激光武器光電跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

摘要

近年來，隨著精確制導(dǎo)武器技術(shù)的不斷發(fā)展和作戰(zhàn)樣式的改變，以美國為首的西方發(fā)達(dá)國家紛紛把發(fā)展精確制導(dǎo)武器的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了防區(qū)外中遠(yuǎn)程精確打擊武器之上。發(fā)展“高能激光武器系統(tǒng)”可有效對抗中遠(yuǎn)程精確打擊武器這一新的作戰(zhàn)目標(biāo)。

本文重點(diǎn)在于激光武器裝備中，精密捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。它與一般光電測量系統(tǒng)的區(qū)別在于，它不僅要求將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤在規(guī)定視場內(nèi)，而且要求將光束鎖定在目標(biāo)某一點(diǎn)上。一般光電測量系統(tǒng)中的大慣量單軸跟蹤架由于結(jié)構(gòu)諧振頻率的限制，不可能有足夠的帶寬對其校正，于是引入復(fù)合軸控制，即采用具有高諧振頻率結(jié)構(gòu)的復(fù)合軸系統(tǒng)分粗、精跟蹤來實(shí)現(xiàn)角秒級的跟蹤。

論文首先介紹了高能激光系統(tǒng)的組成及殺傷機(jī)理。之后介紹了光電跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)及捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)(Acquisition、Tracking and Pointing—ATP)技術(shù)有關(guān)概念，并對復(fù)合軸控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、誤差和視場匹配的分析，以及復(fù)合軸系統(tǒng)的主從軸，即粗精跟蹤控制進(jìn)行了研究，分析并建立了粗、精跟蹤單元的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，最后得到了預(yù)期結(jié)果，證明復(fù)合軸控制確實(shí)大幅提高了控制精度。

關(guān)鍵詞：復(fù)合軸，計(jì)算機(jī)仿真，帶寬比，跟蹤；

ABSTRACT

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KEY WORDS: composite axis control, computer simulation, bandwidth radio,     tracking, ATP;

目錄

第1章 緒論1

1.1高能激光系統(tǒng)概述1

1.2激光武器的原理與殺傷機(jī)理2

1.2.1用來毀傷目標(biāo)的“彈”與傳統(tǒng)的動(dòng)能武器不同2

1.2.2 毀傷目標(biāo)的過程與傳統(tǒng)的動(dòng)能武器不同3

1.2.3 毀傷目標(biāo)的機(jī)理與傳統(tǒng)動(dòng)能武器存在不同3

1.3激光武器的主要特性4

第2章 光電成像跟蹤子系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮9

2.1光電成像跟蹤系統(tǒng)簡介9

2.2 ATP簡介9

2.3ATP重要參數(shù)考慮11

2.4復(fù)合軸控制理論11

2.5復(fù)合軸跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)11

2.6復(fù)合軸系統(tǒng)穩(wěn)定性分析16

2.7復(fù)合軸視場匹配關(guān)系18

2.8復(fù)合軸系統(tǒng)響應(yīng)速度和跟蹤精度分析19

第3章 光電跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)組成與性能分析22

3.1系統(tǒng)工作原理及性能分析22

3.1.1粗跟蹤系統(tǒng)工作原理及設(shè)計(jì)考慮22

3.1.2精跟蹤系統(tǒng)工作原理及設(shè)計(jì)考慮23

3.1.3粗/精跟蹤環(huán)路的匹配問題24

3.2系統(tǒng)控制精度分析24

3.3 CCD分辨率性能分析27

3.4 信噪比30

3.5系統(tǒng)閉環(huán)帶寬32

第4章 光電跟蹤子系統(tǒng)設(shè)計(jì)33

4.1光電成像跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法概述33

4.2力矩電機(jī)及負(fù)載的數(shù)學(xué)模型35

4.3粗跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)37

4.3.1速度回路設(shè)計(jì)37

4.3.2位置回路設(shè)計(jì)40

4.4精跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)43

4.4.1速度回路設(shè)計(jì)43

4.4.2位置回路設(shè)計(jì)44

4.5復(fù)合軸仿真框圖48

第5章 總結(jié)50

參考文獻(xiàn)51

致 謝53

畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)54