低速飞行器弹道末段激光半主动目标方位探测技术研究
发布时间：2020-03-27 23:59
【摘要】：为了应对新型现代战场的需求,针对常规单兵火箭弹这类无控低速飞行器经过增程发射后落点散布大的问题,将原有的无控低速飞行器进行低成本制导化改造。其方式是把导弹中的弹道修正技术经过改造应用到单兵火箭弹等低速飞行器中,通过在飞行弹道上的一次或两次修正,减少无控低速飞行器的落点偏差,提高战场效费比。但是考虑到低速飞行器发射时需承受一定发射过载的特点,并考虑到低速飞行器口径较小,以及末段弹道不稳定的特性,因此不能直接照搬较成熟的导弹制导技术。另外,激光半主动目标方位探测技术具有抗电磁干扰能力强、目标定位精度高、成本低、速度快等优点,是解决无控低速飞行器制导化改造的成本与制导精度之间矛盾的一种可行途径。所以,研究低速飞行器用的激光半主动目标方位探测技术,对于加快常规低速飞行器低成本制导化的改造进程和新型制导低速飞行器的研制进程等方面具有重要的现实意义。本文以低速飞行器为对象,分析了低速飞行器激光半主动目标方位探测的工作过程;基于近地面环境的激光传输路径因素,研究了飞行器上激光探测系统捕获激光信号的能力;针对环境背景噪声和电路噪声,研究了四象限探测器的数字式测量精度;通过对低速飞行器弹道诸元的计算,研究了末段弹道特性对激光半主动目标方位探测系统的影响。具体的研究内容如下:确定了低速飞行器上的激光半主动目标探测系统为捷联式结构以及光学系统应采用折射式光学系统的总体结构。建立了四象限探测器目标方位偏差角的测量模型,并对测量算法误差进行了补偿。根据低速飞行器被动段六自由度弹道模型,研究了飞行器在末段弹道上的空间状态。建立了低速飞行器上激光半主动目标探测系统捕获的激光信号功率模型。利用双向反射分布函数概念,推导了激光半主动体制目标反射截面公式,计算并分析了目标表面为斜面时,在末段弹道不同目标斜面倾角条件的激光半主动体制目标反射截面。基于Mie散射理论,研究了战场气溶胶粒子群对激光半主动信号传输效率产生的影响。基于Gamma-Gamma大气湍流光强闪烁理论,研究了不同条件下低速飞行器上激光半主动探测系统接收激光信号的归一化功率概率密度函数。建立了激光半主动目标探测系统捕获的倒置抛物线型激光回波信号模型和泊松分布型环境背景噪声模型,基于泊松过程的光子捕获模式,推导了四象限探测器单象限捕获的激光脉冲峰值功率的克拉美罗下限计算公式。根据四象限探测器捕获的激光回波脉冲信号,建立了激光脉冲信号经过四象限探测器和跨阻放大器形成的理想电压信号模型,并基于高斯分布的电路白噪声模型,针对不同理想电压信号的波形、半峰宽度和系统总信噪比,利用蒙特卡罗方法研究了基于四象限探测器归一化和差算法数字式测量目标位置偏差角和目标方向偏差角的统计分布规律。建立了捷联式激光半主动目标探测系统的目标捕获域模型,研究了捷联式激光目标方位探测系统的最小视场角和最佳起始探测点。建立了理想的捷联式激光接收离焦光学系统模型,设计了大视场、短焦距的离焦折射式光学系统,并通过光学仿真,提出了光学系统误差的补偿方法。反向计算了捷联式激光半主动目标探测系统在末段全弹道测量的目标位置偏差角和目标方向偏差角,并提出了利用Savitzky-Golay 一阶平滑滤波算法提取准确的目标方位偏差信息的方法。针对低速飞行器弹道修正能力的局限性,通过分析在末段弹道上激光探测系统测量的目标方位偏差角的变化特性,设计了低速飞行器弹道修正的启控时机和方向。针对在末段弹道初、中期阶段,激光探测系统中的四象限探测器随飞行器绕纵轴旋转以及光斑中心远离四象限探测器光敏面中心的特点,提出了基于对下一探测时刻光斑中心预测的对单象限电路通道单独自适应增益的方法。根据系统要求,设计了捷联式激光半主动目标方位探测电路系统总体方案以及激光脉冲探测电路系统和脉冲信号采集处理系统等子电路系统。通过加工光学系统和电路系统,以平面靶板为目标,搭建了目标方位偏差角测试平台,完成激光回波探测实验、目标方位偏差角测量与统计实验。实验结果表明模拟式测量目标位置偏差角的精度优于0.2°。
【图文】：
中部、战斗部和发动机之间的方案，可免遭沙尘、振动、冰雪和其他实战中可能遇到的逡逑恶劣环境的危害，使得无需改造就可以使用Ｈｙｄｒａ系列无控火箭弹的任一种战斗部和引逡逑信，ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ与分布式孔径激光导引头结构图如图１．２所示。ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ兼具低成本和逡逑精确打击的特点，适合对付单兵、轻型装甲车等低价值点目标。２０１１年，该项目己经进逡逑入了美军兵种作战飞机的实弹发射试验阶段［９】。２０１２年１月，从水面上直升机发射的逡逑ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ火箭弹摧毁了几艘船目标，这预示着ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ的技术能力范围已成功地扩展逡逑到海上领域，，ＡＰＫＷＳ将更具备军事价值［１Ｇ］。２０１４年６月，ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ制导火箭弹在欧逡逑洲防务展中公开亮相［１１］。逡逑Ｖ邋．．邋：邋．．．ｉｌｎ．ＭＣ逦S缅澹海濉鲥义希蓿矗玻冲澹眨簦礤义希模粒樱粒蹋渝澹眨海迹В浚担
本文编号：2603589
【图文】：
中部、战斗部和发动机之间的方案，可免遭沙尘、振动、冰雪和其他实战中可能遇到的逡逑恶劣环境的危害，使得无需改造就可以使用Ｈｙｄｒａ系列无控火箭弹的任一种战斗部和引逡逑信，ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ与分布式孔径激光导引头结构图如图１．２所示。ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ兼具低成本和逡逑精确打击的特点，适合对付单兵、轻型装甲车等低价值点目标。２０１１年，该项目己经进逡逑入了美军兵种作战飞机的实弹发射试验阶段［９】。２０１２年１月，从水面上直升机发射的逡逑ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ火箭弹摧毁了几艘船目标，这预示着ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ的技术能力范围已成功地扩展逡逑到海上领域，，ＡＰＫＷＳ将更具备军事价值［１Ｇ］。２０１４年６月，ＡＰＫＷＳ邋ＩＩ制导火箭弹在欧逡逑洲防务展中公开亮相［１１］。逡逑Ｖ邋．．邋：邋．．．ｉｌｎ．ＭＣ逦S缅澹海濉鲥义希蓿矗玻冲澹眨簦礤义希模粒樱粒蹋渝澹眨海迹В浚担
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