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。     

红外成像导引头闭环注入式仿真试验系统设计及一致性分析

闭环注入式仿真是开展红外成像制导武器对抗及其复杂环境适应性试验的一种有效手段,它在传感器被图像仿真计算机和图像注入接口设备取代的情况下,采集导引头的框架角数据,实时仿真生成红外数字图像,并通过注入接口设备直接注入到导引头信息处理电路中进行试验。分析了闭环注入式仿真试验的工作原理,设计了仿真试验系统的软硬件平台、工作时序,理论计算了仿真试验系统产生的失调角延时和失调角误差,并利用搭建的仿真试验与导引头实际工作一致性分析平台,分析了因失调角延时和失调角误差导致导引头输出的偏航、俯仰角速度误差和制导精度误差。仿真结果表明:仿真试验与导引头实际工作条件是一致性的,设计的仿真试验系统较为科学合理,该结论可为开展红外成像导引头闭环注入式仿真试验提供理论支撑。     

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.     

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。     

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。     

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。     

红外成像导引头动态性能测试系统设计

针对红外成像导引头在复杂干扰背景条件下难以获取动态性能指标的问题,分析了红外成像导引头动态性能参数体系,基于红外图像注入技术设计开发了动态指标测试系统。该系统能够模拟典型的红外目标和干扰信号,并对导引头输出信号进行采集、处理和分析,最后给出动态性能测试结果。通过对某型号红外成像导引头的测试和验证,证明了该系统工作高效、稳定,为红外成像导引头的动态性能测试提供了有效的方法和手段。     

基于MOS电阻阵的红外目标模拟生成系统

为满足红外成像制导导引头的测试和半实物仿真试验,提出了一种高对比度红外面源目标模拟器方案.模拟器包括图像生成计算机、图像修正计算机和MOS电阻阵逻辑控制及驱动器,通过光纤构成分布式系统.图像生成计算机接收弹道仿真计算生成的弹目相对运动参数,生成红外场景图像,通过光纤网传送到图像修正计算机,对数据进行非线性、非均匀性修正,利用机内PCI图像数据传输驱动卡将数据传输到安装在转台上的MOS电阻阵逻辑控制及驱动器;该驱动器产生MOS电阻阵温度控制信号和的时序逻辑,驱动MOS电阻阵产生200Hz的红外图像.该方案已经在成像导引头测试中得到验证,导引头可清晰成像并稳定截获生成的红外目标.     

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。     

红外目标模拟器CIG系统延时误差分析及补偿

研究红外成像制导半实物仿真系统目标模拟器延时误差对制导控制系统仿真的结果置信度影响问题,针对目标红外特性模拟要求,分析了目标模拟器的误差影响因素,提出了误差补偿算法。首先基于红外目标模拟原理,分析了影响仿真精度的主要误差源;然后根据红外CIG延时误差产生机理,分析了延时误差对几何分辨率、角度分辨率、动目标横向位置、动目标径向位置的影响;最后推导了红外CIG系统延时误差补偿算法。仿真结果和测试结果表明,本文方法有效补偿了红外CIG系统延时误差,提高了仿真结果精度,为红外成像制导武器系统优化设计提供了依据。     

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.     

红外制导半实物仿真系统误差分析

为提高红外制导半实物仿真试验精度和可信度,研究和分析了红外制导半实物仿真系统误差。详细分析了影响红外制导半实物仿真精度的主要误差源和产生机理,从仿真机理角度建立了半实物系统仿真模型和系统误差模型,通过仿真和分析比对在有无加载误差模型下的导弹弹道解算结果,定量分析各类误差源对仿真试验精度的影响。通过仿真分析表明,转台性能和机械误差对仿真试验精度影响很小并可忽略,而红外导引头轴向位置安装误差影响较明显,在仿真试验过程中需要重点考虑并保证在厘米级范围内。     

激光角度欺骗干扰半实物仿真研究

为有效评估激光角度欺骗干扰效果,搭建了一套激光角度欺骗干扰半实物仿真系统。仿真系统接入了导引头、惯组、弹载机、舵机等实物,采用实时通讯、姿态角精确模拟、视线角精确控制、多线程触发、加速度模拟注入等关键技术,提高了系统的实时性和仿真的可信度。以某典型激光制导武器为对象开展仿真研究,在设定的仿真条件下,无干扰时仿真的脱靶量为1.7 m,角度欺骗干扰时仿真的脱靶量为744.05 m,表明该系统能对激光角度欺骗干扰效果进行仿真评估,验证了制导控制系统和仿真系统软硬件设计的合理性。     

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。