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点源红外目标模拟器方案设计

作　者: 柏微
导　师: 左保军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 红外目标目标仿真准直光学系统目标靶偏振能量衰减器
分类号: V448.153
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着现代军事技术的发展,采用红外跟踪制导已成为当代各种高速精确制导飞行器的发展趋势,随着这项技术的应用,红外制导半实物仿真技术也在各国广泛开展起来。红外目标仿真系统可以在实验室内测试导弹的跟踪、识别以及打击目标的能力,使用红外目标仿真系统可以节省大量经费并可以获得导弹在不同条件下的工作情况。而红外目标模拟器是仿真系统的核心部分。本文针对性地研究了用于红外半实物仿真系统的点源红外目标模拟器。为保证准直光学系统出瞳与导引头系统入瞳重合,光学系统的出瞳远离系统最后一面达1200mm,这无疑增加了光学系统的设计难度。本文讨论了光学系统结构型式的确定方法及设计时需要考虑的一些问题,利用光学设计软件CODE V设计了红外光学系统,并进行了相应的像质评价和公差分析,所设计的光学系统结构紧凑,性能满足使用要求。目标模拟器光学系统出瞳处的照度值能否达到导引头的敏感阈值决定了目标能否被导引头发现。在光学系统设计完成后,出瞳处的照度主要取决于黑体的温度,故需要确定黑体的温度范围。由已知辐照度,论证得出黑体温度动态范围;利用光学设计结果,结合给定布局结构,确定黑体有效辐射口径大小,确定了黑体参数。分析了用目标靶模拟近距离运动目标(≤1500m)的原理,得到弹目距离与目标靶开口之间的关系;选择丝杠驱动式开口方案作为近距离目标形成装置并进行了相关计算;当目标较远时,对目标靶开口大小和精度要求都特别高,实现困难,采用偏振能量衰减器来模拟远距离运动目标(1500m~5000m),建立了弹目距离与衰减器旋转角度之间的数学模型,并进行了控制偏振片旋转的涡轮蜗杆传动系统设计。分析了用步进电机和滚珠丝杠带动目标靶运动的控制原理,选择了合适的滚珠丝杠,并计算了所需电机的参数(如步距角,静转矩等);分析了模拟器的误差与装调要求。通过研究,本文设计出了满足技术指标要求的点源红外目标模拟器,该装置对今后用于导弹测试试验的仿真设备研制有重要意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 红外目标仿真系统国内外发展现状  11-18
    1.2.1 红外目标仿真国外发展现状  11-16
    1.2.2 红外目标仿真国内发展现状  16-18
  1.3 主要研究内容  18-19
第2章目标模拟器准直光学系统设计  19-30
  2.1 红外目标模拟器的组成及工作方案  19-21
    2.1.1 目标模拟器的主要技术指标  19
    2.1.2 红外目标模拟器的组成及原理  19-21
  2.2 光学系统性能参数的确定与结构设计  21-22
    2.2.1 光学系统性能参数的确定  21
    2.2.2 红外准直光学系统的选择与结构设计  21-22
  2.3 红外准直光学系统设计及像差分析  22-26
    2.3.1 红外光学系统初步设计  22-24
    2.3.2 光学系统的改进  24-26
  2.4 红外准直光学系统公差分析  26-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章黑体辐射源的确定  30-37
  3.1 黑体的辐射规律  30-32
    3.1.1 普朗克公式  30-31
    3.1.2 普朗克公式极限情况  31-32
    3.1.3 维恩位移定律  32
  3.2 黑体辐射源温度范围的确定  32-35
  3.3 黑体辐射源辐射口径计算  35-36
  3.4 黑体的散热措施  36
  3.5 本章小结  36-37
第4章可变目标靶及能量衰减器  37-54
  4.1 目标靶开口方案的确定  37-41
    4.1.1 用目标靶模拟弹目距离的原理  37-39
    4.1.2 可实现的开口方案及比较  39-41
  4.2 能量衰减器方案的确定  41-45
    4.2.1 中性密度渐变滤光片  41-42
    4.2.2 偏振片衰减装置  42-44
    4.2.3 偏振片旋转角度与弹目距离关系的确定  44-45
  4.3 偏振能量衰减器旋转控制  45-53
    4.3.1 偏振片旋转控制方案  45-48
    4.3.2 涡轮蜗杆参数设计计算  48-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章方形目标靶电控系统及运动机构设计  54-63
  5.1 目标靶控制系统及运动机构的构成  54-55
  5.2 控制器与步进电机  55-57
    5.2.1 驱动控制的原理  55-56
    5.2.2 步进电机的主要性能指标  56-57
  5.3 具体选型以及精度分析  57-62
    5.3.1 丝杠选型及相关计算  57-59
    5.3.2 步进电机的计算及选型  59-60
    5.3.3 滚珠丝杠副校核计算  60-61
    5.3.4 综合分析说明  61-62
  5.4 本章小结  62-63
第6章目标模拟器的误差分析  63-70
  6.1 精度分析基础  63-64
    6.1.1 精度分析的内容  63
    6.1.2 误差与精度  63-64
    6.1.3 精度分析的目的  64
  6.2 目标模拟器角误差  64-66
    6.2.1 目标模拟器的角误差要求  64-65
    6.2.2 角精度误差来源分析  65
    6.2.3 误差核算与分配  65-66
  6.3 目标靶开口精度  66-69
    6.3.1 目标靶开口的精度要求  66-67
    6.3.2 目标靶的控制及对电机的要求  67-68
    6.3.3 目标靶的精度分析与计算  68-69
  6.4 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-76
攻读学位期间发表的学术论文  76-78
致谢  78-79
个人简历  79

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