基于激光半主动的弹丸滚转角测量系统

发布时间：2020-11-21 03:18

　　 激光半主动末修弹具有打击精度高、结构简单、抗干扰能力强等优点,成为近年来的研究热点。弹丸滚转角的精确测量方法是激光半主动末修弹的一项关键技术,考虑到现代智能弹药对低成本、抗高过载以及全天候适应性的需求,现有滚转角测量方法中仍存在部分问题需要进一步解决。因此,本文开展了基于位置敏感检测器(PSD)的激光半主动末修弹的滚转角测量方法的相关研究。主要内容如下:建立了基于PSD的弹丸滚转角测量系统构架;详尽分析了基于PSD捷联导引系统的特性,设计了基于FPGA+DSP的滚转角测量系统,该系统可实现对“窄脉宽,低重频”回波信号的快速提取,具有动态范围大、精度高的特点;在激光半主动探测模型的基础上,建立了基于PSD的滚转角解算模型和误差模型,为精确提取弹丸滚转角奠定了技术基础。“窄脉宽,低重频”微弱回波信号提取电路设计;为了及时捕获目标,微弱回波信号的提取尤其重要,基于此,分析了影响系统信噪比的主要因素,确定了系统信噪比与滚转角解算误差之间的关系,建立了 PSD传感器、传感器信号提取电路、自动增益控制(AGC)电路在内的系统噪声模型,实现了系统整体的噪声优化设计。根据PSD滚转角解算的原理,提出了双比较器的超前于峰值点检测方法,该方法在准确获取窄脉宽回波信号峰值点的同时可精确获取峰值点时刻,为获取弹丸转速及弹丸位置奠定了基础;另外,为了适应回波能量大范围内的变化,设计了三级AGC电路及其控制策略。FPGA+DSP的数字信号处理系统设计;在FPGA和DSP最小系统设计的基础上,采用FPGA状态机和DSP软件实现了模数转换器(ADC)采集、串口数据通讯及flash存储等功能;设计并实现了 PSD位置坐标的提取算法、弹体滚转速度提取算法、弹体滚转角提取算法。除此之外,完成了数据显示上位机设计。基于PSD滚转角测量系统实验研究;基于二维PSD非线性校正系统,采用牛顿插值算法对本文所提出滚转角测量系统进行非线性校正;并利用该系统进行了传感器的定位误差试验,得到传感器定位误差为0.068mm。搭建激光半主动末修弹地面半实物仿真平台,分别从光斑定位精度和滚转角解算误差两个角度对系统进行评估。实验结果显示,光斑定位误差为0.059 mm;滚转角解算误差范围为±3.5°,满足制导过程中滚转角解算误差的要求。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH74
【部分图文】：

熟且应用广泛的激光制导体制为激光半主动制导［４ｍ。１９７９年，美国率先开发成功“铜??斑蛇”（Ｃｏｐｐｅｒｈｅａｄ?）?１５５毫米口径激光半主动末制导炮弹，１９８２年开始装备部队，??如图１．１所示。其配备了激光导引头、战斗部、制导电子装置、控制系统等四大部分，??其中导引头的构成主要包括：激光罩、滤光片、防护盘、四象限探测器、陀螺装置、前置??放大器、定时开关和定心带等［６］。它由１５５毫米榴弹炮发射，射程４？２０ｋｍ，在飞行中，??它可以追踪由编码激光照射的目标，并自动导向目标，然后以锥形装药摧毁目标，其可??以达到０．４？０．９?ｍ精度，命中率８０?％以上［７］。苏联紧跟美国步伐，１９８４年，“红土地”??（ＫｐａｃＨｏｎｏｍ／Ｋｒａｓｎｏｐｏｌ?）?１５２毫米激光半主动末制导炮弹也成功完成，如图１．２所示。??它由１５２?ｍｍ火炮发射，“红土地”激光制导炮弹通过火箭增程，其射程超过２２?ｋｍ，??超过９０％的命中率和激光器的照射距离５？７ｋｍ，主要用于攻击坦克、工事、装甲车和炮??兵阵地等目标，也可攻击速度小于１０?ｍ／ｓ的移动目标＾９］。??自动驾驶》??缓冲装置??ｍｉ??自动驾驶仪高爆斗破部片战?底排?零??图１．１铜斑蛇激光制导炮弹?图１．２红土地激光制导炮弹结构示意图??美国、俄罗斯、以色列等国家利用半主动激光制导原理对传统的迫击炮弹进行了改??造

?基于激光半主动的弹丸滚转角测量系统??如图１．４－ｃ所示，为了减少位置非线性误差，将光敏面的正面和背面分别设置两个电极，??两面电极相互垂直，该结构的特点就是位置非线性误差较小，缺点就是加偏压困难所以??暗电流较大；枕形结构ＰＳＤ如图１．４－ｄ所示，这种结构是根据Ｇｅａｒ提出的几条电极相??互不影响的区域时，电流分布的边界条件设计出来的，这种结构集成了四边形结构ＰＳＤ??和二面型结构ＰＳＤ的优点，但是具有有效光敏面面积较小的缺点。??４；??２，??ｌ＿＿—?ｔ?ｉ??—…?＇?（Ｊ－?＾??ａ－Ｗａｌｌｍａｒｋ结构的ＰＳＤ?ｂ－四边形结构ＰＳＤ?ｃ－双面型结构ＰＳＤ?ｄ－枕形结构ＰＳＤ??图１．４各种结构的ＰＳＤ??由以上分析可知，ＰＳＤ的基本原理是基于半导体的横向光电效应［４９１和半导体的光??生伏特效应整个过程示意图如图１．５和图１．６所示。??＇；?．｜?薈?乂＇?＇「?—?—?，??＼＼Ｍ??４????％ｉ－．?Ｌ?－??＊?？?？?光???＾?ｒ??下电极??＾??图１．５?ＰＮ结光生伏特效应转换示意图?图１．６?ＰＮ结被照射时载流子分布和横向光电效应??对于ＰＳＤ而言

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【参考文献】

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本文编号：2892440