發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 03:18

　　 激光半主動(dòng)末修彈具有打擊精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。彈丸滾轉(zhuǎn)角的精確測(cè)量方法是激光半主動(dòng)末修彈的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),考慮到現(xiàn)代智能彈藥對(duì)低成本、抗高過(guò)載以及全天候適應(yīng)性的需求,現(xiàn)有滾轉(zhuǎn)角測(cè)量方法中仍存在部分問(wèn)題需要進(jìn)一步解決。因此,本文開(kāi)展了基于位置敏感檢測(cè)器(PSD)的激光半主動(dòng)末修彈的滾轉(zhuǎn)角測(cè)量方法的相關(guān)研究。主要內(nèi)容如下:建立了基于PSD的彈丸滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)架;詳盡分析了基于PSD捷聯(lián)導(dǎo)引系統(tǒng)的特性,設(shè)計(jì)了基于FPGA+DSP的滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng),該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)“窄脈寬,低重頻”回波信號(hào)的快速提取,具有動(dòng)態(tài)范圍大、精度高的特點(diǎn);在激光半主動(dòng)探測(cè)模型的基礎(chǔ)上,建立了基于PSD的滾轉(zhuǎn)角解算模型和誤差模型,為精確提取彈丸滾轉(zhuǎn)角奠定了技術(shù)基礎(chǔ)�！罢�脈寬,低重頻”微弱回波信號(hào)提取電路設(shè)計(jì);為了及時(shí)捕獲目標(biāo),微弱回波信號(hào)的提取尤其重要,基于此,分析了影響系統(tǒng)信噪比的主要因素,確定了系統(tǒng)信噪比與滾轉(zhuǎn)角解算誤差之間的關(guān)系,建立了 PSD傳感器、傳感器信號(hào)提取電路、自動(dòng)增益控制(AGC)電路在內(nèi)的系統(tǒng)噪聲模型,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整體的噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)PSD滾轉(zhuǎn)角解算的原理,提出了雙比較器的超前于峰值點(diǎn)檢測(cè)方法,該方法在準(zhǔn)確獲取窄脈寬回波信號(hào)峰值點(diǎn)的同時(shí)可精確獲取峰值點(diǎn)時(shí)刻,為獲取彈丸轉(zhuǎn)速及彈丸位置奠定了基礎(chǔ);另外,為了適應(yīng)回波能量大范圍內(nèi)的變化,設(shè)計(jì)了三級(jí)AGC電路及其控制策略。FPGA+DSP的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì);在FPGA和DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,采用FPGA狀態(tài)機(jī)和DSP軟件實(shí)現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)采集、串口數(shù)據(jù)通訊及flash存儲(chǔ)等功能;設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了 PSD位置坐標(biāo)的提取算法、彈體滾轉(zhuǎn)速度提取算法、彈體滾轉(zhuǎn)角提取算法。除此之外,完成了數(shù)據(jù)顯示上位機(jī)設(shè)計(jì)。基于PSD滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究;基于二維PSD非線性校正系統(tǒng),采用牛頓插值算法對(duì)本文所提出滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行非線性校正;并利用該系統(tǒng)進(jìn)行了傳感器的定位誤差試驗(yàn),得到傳感器定位誤差為0.068mm。搭建激光半主動(dòng)末修彈地面半實(shí)物仿真平臺(tái),分別從光斑定位精度和滾轉(zhuǎn)角解算誤差兩個(gè)角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,光斑定位誤差為0.059 mm;滾轉(zhuǎn)角解算誤差范圍為±3.5°,滿足制導(dǎo)過(guò)程中滾轉(zhuǎn)角解算誤差的要求。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

熟且應(yīng)用廣泛的激光制導(dǎo)體制為激光半主動(dòng)制導(dǎo)［４ｍ。１９７９年，美國(guó)率先開(kāi)發(fā)成功“銅??斑蛇”（Ｃｏｐｐｅｒｈｅａｄ?）?１５５毫米口徑激光半主動(dòng)末制導(dǎo)炮彈，１９８２年開(kāi)始裝備部隊(duì)，??如圖１．１所示。其配備了激光導(dǎo)引頭、戰(zhàn)斗部、制導(dǎo)電子裝置、控制系統(tǒng)等四大部分，??其中導(dǎo)引頭的構(gòu)成主要包括：激光罩、濾光片、防護(hù)盤(pán)、四象限探測(cè)器、陀螺裝置、前置??放大器、定時(shí)開(kāi)關(guān)和定心帶等［６］。它由１５５毫米榴彈炮發(fā)射，射程４？２０ｋｍ，在飛行中，??它可以追蹤由編碼激光照射的目標(biāo)，并自動(dòng)導(dǎo)向目標(biāo)，然后以錐形裝藥摧毀目標(biāo)，其可??以達(dá)到０．４？０．９?ｍ精度，命中率８０?％以上［７］。蘇聯(lián)緊跟美國(guó)步伐，１９８４年，“紅土地”??（ＫｐａｃＨｏｎｏｍ／Ｋｒａｓｎｏｐｏｌ?）?１５２毫米激光半主動(dòng)末制導(dǎo)炮彈也成功完成，如圖１．２所示。??它由１５２?ｍｍ火炮發(fā)射，“紅土地”激光制導(dǎo)炮彈通過(guò)火箭增程，其射程超過(guò)２２?ｋｍ，??超過(guò)９０％的命中率和激光器的照射距離５？７ｋｍ，主要用于攻擊坦克、工事、裝甲車和炮??兵陣地等目標(biāo)，也可攻擊速度小于１０?ｍ／ｓ的移動(dòng)目標(biāo)＾９］。??自動(dòng)駕駛》??緩沖裝置??ｍｉ??自動(dòng)駕駛儀高爆斗破部片戰(zhàn)?底排?零??圖１．１銅斑蛇激光制導(dǎo)炮彈?圖１．２紅土地激光制導(dǎo)炮彈結(jié)構(gòu)示意圖??美國(guó)、俄羅斯、以色列等國(guó)家利用半主動(dòng)激光制導(dǎo)原理對(duì)傳統(tǒng)的迫擊炮彈進(jìn)行了改??造

?基于激光半主動(dòng)的彈丸滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)??如圖１．４－ｃ所示，為了減少位置非線性誤差，將光敏面的正面和背面分別設(shè)置兩個(gè)電極，??兩面電極相互垂直，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是位置非線性誤差較小，缺點(diǎn)就是加偏壓困難所以??暗電流較大；枕形結(jié)構(gòu)ＰＳＤ如圖１．４－ｄ所示，這種結(jié)構(gòu)是根據(jù)Ｇｅａｒ提出的幾條電極相??互不影響的區(qū)域時(shí)，電流分布的邊界條件設(shè)計(jì)出來(lái)的，這種結(jié)構(gòu)集成了四邊形結(jié)構(gòu)ＰＳＤ??和二面型結(jié)構(gòu)ＰＳＤ的優(yōu)點(diǎn)，但是具有有效光敏面面積較小的缺點(diǎn)。??４；??２，??ｌ＿＿—?ｔ?ｉ??—…?＇?（Ｊ－?＾??ａ－Ｗａｌｌｍａｒｋ結(jié)構(gòu)的ＰＳＤ?ｂ－四邊形結(jié)構(gòu)ＰＳＤ?ｃ－雙面型結(jié)構(gòu)ＰＳＤ?ｄ－枕形結(jié)構(gòu)ＰＳＤ??圖１．４各種結(jié)構(gòu)的ＰＳＤ??由以上分析可知，ＰＳＤ的基本原理是基于半導(dǎo)體的橫向光電效應(yīng)［４９１和半導(dǎo)體的光??生伏特效應(yīng)整個(gè)過(guò)程示意圖如圖１．５和圖１．６所示。??＇；?．｜?薈?乂＇?＇「?—?—?，??＼＼Ｍ??４????％ｉ－．?Ｌ?－??＊?？?？?光???＾?ｒ??下電極??＾??圖１．５?ＰＮ結(jié)光生伏特效應(yīng)轉(zhuǎn)換示意圖?圖１．６?ＰＮ結(jié)被照射時(shí)載流子分布和橫向光電效應(yīng)??對(duì)于ＰＳＤ而言

?基于激光半主動(dòng)的彈丸滾轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)??如圖１．４－ｃ所示，為了減少位置非線性誤差，將光敏面的正面和背面分別設(shè)置兩個(gè)電極，??兩面電極相互垂直，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是位置非線性誤差較小，缺點(diǎn)就是加偏壓困難所以??暗電流較大；枕形結(jié)構(gòu)ＰＳＤ如圖１．４－ｄ所示，這種結(jié)構(gòu)是根據(jù)Ｇｅａｒ提出的幾條電極相??互不影響的區(qū)域時(shí)，電流分布的邊界條件設(shè)計(jì)出來(lái)的，這種結(jié)構(gòu)集成了四邊形結(jié)構(gòu)ＰＳＤ??和二面型結(jié)構(gòu)ＰＳＤ的優(yōu)點(diǎn)，但是具有有效光敏面面積較小的缺點(diǎn)。??４；??２，??ｌ＿＿—?ｔ?ｉ??—…?＇?（Ｊ－?＾??ａ－Ｗａｌｌｍａｒｋ結(jié)構(gòu)的ＰＳＤ?ｂ－四邊形結(jié)構(gòu)ＰＳＤ?ｃ－雙面型結(jié)構(gòu)ＰＳＤ?ｄ－枕形結(jié)構(gòu)ＰＳＤ??圖１．４各種結(jié)構(gòu)的ＰＳＤ??由以上分析可知，ＰＳＤ的基本原理是基于半導(dǎo)體的橫向光電效應(yīng)［４９１和半導(dǎo)體的光??生伏特效應(yīng)整個(gè)過(guò)程示意圖如圖１．５和圖１．６所示。??＇；?．｜?薈?乂＇?＇「?—?—?，??＼＼Ｍ??４????％ｉ－．?Ｌ?－??＊?？?？?光???＾?ｒ??下電極??＾??圖１．５?ＰＮ結(jié)光生伏特效應(yīng)轉(zhuǎn)換示意圖?圖１．６?ＰＮ結(jié)被照射時(shí)載流子分布和橫向光電效應(yīng)??對(duì)于ＰＳＤ而言
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2892440