针对低慢小目标的激光武器粗瞄控制系统研究与设计

发布时间：2020-04-21 21:28

【摘要】：基于激光的定向打击武器是近些年兴起的一种用于反制“低慢小”飞行器目标的装备。本文在这一趋势下研究了激光武器的粗跟踪瞄准系统,通过控制系统设计,达到在打击之前将目标锁定在合理的范围之内的目的。本文主要研究对象为基于双轴转台的粗跟踪平台,设计转台控制系统,并通过仿真验证了可行性。首先,根据双轴跟踪架的结构和粗跟踪系统的技术要求,对粗跟踪系统的整体设计方案进行了确立,并通过对直流力矩电机及驱动系统和圆光栅测角系统选择,在此基础上对转台系统建立数学模型。其次,在系统数学模型基础上进行了转台控制系统设计。为了满足跟踪系统在不同模式下的工作需要,控制器设计采用了大偏差角和小偏差角两种情况下的控制器设计,大偏差控制器用于实现跟踪系统响应外部指令情况下的快速调转,小偏差控制器用于相机反馈目标相对位置情况下的稳定跟踪瞄准。通过仿真验证了两种控制器在阶跃信号下的切换跟踪效果。然后,系统跟踪状态下中通过相机反馈目标相对位置,即脱靶量。由于相机反馈具有较长的延迟,会造成系统跟踪精度的降低和影响系统的稳定性。在该情况下采用了基于Kalman预测的跟踪方法,用于减小时滞对系统跟踪精度的影响。在目标运动模型之上建立了Kalman预测器来估计控制时刻目标的角位置。通过仿真比较了加入Kalman预测前后存在延迟情况下控制效果。最后,对粗跟踪控制系统的硬件系统和软件系统进行了介绍。硬件数字控制器采用了研华公司的PCM-3362嵌入式计算机,设计了将数字控制量转换成模拟量的D/A转换电路,介绍了圆光栅测角系统角度信号读取的原理和数据读取逻辑设计,介绍了跟踪架系统的配电设计和保护环节,针对获取相机信号、系统接收外部命令和系统调试需求,设计相应的串口通信接口电路实现RS-422通信。在DOS系统下进行了跟踪系统软件设计。
【图文】：

美军,武器系统,转台

图 1-1 美军装备的 THEL武器系统转台的研究发展现状炮系统和激光武器等定向类型的武器上，伺服转台的作用是不转台的运动，使得武器能够通过定位和伺服跟踪瞄准目标， 1-1 所示的 THEL 武器系统可以看出其采用了双轴 U-O 型伺射装置，通过转台的运动能够使得激光发射器能够瞄准目标制技术的发展对于激光武器这类定向能武器有着重要的意义。外许多国家都投入了经济和技术上的资源用于转台系统的研达国家研究的成果更为突出。上个世纪 40 年代，美国麻省上第一台转台，“A 型”转台。随后又很快研制除了“B 型”、“C工业应用上，许多研究转台等高精度机电设备的公司推出了较突出的是 CGC 公司和卡克公司。上世纪 70 年代，CGC 台，采用了气浮轴承[9][10]。上世纪 80 年代，CGC 推出了 ITA列转台，是当时世界上最先进的用于惯导设备测试的转台装转台的发展起步于上世纪 60 年代。70 年代，中船重工 707

结构示意图,俯仰轴,保精度,安装基面

图 2-2 跟踪架 U-O 结构示意图踪架总质量为 3000kg，跟踪架底座度为 1623mm，，跟踪架最大宽度为有安装基面与基础平台相连。跟踪俯仰轴一定角度范围内运动，具有：围为 0 ~360，俯仰轴角位置范围的保精度最大角速度不小于 30/ 于210 /s 。调转时间（不含捕获跟踪时间） 0 ~60范围内不超过 2 s。闭环误差为0.1mrad。达到180°/s2，方位轴冲击加速度2 /s 。 0.01/s ~90/s ，在最大和最低角
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ95

【参考文献】