本發(fā)明涉及一種紅外與可見光復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真方法，特別是一種大口徑的紅外與可見光復(fù)合導(dǎo)引頭雙波段分段復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有光學(xué)制導(dǎo)半實物仿真方法一般采用三軸轉(zhuǎn)臺+二軸轉(zhuǎn)臺(三軸轉(zhuǎn)臺+二軸轉(zhuǎn)臺構(gòu)成五軸轉(zhuǎn)臺)+目標(biāo)模擬器直接投影方案。紅外與可見光分口徑復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真是否使用大口徑目標(biāo)模擬器，主要取決于紅外與可見光復(fù)合導(dǎo)引頭的口徑是否大。

對于大口徑的紅外/可見光復(fù)合導(dǎo)引頭半實物仿真試驗，如果采用現(xiàn)有方法，所需的目標(biāo)模擬器與一般的目標(biāo)模擬器有以下不同：一是需要包覆紅外與可見光復(fù)合導(dǎo)引頭的口徑，如果紅外與可見光復(fù)合導(dǎo)引頭的口徑大，則目標(biāo)模擬器光學(xué)口徑必然會大，特別對于紅外與可見光分口徑復(fù)合導(dǎo)引頭，目標(biāo)模擬器口徑至少是2個分口徑尺寸之和；二是需要提供可見光與紅外雙波段的目標(biāo)，在目標(biāo)模擬器內(nèi)部需要紅外/可見光合束器將兩種波段的目標(biāo)合成。上述二個因素帶來的問題是目標(biāo)模擬器口徑大、紅外/可見光合束器尺寸大，導(dǎo)致目標(biāo)模擬器體積大、重量大。

另一方面，在有限的體積與重量等約束條件下，大尺寸光學(xué)合束器中的光學(xué)透鏡加工質(zhì)量與精度難以滿足需求。

因此對于大口徑的紅外/可見光復(fù)合導(dǎo)引頭半實物仿真，現(xiàn)有仿真方法不適用，需要發(fā)明新型仿真方法，為大口徑雙波段紅外/可見光分段復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真提供解決途徑。因此，需要提供一種紅外與可見光復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種紅外與可見光復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種紅外與可見光復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真方法，該方法包括以下步驟：

S1：構(gòu)建紅外與可見光復(fù)合式仿真系統(tǒng)；

S2：確定雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)；

S3：確定紅外與可見光復(fù)合式仿真系統(tǒng)布局及負(fù)載安裝方式；

S4：紅外與可見光雙波段分段復(fù)合運(yùn)行。

優(yōu)選地，仿真系統(tǒng)包括：仿真計算機(jī)、雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺、幕投影式可見光目標(biāo)模擬系統(tǒng)，紅外目標(biāo)模擬器、紅外與可見光復(fù)合導(dǎo)引頭。

進(jìn)一步優(yōu)選地，雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺包括三軸轉(zhuǎn)臺、雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺。三軸轉(zhuǎn)臺、雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺各軸獨(dú)立控制。

優(yōu)選地，幕投影式可見光目標(biāo)模擬系統(tǒng)包括：可見光目標(biāo)模擬器、球面投影幕。

優(yōu)選地，三軸仿真轉(zhuǎn)臺用于模擬導(dǎo)彈姿態(tài)運(yùn)動，雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺用于模擬導(dǎo)彈與目標(biāo)相對視線運(yùn)動。

優(yōu)選地，雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺包括方位框架、俯仰框架、第一目標(biāo)負(fù)載安裝面和第二目標(biāo)負(fù)載安裝面，其中，俯仰框架安裝于方位框架上，第一負(fù)載安裝面位于二軸轉(zhuǎn)臺俯仰框架中心處，第二負(fù)載安裝面位于二軸轉(zhuǎn)臺方位框架一端且垂直于俯仰軸，第一負(fù)載安裝面用于安裝紅外目標(biāo)模擬器，第二負(fù)載安裝面用于安裝可見光目標(biāo)模擬器。

設(shè)三軸轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心為O，三軸轉(zhuǎn)臺三軸坐標(biāo)系為Oxyz，各軸相互垂直，Ox軸為三軸轉(zhuǎn)臺內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸，Oy軸為三軸轉(zhuǎn)臺方位框架旋轉(zhuǎn)軸，Oz軸為三軸轉(zhuǎn)臺俯仰框架旋轉(zhuǎn)軸；雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)系為Oy1z1，Oy1軸為其方位框架旋轉(zhuǎn)軸，Oz1軸為其俯仰框架旋轉(zhuǎn)軸；當(dāng)各軸處于電零位時刻，Oy1軸與Oy軸重合，Oz1軸與Oz軸重合。

雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺的第一負(fù)載安裝面用于安裝紅外目標(biāo)模擬器，其負(fù)載安裝面中心為O₁，雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺的第二負(fù)載安裝面用于安裝可見光目標(biāo)模擬器，其負(fù)載安裝面中心為O₂。當(dāng)各軸處于電零位時刻，O₁位于Ox軸正向延長線上，O到O₁為距離為D₁，O₂位于Oz1軸正向延長線上，O到O₂為距離為D₂，D₁和D₂長度均滿足各框架及其負(fù)載自由轉(zhuǎn)動時無機(jī)械干涉。

優(yōu)選地，步驟S3具體包括：

S301：設(shè)置雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心位于球面投影幕球心；

S302：設(shè)置紅外與可見光復(fù)合導(dǎo)引頭安裝于三軸仿真轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心處；

S303：設(shè)置可見光目標(biāo)投影器安裝于二軸轉(zhuǎn)臺第二目標(biāo)負(fù)載安裝面中心處，并使可見光目標(biāo)投影器投影光束垂直于俯仰框架旋轉(zhuǎn)軸，光束指向球幕，在球幕上成像，同時滿足當(dāng)各軸處于電零位時刻，可見光目標(biāo)投影器投影光束與Oxz1平面成一定度角，即與紅外光束成一定度角，以保證可見光與導(dǎo)引頭之間以及紅外光束與導(dǎo)引頭之間無視線遮擋；

S304：紅外目標(biāo)模擬器安裝在二軸轉(zhuǎn)臺第一目標(biāo)負(fù)載安裝面中心處，使紅外目標(biāo)模擬器投影光束指向三軸仿真轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心，且垂直于二軸轉(zhuǎn)臺俯仰框架。

優(yōu)選地，步驟S4具體包括：

S401：仿真計算機(jī)實時解算飛行器動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)模型、制導(dǎo)控制系統(tǒng)控制及仿真設(shè)備控制模型，控制三軸轉(zhuǎn)臺模擬彈體姿態(tài)角運(yùn)動，控制雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺模擬彈目視線運(yùn)動；

S402：在紅外制導(dǎo)階段，仿真計算機(jī)控制二軸轉(zhuǎn)臺使紅外目標(biāo)模擬器在導(dǎo)引頭前產(chǎn)生紅外目標(biāo)的彈目相對視線角位置信息；

S403：在可見光制導(dǎo)階段，仿真計算機(jī)控制二軸轉(zhuǎn)臺使可見光目標(biāo)模擬器在球幕上產(chǎn)生可見光目標(biāo)的彈目相對視線角位置信息；

S404：置于回轉(zhuǎn)中心的導(dǎo)引頭分別采集紅外、可見光目標(biāo)視線角位置信息，發(fā)送至仿真計算機(jī)進(jìn)行制導(dǎo)控制系統(tǒng)計算；

S405：實現(xiàn)紅外與可見光分段復(fù)合制導(dǎo)仿真。

進(jìn)一步優(yōu)選地，各設(shè)備通過電纜連接。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供了一種直接投影與幕反射投影復(fù)合式紅外與可見光復(fù)合仿真方法，確定了復(fù)合式仿真系統(tǒng)組成形式，定義了新型多軸仿真轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)形式，確定仿真系統(tǒng)布局與各負(fù)載安裝方式，最后給出了該系統(tǒng)工作原理。該方法能夠有效解決了現(xiàn)有仿真方法難以滿足大口徑的紅外與可見光復(fù)合導(dǎo)引頭雙波段分段復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真試驗需求問題，為紅外與可見光光學(xué)復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真提供了一種新方法。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出紅外與可見光復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真方法步驟圖。

圖2示出雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺示意圖。

圖3示出紅外與可見光復(fù)合式仿真系統(tǒng)布局及負(fù)載安裝方式示意圖。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提出一種幕反射投影與直接投影復(fù)合式制導(dǎo)仿真方法，確定了復(fù)合式仿真系統(tǒng)組成形式，定義了新型多軸仿真轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)形式，確定仿真系統(tǒng)布局與各負(fù)載安裝方式，最后給出了該系統(tǒng)工作原理。該方法巧妙地解決了紅外與可見光分口徑導(dǎo)引頭分段復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真試驗需求。

如圖1所示，一種紅外與可見光復(fù)合制導(dǎo)半實物仿真方法的具體步驟為：

S1：構(gòu)建紅外與可見光復(fù)合式仿真系統(tǒng)；

S2：確定雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)；

S3：確定紅外與可見光復(fù)合式仿真系統(tǒng)布局及負(fù)載安裝方式；

S4：紅外與可見光雙波段分段復(fù)合運(yùn)行。

具體說明如下

S1：構(gòu)建紅外與可見光復(fù)合式仿真系統(tǒng)

仿真系統(tǒng)包括：仿真計算機(jī)、雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺、幕投影式可見光目標(biāo)模擬系統(tǒng)，紅外目標(biāo)模擬器、紅外與可見光復(fù)合導(dǎo)引頭。其中雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺包括三軸轉(zhuǎn)臺、雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺；幕投影式可見光目標(biāo)模擬系統(tǒng)包括：可見光目標(biāo)模擬器、球面投影幕。

仿真計算機(jī)用于實時計算導(dǎo)彈彈體動力學(xué)與運(yùn)動學(xué)模型及制導(dǎo)控制模型計算，三軸仿真轉(zhuǎn)臺用于模擬導(dǎo)彈姿態(tài)運(yùn)動，反射投影/直接投影復(fù)合式二軸轉(zhuǎn)臺用于模擬導(dǎo)彈與目標(biāo)相對視線運(yùn)動。

S2：確定雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺總體結(jié)構(gòu)

雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺是在三軸轉(zhuǎn)臺基礎(chǔ)上，增加一個與三軸轉(zhuǎn)臺同一回轉(zhuǎn)中心的雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺。三軸轉(zhuǎn)臺、雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺各軸獨(dú)立控制。雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺由方位框架、俯仰框架、2個目標(biāo)負(fù)載安裝面組成，俯仰框架安裝在方位框架上，其中負(fù)載安裝面1位于二軸轉(zhuǎn)臺俯仰框架中心處，負(fù)載安裝面2位于二軸轉(zhuǎn)臺方位框架一端且垂直于俯仰軸，雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺示意圖如圖2所示。

設(shè)三軸轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心為O，三軸轉(zhuǎn)臺三軸坐標(biāo)系為Oxyz，各軸相互垂直，Ox軸為三軸轉(zhuǎn)臺內(nèi)框旋轉(zhuǎn)軸，Oy軸為三軸轉(zhuǎn)臺方位框架旋轉(zhuǎn)軸，Oz軸為三軸轉(zhuǎn)臺俯仰框架旋轉(zhuǎn)軸；雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)系為Oy1z1，Oy1軸為其方位框架旋轉(zhuǎn)軸，Oz1軸為其俯仰框架旋轉(zhuǎn)軸；當(dāng)各軸處于電零位時刻，Oy1軸與Oy軸重合，Oz1軸與Oz軸重合。各軸坐標(biāo)系如圖1所示。

雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺的2個負(fù)載安裝面分別用于安裝可見光目標(biāo)模擬器、紅外目標(biāo)模擬器，雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺的第一負(fù)載安裝面用于安裝紅外目標(biāo)模擬器，其負(fù)載安裝面中心為O₁，雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺的第二負(fù)載安裝面用于安裝可見光目標(biāo)模擬器，其負(fù)載安裝面中心為O₂。當(dāng)各軸處于電零位時刻，O₁位于Ox軸正向延長線上，O到O₁為距離為D₁，O₂位于Oz1軸正向延長線上，O到O₂為距離為D₂，D₁和D₂長度均滿足各框架及其負(fù)載自由轉(zhuǎn)動時無機(jī)械干涉。

S3：確定紅外/可見光復(fù)合式仿真系統(tǒng)布局及各負(fù)載安裝方式

設(shè)置雙目標(biāo)負(fù)載式五軸轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心O位于球面投影幕球心，紅外與可見光復(fù)合導(dǎo)引頭安裝于三軸仿真轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心O處，可見光目標(biāo)投影器安裝于二軸轉(zhuǎn)臺負(fù)載中心O2處，并使可見光目標(biāo)投影器投影光束垂直于Oz1軸，光束指向球幕，在球幕上清晰成像，同時滿足當(dāng)各軸處于電零位時刻，可見光目標(biāo)投影器投影光束與Oxz1平面成一定度角，即與紅外光束成一定度角，以保證可見光與導(dǎo)引頭之間以及紅外光束與導(dǎo)引頭之間無視線遮擋。紅外目標(biāo)模擬器安裝在二軸轉(zhuǎn)臺負(fù)載中心O1處，使紅外目標(biāo)模擬器投影光束指向回轉(zhuǎn)中心O，且垂直于二軸轉(zhuǎn)臺俯仰框架。其它設(shè)備置于控制間，各設(shè)備通過相應(yīng)電纜連接。紅外/可見光復(fù)合式仿真系統(tǒng)布局及各負(fù)載安裝方式示意圖如圖2所示。

S4：紅外與可見光雙波段分段復(fù)合運(yùn)行

仿真計算機(jī)實時解算飛行器動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)模型、制導(dǎo)控制系統(tǒng)控制及仿真設(shè)備控制模型，控制三軸轉(zhuǎn)臺模擬彈體姿態(tài)角運(yùn)動，控制雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺模擬彈目視線運(yùn)動，在紅外制導(dǎo)階段，使紅外目標(biāo)模擬器在導(dǎo)引頭前產(chǎn)生紅外目標(biāo)的彈目相對視線角位置信息，在可見光制導(dǎo)階段，使可見光目標(biāo)模擬器在球幕上產(chǎn)生可見光目標(biāo)的彈目相對視線角位置信息，置于回轉(zhuǎn)中心的導(dǎo)引頭分別采集紅外、可見光目標(biāo)視線角位置信息，送給仿真計算機(jī)進(jìn)行制導(dǎo)控制系統(tǒng)計算，實現(xiàn)可見光/紅外分段復(fù)合制導(dǎo)仿真。

本發(fā)明相對與現(xiàn)有技術(shù)，具有以下不同：1)系統(tǒng)采用了幕投影式可見光目標(biāo)模擬系統(tǒng)和直接投射式紅外目標(biāo)模擬系統(tǒng)；2)系統(tǒng)采用了雙目標(biāo)負(fù)載式五軸仿真轉(zhuǎn)臺，特別是雙目標(biāo)負(fù)載式二軸轉(zhuǎn)臺。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。