基于混合合束的复合激光系统

采用偏振合束与光谱合束结合的方式,实现了4种近红外激光束的空间合成,包括固体纳秒脉冲激光、高功率连续光纤激光、高重复频率纳秒脉冲光纤激光和亚毫秒(长脉冲)光纤激光。开发了仿真软件对偏振合束器、光谱合束器及各激光器的光谱特征和偏振特性等主要相关参数进行设计优化,基于仿真结果研制了由上述4种激光系统和一套偏振/光谱合束链路构成的复合激光系统。系统的合束效率可达93.9%,实现了近红外波段多种脉冲和连续激光束的共轴发射,该系统可用于研究激光与物质相互作用的合作效应。

坦克观瞄系统的坐标体系

目前我国主战坦克的观瞄系统使用的是建立在单一炮塔坐标下的数据处理方式,基于这种数据处理方式的火控系统,在跟踪机动目标时的模型误差成为系统作战的主要误差,已经无法满足现代作战对打击机动目标的要求。对正在发展的目标跟踪式观瞄系统定义了一套新的坐标系统,以及目标运动参数在各坐标系之间转换的变换矩阵,提出了在这种坐标系统基础上对目标运动参数的处理方法,并指出这种数据处理方式将是高速、机动目标建模的基础,在未来的数字火控方式中有极大的使用前景。

高精度光电弹道测量系统

利用光电跟踪系统实时测量导弹类飞行目标已成为靶场测试手段的发展趋势之一,光电跟踪系统需要具备高精度跟踪高速飞行目标、实时输出目标飞行轨迹数据以及目标飞行姿态等实时图像信息。提出一种新型车载光电弹道测量系统,应用高强度轴承改善角位置输出的稳定性;利用再生反馈控制技术抑制跟踪快速目标时产生的滞后误差,提高光电弹道系统的测量精度;将测量数据归一化为垂线测量坐标系中的测量值,以20ms的刷新率对外输出;提出模拟航路检测方式,可在野外条件下完成对光电设备性能检测,实际稳态跟踪精度可达到0.21mrad。

光电系统扰动隔离度指标测试方法

在推导出光电跟踪仪扰动隔离度计算公式的基础上,给出了2种测试扰动隔离度的方法:基于模拟环境测试方案和载体平台测试方案。通过分析2种测试方案的试验数据,分别阐述了它们的优缺点和适用的场合,并指出速度环的带宽是影响双环路控制模式下系统隔离扰动能力的关键因素,最后提出了增加扰动隔离度的控制模式优化建议。

基于FSM的高精度光电复合轴跟踪系统研究

为解决大惯量光电跟踪器对高速机动目标的角秒级跟踪问题,设计了以快速控制反射镜作为精级,大惯量跟踪架作为粗级的双探测器型光电复合轴跟踪系统,并对快速控制反射镜和复合轴系统所涉及关键技术进行了分析。通过某模拟航路半实物跟踪试验不超过70μrad的跟踪误差,验证了系统设计的有效性。

一种光电跟踪复合控制切入反馈控制的误差抑制方法

针对光电系统跟踪目标时由复合控制模式向反馈控制模式切换过程中出现的误差变大现象,从控制原理、仿真及实验方面进行分析,提出采用模式切换时上一时刻复合控制所使用的一阶微分数据,对切换后的反馈控制在速度环路进行常值补偿,使控制模式切换引起的误差显著减小,同时确保跟踪系统在采用该补偿后不增大反馈控制的稳态误差,并对此方法进行了仿真,最后针对某型光电跟踪仪进行航路实验,结果表明该方法行之有效。

交互式多模型算法在光电跟踪控制系统中应用的仿真

分析目标运动参数滤波算法在光电跟踪控制系统中的作用,在交互式多模型算法的基础上,提出了该算法在光电跟踪控制系统中的应用问题,并建立了在光电跟踪控制系统中使用的仿真模型,通过仿真环境下光电跟踪控制系统对不同目标跟踪的数据分析可知,该算法可作为光电跟踪控制系统中复合控制前馈数据的获取算法使用,光电跟踪控制系统采用交互式多模型算法比采用α-β-γ滤波算法更适合对机动目标的跟踪。

光电跟踪仪视频处理系统频域特性获取方法研究

针对光电跟踪仪伺服系统设计所关心的视频处理系统的频域特性参数,在频域内分析了视频处理系统的理论模型,并设计了一种频域测试方法,借助于光电跟踪仪伺服系统速度环路,通过在频域扫频的方式,利用信号之间相位、幅值对比间接测量了视频处理系统的时间滞后和带宽,以50Hz视频处理系统为例,所测带宽为19.452Hz,时间滞后为40.57ms。

舰载光电系统高精度跟踪控制技术

在舰船摇摆条件下提高光电跟踪系统对目标动态跟踪精度,其控制系统设计的关键技术是隔离扰动和减小高速跟踪时的动态滞后误差。对几种陀螺反馈惯性空间稳定技术进行了详细叙述和对比,得到了采用高测量带宽的陀螺反馈回路可以有效提高系统隔离度,并推导出系统隔离度的计算公式。同时,介绍了计算机辅助跟踪技术的原理以及在陀螺反馈惯性稳定技术的基础上结合计算机辅助跟踪的综合控制技术在舰载光电设备上的应用。以数据说明了这种综合控制技术的有效性和实用性。

基于舰载光电跟踪装备的光电助降系统技术分析

在分析国外舰载机传统光学助降系统和雷达全自动盲降系统发展现状的基础上,给出基于舰载光电跟踪技术装备的光电助降系统的组成、配置、技术原理、技术指标,对光电助降系统中光电测量坐标系到甲板坐标系进行转换,对光电助降系统的测量误差和定位误差进行建模,在舰船无摇摆以及纵摇2°周期20s,横摇10°周期15s条件下,结合我国现有技术基础,分析摇摆姿态角误差、距离误差、跟踪测角误差对光电助降系统定位精度的影响并进行仿真实验,给出舰载机距着舰点距离大于1km和小于1km时光电助降系统的定位误差。

捷联稳定技术在两轴光电跟踪仪中的应用

载体平台摇摆对两轴光电跟踪仪光轴指向的扰动是制约光电跟踪仪跟踪稳定性和跟踪精度提高的关键因素。本文首先从控制原理出发比较了传统速率稳定方式与捷联稳定方式,然后针对两轴光电跟踪仪捷联稳定方式建立了扰动作用于光轴指向分量的数学模型,最后对某型光电跟踪仪采用了捷联稳定技术,并设计了相应的伺服系统,试验表明此系统设计合理,满足使用。

基于要地防护的分布式火控系统研究

为了研究要地防护系统的防护效能和性能,设计出一套基于要地防护的超近程分布式火控系统。针对光电、雷达和火力单元在要地分散布设防护的特点,设计了分布式火控系统的基本结构,提出分布式火控系统的主要研究内容及其关键技术,并对目标航迹预测进行了仿真试验,探索了由光电信息引导火力单元实施精确打击新技术途径,为未来要地防护的发展提供一定的理论参考。

变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉腔反射率确定方法

变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉光谱成像系统获取的干涉条纹承载着目标重要的干涉信息,其正弦性的好坏和调制度的高低直接影响了目标干涉信息的提取。而变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉腔材料的反射率值是变间隙F-P干涉光谱成像系统的重要性能参数。为提高变间隙F-P干涉光谱成像系统整个系统的性能,从系统干涉条纹的正弦性和调制度两方面约束了变间隙F-P干涉腔反射率值的选取。文中分别建立了干涉条纹正弦性和调制度与变间隙F-P干涉腔材料反射率之间的数学关系,并给出合理地目标函数,以确保干涉条纹正弦性和调制度同时达到相对最佳值时,变间隙F-P干涉腔材料的反射率最佳。此外,搭建了长波红外变间隙F-P干涉式光谱成像系统,采用测量聚丙烯薄膜的光谱透过率实验验证了上述理论分析的正确性。

两轴光电跟踪仪高仰角跟踪盲区分析

从轴准直误差、动态滞后误差两方面分析了采用俯仰轴叠加于方位轴光机座结构方式的光电跟踪仪在高俯仰角跟踪时的误差变化及由此导致的盲区问题,从轴准直误差和动态滞后误差两方面对高仰角跟踪盲区的形成及其空间分布进行分析,并用MATLAB进行了仿真,给出跟踪盲区随方位、俯仰角变化的的分布图形。从盲区分布图形可以看出:光电跟踪仪在性能一定的情况下,跟踪盲区随着仰角增大而增大,并结合直线航路给出这两种误差导致的跟踪盲区的计算方法。跟踪直线航路实验数据显示跟踪误差随着仰角增大而增大。

激光武器控制系统研究

阐述了激光武器控制系统的概念,详细分析了激光武器与光电跟瞄设备之间控制系统的差异。研究了激光武器控制系统捕获、跟踪、瞄准以及调焦等关键技术,重点分析了其影响因素、信号流程、控制回路以及技术实现路径。指出精确跟踪是激光武器控制的核心技术环节。针对控制系统要实现聚焦光斑在三维空间动态条件下定点投射的问题,分析了为实现该目标控制相关的技术要求及可采取的技术措施。

一种机械谐振下的控制带宽扩展方法

针对系统固有机械谐振影响光电稳定跟踪系统频带宽度的问题,提出了一种机械谐振下的控制带宽扩展方案。该方案借助系统频率特性测量方法,利用最小二乘参数辨识算法实现。试验结果表明,利用本文方案,速度闭环下的谐振峰值减小至原来的1/3,控制带宽提高了接近2倍,证明本文提出的方案能够有效实现机械谐振抑制,提高系统控制带宽,保证系统稳定性能。

基于光学多传感器场景信息的视觉辅助驾驶技术

为满足坦克、装甲车辆等军用车辆的闭舱、无窗驾驶需求,研制了一套新型辅助驾驶系统。系统将分布于车辆四周的多路光学传感器获取车辆近身场景,通过全景拼接算法得到车辆近身360°的全景鸟瞰视频,该视频显示于车载显示屏,用于车辆通过窄道、有障碍物等特殊路段,或倒车时,驾驶员观看。同时,在车辆通过常规路段时,上述视频可根据驾驶员头部扭转角度,裁选出符合人眼观察视角的车外场景视频,传输至驾驶员显示头盔上,供驾驶员观看。如遇特殊情况,车载显示屏会报警,驾驶员将回归车载显示屏的观看。其中,驾驶员头部位置确定方法采用了红外LED光源图像定位技术和MEMS惯性器件定位技术。在实验室,搭建模型小车,验证全景鸟瞰视频生成技术和头盔自由视点观察技术。此外,还使用真实车辆进行了跑车实验。实验结果表明,上述系统可满足闭舱无窗车辆在常规路况下行驶,速度可达40 km/h,同时可辅助车辆窄道行车、障碍物绕行和倒车等事项顺利进行。

缩短舰载光电跟踪仪调舷时间的研究

光电跟踪仪调舷时间的缩短意味着武器系统反应时间的减小,给后续火控、武器攻击争取了先发的时间。对于光电跟踪仪这种跟踪系统来说,快速反应是它们的致命点,而大角度调舷时间占武器反应时间的一大部分,因此,如何快速调舷在工程上是个很有意义的课题。文中通过合理选择调舷曲线对调舷速度进行改进,并通过实验验证了缩短调舷时间研究的可行性。

基于动基座自动调平控制策略研究

自动调平控制技术是为了解决动基座上的搜跟系统360°全域周扫过程中,俯仰与大地水平角度实时保持的问题。该系统是在速率闭环稳定的基础上,采用倾角传感器构成空间位置环,形成位置与速率双闭环,实现系统瞄准线的自动调平。针对平台控制的关键−自动调平技术,着重分析了倾角传感器与平台万向架角度构成的空间位置环,理论推导出搜跟系统的瞄准线与水平面夹角的关系,并进行系统控制分析和仿真。最终仿真分析结果与实际测试结果基本吻合,满足系统的指标要求。

高功率激光器的光谱合束技术研究

为了获得高功率激光束,提出利用双色镜对典型波长2种不同类型(脉冲、连续)的高能激光进行合束,以实现高功率高能量激光输出。通过对双色镜的热效应和合束光斑远场激光参数进行仿真分析计算,热效应仿真结果表明,在单束激光10 kW、光斑直径15 mm条件下,双色镜面型热形变量均方根值为0.004λ(λ=632.8 nm),满足光学元件面型小于0.03λ精度要求。搭建了一套基于双色镜的光谱合束系统,并分别进行了高功率连续激光与高功率连续激光、高功率连续激光与高能量脉冲激光的合束试验,合束效率高于95%。试验结果表明,光谱合束可有效应用于高能激光领域。