【摘要】：基于激光的定向打擊武器是近些年興起的一種用于反制“低慢小”飛行器目標(biāo)的裝備。本文在這一趨勢(shì)下研究了激光武器的粗跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng),通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),達(dá)到在打擊之前將目標(biāo)鎖定在合理的范圍之內(nèi)的目的。本文主要研究對(duì)象為基于雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的粗跟蹤平臺(tái),設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng),并通過(guò)仿真驗(yàn)證了可行性。首先,根據(jù)雙軸跟蹤架的結(jié)構(gòu)和粗跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)要求,對(duì)粗跟蹤系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了確立,并通過(guò)對(duì)直流力矩電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和圓光柵測(cè)角系統(tǒng)選擇,在此基礎(chǔ)上對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型。其次,在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了滿足跟蹤系統(tǒng)在不同模式下的工作需要,控制器設(shè)計(jì)采用了大偏差角和小偏差角兩種情況下的控制器設(shè)計(jì),大偏差控制器用于實(shí)現(xiàn)跟蹤系統(tǒng)響應(yīng)外部指令情況下的快速調(diào)轉(zhuǎn),小偏差控制器用于相機(jī)反饋目標(biāo)相對(duì)位置情況下的穩(wěn)定跟蹤瞄準(zhǔn)。通過(guò)仿真驗(yàn)證了兩種控制器在階躍信號(hào)下的切換跟蹤效果。然后,系統(tǒng)跟蹤狀態(tài)下中通過(guò)相機(jī)反饋目標(biāo)相對(duì)位置,即脫靶量。由于相機(jī)反饋具有較長(zhǎng)的延遲,會(huì)造成系統(tǒng)跟蹤精度的降低和影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在該情況下采用了基于Kalman預(yù)測(cè)的跟蹤方法,用于減小時(shí)滯對(duì)系統(tǒng)跟蹤精度的影響。在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型之上建立了Kalman預(yù)測(cè)器來(lái)估計(jì)控制時(shí)刻目標(biāo)的角位置。通過(guò)仿真比較了加入Kalman預(yù)測(cè)前后存在延遲情況下控制效果。最后,對(duì)粗跟蹤控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。硬件數(shù)字控制器采用了研華公司的PCM-3362嵌入式計(jì)算機(jī),設(shè)計(jì)了將數(shù)字控制量轉(zhuǎn)換成模擬量的D/A轉(zhuǎn)換電路,介紹了圓光柵測(cè)角系統(tǒng)角度信號(hào)讀取的原理和數(shù)據(jù)讀取邏輯設(shè)計(jì),介紹了跟蹤架系統(tǒng)的配電設(shè)計(jì)和保護(hù)環(huán)節(jié),針對(duì)獲取相機(jī)信號(hào)、系統(tǒng)接收外部命令和系統(tǒng)調(diào)試需求,設(shè)計(jì)相應(yīng)的串口通信接口電路實(shí)現(xiàn)RS-422通信。在DOS系統(tǒng)下進(jìn)行了跟蹤系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。
【圖文】：

圖 1-1 美軍裝備的 THEL武器系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺(tái)的研究發(fā)展現(xiàn)狀炮系統(tǒng)和激光武器等定向類型的武器上，伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的作用是不轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，使得武器能夠通過(guò)定位和伺服跟蹤瞄準(zhǔn)目標(biāo)， 1-1 所示的 THEL 武器系統(tǒng)可以看出其采用了雙軸 U-O 型伺射裝置，通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)能夠使得激光發(fā)射器能夠瞄準(zhǔn)目標(biāo)制技術(shù)的發(fā)展對(duì)于激光武器這類定向能武器有著重要的意義。外許多國(guó)家都投入了經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的資源用于轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的研達(dá)國(guó)家研究的成果更為突出。上個(gè)世紀(jì) 40 年代，美國(guó)麻省上第一臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)，“A 型”轉(zhuǎn)臺(tái)。隨后又很快研制除了“B 型”、“C工業(yè)應(yīng)用上，許多研究轉(zhuǎn)臺(tái)等高精度機(jī)電設(shè)備的公司推出了較突出的是 CGC 公司和卡克公司。上世紀(jì) 70 年代，CGC 臺(tái)，采用了氣浮軸承[9][10]。上世紀(jì) 80 年代，CGC 推出了 ITA列轉(zhuǎn)臺(tái)，是當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的用于慣導(dǎo)設(shè)備測(cè)試的轉(zhuǎn)臺(tái)裝轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)展起步于上世紀(jì) 60 年代。70 年代，中船重工 707

圖 2-2 跟蹤架 U-O 結(jié)構(gòu)示意圖蹤架總質(zhì)量為 3000kg，跟蹤架底座度為 1623mm，，跟蹤架最大寬度為有安裝基面與基礎(chǔ)平臺(tái)相連。跟蹤俯仰軸一定角度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，具有：圍為 0 ~360，俯仰軸角位置范圍的保精度最大角速度不小于 30/ 于210 /s 。調(diào)轉(zhuǎn)時(shí)間（不含捕獲跟蹤時(shí)間） 0 ~60范圍內(nèi)不超過(guò) 2 s。閉環(huán)誤差為0.1mrad。達(dá)到180°/s2，方位軸沖擊加速度2 /s 。 0.01/s ~90/s ，在最大和最低角
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TJ95

【參考文獻(xiàn)】

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1 韓曉飛;蒙文;李云霞;李大為;;激光防御低慢小目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)分析[J];激光與紅外;2013年08期

2 李s

本文編號(hào)：2635755