能效率;当注入激光功率超过一定阈值后,光纤内的非线性效应,比如SRS和SBS将很明显,造成激光能量损耗;参照ISO/DIS 11254-1.2标准对光纤零概率损伤阈值进行了测量,为58.6 J/cm2;光纤有匀化输出光斑能量分布的作用;光纤端面发生一定程度的损伤后,光纤仍可传输部分激光能量,并存在损伤积累效应.     

引信无线装定中负载阻抗角对能量传输性能影响

引信装定接收电路作为装定系统负载,其阻抗角特征对磁共振耦合无线装定系统的能量传输性能具有重要影响,针对该问题,首先基于互感耦合理论,分析了负载阻抗通过阻抗映射对中继线圈等效参数的影响,然后仿真结合实验研究了能量传输性能、收发端耦合磁场空间分布特征随负载阻抗角的变化规律。仿真实验结果表明,系统传输性能随负载阻抗角绝对值的增大而下降,对于负载阻抗中电阻部分相同的装定系统,若负载阻抗角相同,则不论电抗部分构成如何,其传输性能也相同,收发端线圈耦合磁场空间分布特征随负载阻抗角的变化规律与能量传输性能变化规律相对应。     

基于遗传算法的对地激光引信光路优化方法

针对传统对地激光引信光路布局确定方法只依据典型目标尺寸与有效作用距离简单推算,不能充分发挥对地激光引信性能的问题,提出了基于遗传算法的对地激光引信光路优化方法。该方法依据目标识别概率量化论证光路布局方案优劣,并对方案进行优化,解算出最优方案。实例分析表明,该方法能够有效优化对地激光引信的光路布局,在达到技术指标的前提下满足所需光路最少、识别概率最高的需求,充分发挥对地激光引信性能。     

基于MEMS的微引信谐振器系统级设计

在微机电系统集成设计平台-MEMS Garden基础上，搭建MEMS微引信谐振器的系统级模型，并利用有限元仿真计算2种方法并对模型进行有效性验证，完成谐振器的结构设计，再由仿真得到结构性能参数。研究结果表明，采用系统级方法进行MEMS器件的设计能够在确保求解精度的前提下，显著提高设计效率，缩短设计周期，减小设计成本；所设计的MEMS微引信谐振器的各项性能指标完全能满足引信安全系统的应用要求。     

一种基于FPGA的激光引信电路设计

激光引信是现代激光制导系统的重要组成部分。在传统的引信电路设计中,主要是通过采用各种中小规模集成电路芯片和单片机来设计引信电路。基于FPGA的激光引信电路充分利用FPGA的硬件逻辑单元构建各个控制、信号处理模块,实现了引信的高精度和智能化。通过对引信电路进行软件仿真和硬件调试,表明由FPGA设计的激光引信电路相对于传统的引信设计精度有较大的改善,并提高了电路的可靠性。     

高速弹道导弹激光引信外流场分布影响特性

针对弹道导弹激光引信易受弹前激波干扰，导致激光引信接收系统回波能量大幅衰减的问题，建立了弹道导弹下降段超高音速飞行下的有限元模型。通过计算流体力学仿真软件(CFD)对高速弹道导弹外流场进行仿真，计算得到弹道导弹超音速下降时弹头附近温度、压强、密度等物理量分布特性；得出三条不同方向激光传输信道上外流场参数变化趋势；在仿真计算得到温度场与密度场基础上，结合折射场计算模型得到了弹头折射率场分布图。结果表明，弹头超音速下降时外流场分布极度不稳定，与弹轴呈一定夹角的激光探测方式明显优于前视激光探测，可以有效降低弹前激波干扰，为激光引信激光发射与接收方向选择提供了参考。利用Matlab仿真分析了传统激光信道与最优激光信道上的大气后向散射回波光子数，验证了所做研究的有效性。     

基于非线性宇称时间对称原理的引信变间隙无线能量传输方法研究

为解决变间隙条件下传统磁共振耦合无线能量传输技术无法维持能量稳定高效传输的问题,基于非线性宇称时间对称原理,提出一种新型变间隙无线能量传输方法。利用电压放大器的非线性增益饱和机制,构建宇称时间对称电路模型。通过电路分析方法推导出系统传输效率和谐振频率的精确解析解,并通过仿真结合实验方法验证了理论模型的正确性。在两线圈直径为90 mm 条件下,利用所搭建的实验系统给某引信供电。结果表明：两线圈间距离在30~120 mm范围内变化时,系统能够满足能量稳定高效传输;通过理论、仿真及实验结果验证,所提出的变间隙无线能量传输方法有效可行。     

潜水器用光纤线团应力分布及影响因素

光纤线团是潜水器航行过程实施布放，建立两节点间动态有线通信信道的关键部件，其应力分布状态直接决定水下布放性能。引入光纤微缆径向弹性参数，解释绕制过程光纤微缆的径向变形和径向与轴向变形的关系；建立光纤线团应力分布模型，对光纤线团应力分布随光纤微缆弹性参数、绕制张力的变化规律进行仿真研究，分析各参数对光纤线团贮存寿命的影响，提出光纤微缆和绕制张力设计的优化方向；对比分析线团绕制实测数据，应力分布及浴盆特征参数变化与仿真结论一致。结果表明：光纤微缆轴向弹性模量越小、径向弹性模量和弹性系数越大，有利于光纤线团的结构稳定，但会降低光纤的贮存寿命；而绕制张力越大会降低光纤的寿命，但并不影响光纤线团的结构稳定性。     

激光引信系统诸元的仿真建模与分析

基于海浪对光束的散射特性及目标的反射特性,对运动导弹上的激光引信系统回波能量建模,并给出了目标能量及海浪反射能量的仿真结果,同时对回波中的能量信息进行了分析,为激光近炸引信目标探测及识别技术的研究提供了依据     

FPGA在激光引信测试设备中的应用

以某激光引信内外场测试设备为背景,介绍了激光引信测试设备的工作原理和实现技术。该设备以FPGA为核心,使用VHDL硬件描述语言设计并实现了异步串行通讯、测试设备的自检、引信产品的检测等几大功能。在计算机仿真的基础上,实现了与引信产品和总控系统的连接测试,取得了较好的效果。目前,该测试设备已在某激光引信产品测试中得到应用。     

基于视觉对准的非硅MEMS 微小型结构件微装配系统

为满足非硅MEMS微小型结构件的高精度柔性装配需求,设计一种基于正交光路分时成像视觉对准的机器人串行微装配系统。介绍目前微小型结构、非硅MEMS和机器人微装配系统的发展概况,给出其总体结构组成及典型装配过程,重点分析视觉对准系统摄像机标定方法,对标定误差进行分析,最后对装配系统进行非硅MEMS典型零件装配实验分析。结果表明:所设计的装配系统视觉系统检测精度≤5.5μm,能满足一般精度的非硅MEMS微小型结构件装配要求。     

考虑弹体中涡流影响的引信感应装定能量和信息传输通道模型

针对引信电磁感应装定中能量和信息传输通道建模时,忽略弹体中涡流影响,模型不准确的问题,基于分离式变压器能量与信息同步传输理论和涡流理论,提出采用分离式变压器的互感模型耦合涡流回路,描述通道传输特性的方法.通过对传输通道等效电路分析,推导出系统最佳工作条件和涡流损耗功率,并探讨了漏感补偿问题.最后针对两种不同型号引信,实验对比弹体中有无涡流时次级回路输出电压的差异,结果表明该模型能较准确描述装定过程中能量和信息的传输特性.