红外成像导引头闭环注入式仿真试验可行性分析

针对红外成像导引头复杂战场环境适应性测试,提出了一种采用数字图像注入式的闭环半实物仿真试验方法,并分析了闭环注入式仿真试验系统的组成及工作原理。由于仿真测试时红外成像导引头的传感器被图像仿真计算机和图像注入接口设备取代,导致数字图像生成及脱靶量计算环节存在延迟和误差,使伺服控制系统的性能与实际工作情况可能不一致,从而影响仿真试验结果精度和置信度,因此,在建立导引头伺服控制系统模型的基础上,研究了仿真时间延迟、脱靶量误差对伺服控制系统的影响。研究结果表明:由于脱靶量误差对跟踪精度的影响仅为1.33%,如果将时间延迟控制在56.5 ms之内,开展闭环注入式仿真试验是可行的,该结果可为下一步开展红外成像导引头闭环注入式仿真试验提供理论支持。     

红外成像对抗中导引头伺服系统建模与分析

红外成像制导武器对抗是光电对抗的重点领域。在红外成像制导对抗数字图像注入式闭环半实物仿真试验时,由于红外导引头传感器被图像生成和图像注入计算机取代不参与工作,需要建立准确的导引头伺服控制系统的传递函数模型,进行仿真实验和实际工作两种情况下导引头控制回路性能的等效性分析。基于此,结合某型红外成像导引头的结构组成特点,将导引头划分为七个不同的功能模块,提出了导引头伺服控制系统建模的总体设计方法。采用机理建模和实验测试结合的方法建立了该型导引头完整的伺服系统模型,导引头在幅值5,频率2 Hz 弹体正弦扰动下的光轴能够保持稳定,经过测试,导引头实际输出弹目视线角和角速率能够高精度稳定跟踪真实的弹目视线角和角速率,结果验证了伺服控制系统数学模型的准确性。研究成果为同类设备伺服系统的建模和红外成像制导武器对抗图像注入式闭环仿真测试实验提供了方法和模型支持。     

红外捕获跟踪设备闭环注入式仿真试验的理论研究

提出了一种采用数字图像注入式方法进行红外捕获跟踪设备闭环仿真和性能测试。在仿真测试时,红外捕获跟踪设备的传感器被图像仿真机和图像注入设备取代,图像生成及脱靶量计算环节的延迟和误差使跟踪伺服系统的性能与实际工作情况不一致,影响了仿真试验结果精度和置信度。从设备的实际情况和注入式仿真试验下伺服控制系统的等效性考虑,利用某型实际设备的伺服控制系统模型,仿真分析了在不同脱靶量延时和脱靶量误差下,系统跟踪迎头飞行目标时的稳定性和动态跟踪精度的变化,获得了设备允许的脱靶量大小和图像仿真最大延时。结果表明:脱靶量输出延迟不大于2帧时设备能稳定跟踪目标,为保持两种情况下伺服系统性能的一致,注入式试验时脱靶量随机误差最大为25″,图像仿真的最大延迟时间为19 ms。研究成果为红外捕获跟踪设备的闭环注入式仿真试验的可行性提供了理论支撑。     

红外成像导引头性能评估系统的分析与设计

辐射式和数字图像注入式是红外成像导引头性能评估的两种实现方式,由于注入式仿真试验不受红外景像转换器等关键技术的制约,具有结构简单,性价比较高的优点,成为有限条件下理想的导引头性能评估手段.分析了评估系统的原理,并设计了两种红外导引头性能评估系统.     

基于Wishbone-PCI核的红外探测器注入式仿真系统

介绍了一种基于Wishbone-PCI桥核和Spartan6系列FPGA的红外探测器注入式仿真系统。重点讨论了基于PCI总线的红外图像注入接口卡的设计与实现以及Wishbone-PCI桥核技术。该系统可以代替红外侦察告警设备的头部探测器将红外仿真图像数据注入到红外告警、红外搜索跟踪等设备的实时信息处理箱,用来实现对红外侦察告警设备目标探测与目标跟踪功能的验证与仿真。该注入式仿真系统通过将前期红外侦察告警设备采集的红外图像数据与自定义的目标图像相叠加,注入到实时信息处理箱,因此该注入式仿真系统具有图像数据真实连续的特点,能更加真实地模拟现实的场景,为实时信号处理箱提供真实可靠的数据来源,有利于加快红外侦察告警设备的研发进程,缩短系统开发周期。     

基于Wishbone-PCI核的红外探测器注入式仿真系统

介绍了一种基于Wishbone-PCI桥核和Spartan-6系列FPGA的红外探测器注入式仿真系统.重点讨论了基于PCI总线的红外图像注入接口卡的设计与实现以及Wishbone-PCI桥核技术.该系统可以代替红外侦察告警设备的头部探测器将红外仿真图像数据注入到红外告警、红外搜索跟踪等设备的实时信息处理箱,用来实现对红外侦察告警设备目标探测与目标跟踪功能的验证与仿真.该注入式仿真系统通过将前期红外侦察告警设备采集的红外图像数据与自定义的目标图像相叠加,注入到实时信息处理箱,因此该注入式仿真系统具有图像数据真实连续的特点,能更加真实地模拟现实的场景,为实时信号处理箱提供真实可靠的数据来源,有利于加快红外侦察告警设备的研发进程,缩短系统开发周期.     

基于PCI总线图像注入式红外探测器仿真系统

介绍了基于PCI总线的数字图像注入式红外探测器仿真系统, 该系统通过PCI总线从PC机获得仿真数据,以大容量SDRAM作为缓存,FPGA作为接口和状态机控制.该系统能够为红外告警、红外搜索跟踪等设备的红外实时信号处理平台提供红外探测器输出信号仿真,该系统输出仿真图像数据来源于外场试验真实获取的红外图像,具有图像数据真实、实时性好、图像连续无间断、高速等特点,为红外实时信号处理平台提供了可靠的仿真数据来源.给出了软、硬件实现的方案和结构.     

红外凝视成像导引头随动系统误差分析

为了分析红外图像末制导导弹的落点精度, 需要对红外成像导引头的输出误差进行估算。分析了红外凝视成像导引头伺服稳像平台的控制回路, 并以该回路为依据, 充分考虑系统中误差产生的外因和内因, 讨论了存在于导引头输出量中的弹体扰动误差和成像误差, 以及部件漂移误差和测速坐标系误差, 推导了各误差项的表达形式, 最后基于以上分析, 就如何有效控制导引头误差, 提高其精度, 提出了有针对性的方法和关键点。     

红外凝视成像导引头随动系统误差分析

为了分析红外图像未制导导弹的落点精度,需要对红外成像导引头的输出误差进行估算。分析了红外凝视成像导引头伺服稳像平台的控制回路,并以该回路为依据,充分考虑系统中误差产生的外因和内因．讨论了存在于导引头输出量中的弹体扰动误差和成像误差,以及部件漂移误差和测速坐标系误差,推导了各误差项的表达形式,最后基于以上分析,就如何有效控制导引头误差,提高其精度。提出了有针对性的方法和关键点。     

基于USB2.0数字图像注入式红外探测器仿真器设计

介绍了新研制的基于USB2.0的数字图像注入式红外探测器仿真器设计,该系统通过USB2.0总线从PC机获得仿真数据,以大容量SDRAM作为缓存,FPGA作为接口和状态机控制.该系统能够为红外探测、跟踪设备等的红外实时信号处理平台提供探测器输出信号仿真,该系统输出仿真图像数据来源于外场试验真实获取的红外图像,图像数据真实、实时性好、图像连续无间断、高速,并具有便携特点,为红外实时信号处理平台提供了可靠的仿真数据来源,具有很强的实用价值.     

扩展弹道成型制导系统脱靶量特性分析

通过将导弹剩余飞行时间的幂函数引入到目标函数中,实现了对经典弹道成型制导律的扩展。针对扩展弹道成型制导系统,将导引头和驾驶仪动力学简化成一阶形式,分别引入导引头角速度零位误差、角度零位误差、导引头角噪声以及目标闪烁噪声,利用无量纲化技术和伴随函数法,给出了制导系统无量纲位置脱靶量和角度脱靶量伴随模型。仿真结果表明,为了消除导引头角速度零位误差对脱靶量的影响,要求制导系统具有较长的末导时间和较大的指数n;当末导时间达到系统总滞后时间常数的15倍左右时,导引头角度零位误差引起的位置脱靶量收敛到零附近,角度脱靶量收敛到与角度零位误差大小相等、方向相反的稳态值;随着末导时间的增大,导引头角噪声及目标闪烁噪声引起的位置和角度脱靶量均趋向于不为零的稳态值,指数n越大,脱靶量越大。最后分析指出,制导动力学越慢,角噪声引起的脱靶量稳态值越大;滤波器频带越宽,闪烁噪声引起的脱靶量越大。     

变跟踪点红外场景仿真建模时间误差分析

随着第四代红外成像空空导弹的发展,在制导半实物仿真过程中导引头对红外图像仿真的需求逐步提高,本文在已有基于导引头光轴指向的变跟踪点红外场景仿真建模技术研究的基础上,对变中心点红外场景仿真建模在分布式制导半实物仿真系统中引入的时间误差进行分析。在充分考虑可能引入时间误差的各参数的可能取值及噪声情况后,给出了定量的时间延迟结果,分析了各参数对时间延迟的贡献,为变跟踪点红外场景仿真技术的工程应用提供数据与理论依据。     

干扰和噪声对激光制导性能及精度的影响

针对某激光导引头检测中输出弹目视线角速度误差较大的情况,分析指出弹目视线角速度噪声是角跟踪回路中探测器噪声、弹体扰动和摩擦等干扰力矩共同作用产生的。根据导引头控制原理建立了其稳定跟踪回路模型,定量分析了这些误差因素对导引头稳定跟踪性能和弹目视线角速度输出指令的影响程度。然后实测分析了激光导引头输出弹目视线角速度噪声特性,建立了其与弹目距离的函数关系,并将其加入某制导武器制导模型中进行仿真。结果表明:加入弹目视线角速度噪声后,弹体滚转姿态角变化较大,舵偏角变化也较大,近距离时由于角速度指令噪声较小对全弹道及脱靶量的影响比较小,这与实际检测结果相符较好。但近距时当角速度指令处于噪声峰值处,弹偏离后来不及修正可能会对导弹的近距攻击区有影响,研究方法及结论对导引头的实际研究测试及弹的战术使用均有一定的参考价值。     

红外告警和跟踪设备注入式仿真时空映射方案

针对红外侦察告警和捕获跟踪设备注入式仿真中的时空映射问题,定义了作战域与仿真域空间坐标系及作战时间与仿真时间、逻辑时间等时间量。以作战域红外侦察告警/捕获跟踪设备站点坐标系与仿真域设备码盘坐标系为桥梁,建立动态战情空中目标位置映射关系;以作战时间与逻辑时间为桥梁,建立时间映射关系。提出了红外侦察告警/捕获跟踪设备定位、定向、定姿误差仿真方法及情报信息仿真方法,解决了注入式仿真试验中的时空一致性,提出的时空映射方案在某型红外捕获跟踪设备多目标处理能力实验中得到了应用和验证,为快速形成红外告警和跟踪设备数字图像注入式闭环试验鉴定能力打下了坚实基础。     

激光制导武器半实物仿真的误差分析与校正

根据激光半主动制导武器的特点建立了该类武器制导与控制系统半实物仿真模型。通过分析误差对半实物仿真的影响,指出几何误差的影响较大,并建立了误差数学模型。通过数学仿真,在脱靶量的允许范围内给出了最大允许角误差。为消除误差,设计了导引头闭环跟踪半实物仿真实验。利用仿真结果建立了误差参数超定非线性方程组,并使用牛顿迭代法和加权最小二乘法的组合算法来解算。此项研究工作有效地提高了仿真精度,同时也提高了基于该类平台半实物仿真实验的置信度。     

结合目标角运动参数估计的自适应波门设计

为了提高机电跟瞄平台的图像跟踪精度,针对波门跟踪方法,从脱靶量的预测、图像信息的滞后和伺服系统的动态精度3个方面入手,定性分析了它们对波门设计的影响.以此为基础,建立了目标空间角运动的Kalman运动模型,获得目标角运动参数的估计,并综合考虑图像传感器的滞后,推导了预测脱靶量的公式,完成了自适应波门的设计.最后以汽车为目标对常规波门和自适应波门进行了跟踪实验.     

红外成像制导半实物仿真安装误差分析与修正

在红外成像制导半实物仿真仿真实验中架设导引头和目标模拟器过程中的安装误差是不可避免的,为提高试验中制导精度和仿真可信度,分析了误差产生的原因并建立了安装误差静态的数学模型和修正方法。通过分析目标模拟器像元中心的运动轨迹对安装误差进行分类判断,进而推导了安装误差的数学模型,并应用OpenCV对导引头制导图像进行处理,获得求解误差模型所需的坐标信息,最后对弹道制导模型进行了修正,通过仿真验证定量地分析了误差修正对脱靶量的影响,对制导攻击效果有一定的优化作用。     

激光引信12分元探测定向起爆控制建模及仿真

配合引信定向探测起爆控制参数选择问题,提出了一种定向战斗部激光引信12分元探测定向起爆控制建模方法。该方法基于建立的12分元激光探测模型,通过对目标方位的判别,实施对定向战斗部的起爆方位控制。结合目标易损性模型,通过仿真不同弹道及起爆时机对目标造成毁伤的效果,得到了定向战斗部激光引信延时时间与毁伤效果匹配关系。仿真结果表明,对于空中高速小目标,引信延时时间、脱靶量及破片飞散角等参数的匹配对毁伤效果非常重要,当延时时间不大于2 ms时,脱靶量小于8 m时平均毁伤概率达到0.6以上,脱靶量大于10 m时平均毁伤概率小于0.5。建立的模型可综合分析延迟时间、脱靶量等参数对定向战斗部毁伤效果的规律。