發(fā)布時(shí)間：2017-12-24 20:20

  本文關(guān)鍵詞：新型巡飛彈用紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：面對(duì)現(xiàn)代高技術(shù)精確制導(dǎo)武器裝備的快速發(fā)展及應(yīng)用需求,本文針對(duì)一種新型巡飛彈用紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)開展研究。目的是通過對(duì)該系統(tǒng)的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)方法、彈體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)對(duì)紅外圖像的影響規(guī)律、瞬態(tài)指向誤差建模與分析以及紅外成像系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)的研究,為設(shè)計(jì)開發(fā)具有低成本、小型化、高可靠性和高跟蹤精度的紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)及其巡飛彈奠定基礎(chǔ)。論文的研究工作主要包括以下幾方面內(nèi)容:一、概述了國內(nèi)外巡飛彈和紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,指出現(xiàn)有巡飛彈存在需彈射起飛且無法凝視目標(biāo)的問題;為解決上述問題,提出了一種新型紅外成像制導(dǎo)的巡飛彈結(jié)構(gòu),通過獨(dú)特的多旋翼配置使其既能夠自主起降與懸停,又克服了現(xiàn)有多旋翼飛行機(jī)器人存在的偏航能力弱的共性問題;然后,對(duì)紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的指標(biāo)設(shè)計(jì)、紅外成像系統(tǒng)的小型化以及指向精度的研究現(xiàn)狀開展了詳細(xì)的論述。二、研究了紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法。結(jié)合比例導(dǎo)引法分析了紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的工作原理和功能需求,提出了以光學(xué)系統(tǒng)和慣性穩(wěn)定平臺(tái)為核心的兩大類九項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)的分類方法;結(jié)合大氣衰減特性和遠(yuǎn)距離目標(biāo)的紅外輻射特性給出了焦距、通光孔徑以及視場(chǎng)的指標(biāo)設(shè)計(jì)方法;以搜索盲區(qū)、像移變化、最大視線角速度和跟蹤算法的實(shí)時(shí)性等為約束條件,獲得了搜索速度、穩(wěn)定精度、最大跟蹤速度和角跟蹤精度指標(biāo)的具體設(shè)計(jì)方法。三、研究彈體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)對(duì)紅外成像系統(tǒng)的影響�；趲缀喂鈱W(xué)原理建立了彈體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)與探測(cè)器像移變化的關(guān)系表達(dá)式;確定了彈體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)對(duì)像移的影響規(guī)律;然后以空間分辨率、溫度分辨率、調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)和美國國家圖像質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(NIIRS)為評(píng)價(jià)體系,給出滿足成像制導(dǎo)系統(tǒng)的穩(wěn)定精度的約束條件。四、研究了瞬態(tài)指向精度的理論模型及原始誤差問題。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手提出了視線角速率誤差的理論分析模型。根據(jù)伺服回路特征闡述了視線角速率提取策略,采用坐標(biāo)變換法推導(dǎo)了視線角速率測(cè)量方程,采用微分法獲得誤差表達(dá)式。指出影響視線角速度精度的主要因素是陀螺誤差、坐標(biāo)變換中引入的測(cè)角誤差和機(jī)械加工和裝配誤差;根據(jù)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)關(guān)系,確定各影響因素的誤差計(jì)算方法。針對(duì)一臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行了誤差分析與測(cè)試,結(jié)果表明,建立的理論模型能夠較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)視線角速率誤差,可有效指導(dǎo)關(guān)鍵器件選型和精度分配。通過合理設(shè)計(jì),視線角速度小于6°/s和1.5°/s時(shí),精度能夠達(dá)到0.28°/s和0.1°/s。五、為滿足制導(dǎo)系統(tǒng)輕量化、小型化的應(yīng)用需求,開展了大相對(duì)口徑、緊湊型紅外成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法研究。在對(duì)比分析現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)基礎(chǔ)上,僅使用兩片式攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu),采用普通鋁合金作為鏡筒材料,通過光學(xué)材料熱光特性與光機(jī)材料膨脹系數(shù)的匹配,實(shí)現(xiàn)了焦距90mm,F數(shù)為1.2的長(zhǎng)波紅外紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)無熱化設(shè)計(jì);鏡頭的光學(xué)總長(zhǎng)僅為74mm,重量234g。完成了光機(jī)熱集成分析,開展了溫度適應(yīng)性試驗(yàn)。結(jié)果表明,鏡頭在-40℃~60℃溫度范圍內(nèi)保持清晰成像,有利于紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)的輕量化和小型化設(shè)計(jì)。六、制作了紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)樣機(jī),開展實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TJ765

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