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激光导引头半实物仿真系统的设计与研制
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激光导引头半实物仿真系统的设计与研制

  摘 要:以某激光导引兵器为背景,研究了将激光导引头实物接入回路的半实物仿真系统的方案、设计与研制。构造了一个激光制导兵器在接近真实飞行环境下,对目标进行瞄准、跟踪和实施攻击的仿真系统。本系统可对该激光制导兵器进行全数字仿真或半实物仿真研究,检测激光导引头接收目标信息、分辨目标、跟踪目标和抗干扰工作能力等。该系统已成功的运用于某型激光制导武器导引头的半实物仿真。

  关键词:激光导引头; 半实物仿真; 目标干扰模拟; 模型校验; 同步控制; 仿真精度

  引言

  美英联军在伊拉克战争中投掷了上万枚激光导引的精确制导炸弹,对拥有制空权的一方来说,激光制导炸弹是一种成本低、效果好的精确制导武器。激光半主动寻的制导炸弹是在普通炸弹的基础上引入激光半主动寻的制导系统,实现对目标的跟踪和对弹的控制,达到精确攻击目标的一种有效武器。它具有精度高、抗干扰能力强、结构简单、成本低等特点,国外波长为 1.06ìm 的激光半主动制导武器已实用化,在现代战争中发挥了重要作用。

  1 激光制导炸弹组成和工作原理

  某型激光制导炸弹武器系统主要由炸弹本体和照射装置组成。其中,炸弹本体由导引头舱、战斗部舱、控制舱三大舱段及前后过渡舱段组成。导引头舱主要由风标式导引头和组合控制单元组成,导引头舱用来实现炸弹对目标的追踪导引,组合控制单元完成载机和炸弹之间的信息交换、控制和处理功能。控制舱由自动驾驶仪、燃气舵机和燃气涡轮发电机组成。

  系统的工作原理是:风标将导引头测量轴线稳定在炸弹的相对速度上,探测器接收激光照射目标反射回的激光信号,以此确定弹速矢量和弹目线间的夹角。四象限光电位标器将敏感到的偏差信号转换成电信号,传递到控制系统;控制系统根据信号的大小和正负,输出控制信号,调整舵机输出,通过舵的偏转来修正误差,使光电探测器输出逼近零,从而导引制导炸弹准确地飞向目标。

  2 激光导引头半实物仿真系统组成

  2.1 基本功能和组成

  对某型激光制导武器导引头进行半实物仿真的目的:一是对系统原理及参数进行合理性研究,对元部件参数进行优选及故障研究;二是通过数字仿真和半实物仿真试验全面考察导引头模型的正确性及其是否能达到战术指标要求,为导引头的设计与研制提供质量保障;三是为激光制导兵器的环境适应性、抗干扰能力和制导率研究提供一个实验的硬、软件环境,为导引头静态和动态性能测试提供一个硬、软件平台。半实物仿真试验又称为“实物在回路中”的仿真试验,因此要进行半实物仿真试验,必须按照仿真技术的相似性原理,为参试实物提供与实际工作状况同样或相似的试验环境。激光导引头半实物仿真系统是将激光导引头硬设备接入仿真回路构成的仿真系统,需要构造一个激光导引头在接近真实飞行环境下的对目标实施攻击的仿真飞行试验环境,用以检测和考核激光导引头接收目标信息、分辨目标、跟踪目标和抗干扰工作的能力。

  对导引头半实物仿真系统来说,需要提供的试验环境包括:

  (1) 为导引头风标提供角度运动和弹目相对平移运动环境;

  (2) 为导引头提供目标运动环境;

  (3) 为导引头提供干扰目标运动环境;

  (4) 为导引头提供背景干扰特性环境;

  (5) 提供照射机环境;

  (6) 为线加速度传感器提供过载环境;

  (7) 为弹体提供角度运动环境。

  由于受实际条件的限制,这里后两项用仿真计算机进行数字模拟,前五项分别用三轴转台、目标模拟器、干扰模拟器、漫反射屏和激光发射器实现物理模拟。依据以上分析,半实物仿真系统主要由目标/环境模拟系统、导引头姿态模拟系统(以三轴飞行转台为主要设备)、仿真计算机系统、实时通讯接口系统、总控制台系统、光学暗室等六大部分组成。

  2.2 分系统组成

  2.2.1 目标/环境模拟系统

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