發(fā)布時間：2020-11-21 03:18

　　 激光半主動末修彈具有打擊精度高、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強等優(yōu)點,成為近年來的研究熱點。彈丸滾轉(zhuǎn)角的精確測量方法是激光半主動末修彈的一項關(guān)鍵技術(shù),考慮到現(xiàn)代智能彈藥對低成本、抗高過載以及全天候適應性的需求,現(xiàn)有滾轉(zhuǎn)角測量方法中仍存在部分問題需要進一步解決。因此,本文開展了基于位置敏感檢測器(PSD)的激光半主動末修彈的滾轉(zhuǎn)角測量方法的相關(guān)研究。主要內(nèi)容如下:建立了基于PSD的彈丸滾轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)構(gòu)架;詳盡分析了基于PSD捷聯(lián)導引系統(tǒng)的特性,設(shè)計了基于FPGA+DSP的滾轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng),該系統(tǒng)可實現(xiàn)對“窄脈寬,低重頻”回波信號的快速提取,具有動態(tài)范圍大、精度高的特點;在激光半主動探測模型的基礎(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)。“窄脈寬,低重頻”微弱回波信號提取電路設(shè)計;為了及時捕獲目標,微弱回波信號的提取尤其重要,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、傳感器信號提取電路、自動增益控制(AGC)電路在內(nèi)的系統(tǒng)噪聲模型,實現(xiàn)了系統(tǒng)整體的噪聲優(yōu)化設(shè)計。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檢測方法,該方法在準確獲取窄脈寬回波信號峰值點的同時可精確獲取峰值點時刻,為獲取彈丸轉(zhuǎn)速及彈丸位置奠定了基礎(chǔ);另外,為了適應回波能量大范圍內(nèi)的變化,設(shè)計了三級AGC電路及其控制策略。FPGA+DSP的數(shù)字信號處理系統(tǒng)設(shè)計;在FPGA和DSP最小系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上,采用FPGA狀態(tài)機和DSP軟件實現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)采集、串口數(shù)據(jù)通訊及flash存儲等功能;設(shè)計并實現(xiàn)了 PSD位置坐標的提取算法、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)顯示上位機設(shè)計�；�于PSD滾轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)實驗研究;基于二維PSD非線性校正系統(tǒng),采用牛頓插值算法對本文所提出滾轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)進行非線性校正;并利用該系統(tǒng)進行了傳感器的定位誤差試驗,得到傳感器定位誤差為0.068mm。搭建激光半主動末修彈地面半實物仿真平臺,分別從光斑定位精度和滾轉(zhuǎn)角解算誤差兩個角度對系統(tǒng)進行評估。實驗結(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°,滿足制導過程中滾轉(zhuǎn)角解算誤差的要求。
【學位單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

熟且應用廣泛的激光制導體制為激光半主動制導［４ｍ。１９７９年，美國率先開發(fā)成功“銅??斑蛇”（Ｃｏｐｐｅｒｈｅａｄ?）?１５５毫米口徑激光半主動末制導炮彈，１９８２年開始裝備部隊，??如圖１．１所示。其配備了激光導引頭、戰(zhàn)斗部、制導電子裝置、控制系統(tǒng)等四大部分，??其中導引頭的構(gòu)成主要包括：激光罩、濾光片、防護盤、四象限探測器、陀螺裝置、前置??放大器、定時開關(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，并自動導向目標，然后以錐形裝藥摧毀目標，其可??以達到０．４？０．９?ｍ精度，命中率８０?％以上［７］。蘇聯(lián)緊跟美國步伐，１９８４年，“紅土地”??（ＫｐａｃＨｏｎｏｍ／Ｋｒａｓｎｏｐｏｌ?）?１５２毫米激光半主動末制導炮彈也成功完成，如圖１．２所示。??它由１５２?ｍｍ火炮發(fā)射，“紅土地”激光制導炮彈通過火箭增程，其射程超過２２?ｋｍ，??超過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，也可攻擊速度小于１０?ｍ／ｓ的移動目標＾９］。??自動駕駛》??緩沖裝置??ｍｉ??自動駕駛儀高爆斗破部片戰(zhàn)?底排?零??圖１．１銅斑蛇激光制導炮彈?圖１．２紅土地激光制導炮彈結(jié)構(gòu)示意圖??美國、俄羅斯、以色列等國家利用半主動激光制導原理對傳統(tǒng)的迫擊炮彈進行了改??造

?基于激光半主動的彈丸滾轉(zhuǎn)角測量系統(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)置兩個電極，??兩面電極相互垂直，該結(jié)構(gòu)的特點就是位置非線性誤差較小，缺點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，電流分布的邊界條件設(shè)計出來的，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，但是具有有效光敏面面積較小的缺點。??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體的橫向光電效應［４９１和半導體的光??生伏特效應整個過程示意圖如圖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)光生伏特效應轉(zhuǎn)換示意圖?圖１．６?ＰＮ結(jié)被照射時載流子分布和橫向光電效應??對于ＰＳＤ而言

?基于激光半主動的彈丸滾轉(zhuǎn)角測量系統(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)置兩個電極，??兩面電極相互垂直，該結(jié)構(gòu)的特點就是位置非線性誤差較小，缺點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，電流分布的邊界條件設(shè)計出來的，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，但是具有有效光敏面面積較小的缺點。??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體的橫向光電效應［４９１和半導體的光??生伏特效應整個過程示意圖如圖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)光生伏特效應轉(zhuǎn)換示意圖?圖１．６?ＰＮ結(jié)被照射時載流子分布和橫向光電效應??對于ＰＳＤ而言
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉春;馬穎;;遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的PSD非線性校正[J];電子測量與儀器學報;2015年08期

2 李倩;李田澤;解愛章;;基于牛頓插值算法的二維PSD非線性校正[J];山東理工大學學報(自然科學版);2015年03期

3 李明月;何君;;國外軍用大功率半導體激光器的發(fā)展現(xiàn)狀[J];半導體技術(shù);2015年05期

4 杜燁;馮順山;苑大威;方晶;鄭奕;;基于磁強計和MEMS陀螺的彈箭姿態(tài)探測系統(tǒng)[J];北京理工大學學報;2014年12期

5 李耀軍;張江華;費濤;崔念;尚煜;;基于單天線GPS載波幅度的旋轉(zhuǎn)載體滾轉(zhuǎn)角測量[J];火控雷達技術(shù);2014年03期

6 郭智輝;丁喆;;PSD非線性誤差校正研究[J];電源技術(shù);2014年07期

7 曹鵬;于紀言;王曉鳴;姚文進;吳有龍;;基于地磁與衛(wèi)星組合的高旋彈丸滾轉(zhuǎn)角高頻測量及系統(tǒng)誤差計算研究[J];兵工學報;2014年06期

8 王強;王剛;趙瑩;;國外末制導迫彈的發(fā)展綜述[J];四川兵工學報;2014年05期

9 王濤;王海川;梁燊;;基于GPS載波相位差的炮彈滾轉(zhuǎn)角測量方法[J];指揮控制與仿真;2014年01期

10 周旭宜;劉滿倉;;國外激光制導武器現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J];飛航導彈;2013年11期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 武慶雅;旋轉(zhuǎn)彈藥的慣性導航與解耦控制方法研究[D];北京理工大學;2015年

2 黃梅珍;位置敏感探測器的研究[D];浙江大學;2001年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 李倩;基于遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的二維PSD非線性校正研究[D];山東理工大學;2016年

2 郝睿鑫;基于激光測距的目標定位技術(shù)的研究[D];西安工業(yè)大學;2014年

3 楊孝敬;二維PSD非線性誤差校正算法研究[D];河南科技大學;2012年

4 孫明;某激光半主動導引頭制導電路方案設(shè)計及實現(xiàn)[D];南京理工大學;2012年

5 林永濤;PSD綜合性能檢測系統(tǒng)的研制[D];浙江大學;2012年

6 張華強;基于GPS與地磁組合的彈丸姿態(tài)解算方法研究[D];南京理工大學;2012年

7 嚴智文;PSD空間定位及抗干擾研究[D];南京理工大學;2007年

8 孫先逵;PSD相位法多光束同步檢測技術(shù)研究[D];重慶大學;2005年

9 李丹梅;光纖六氟化硫氣體密度測量[D];沈陽工業(yè)大學;2005年

10 陳冬嚴;PSD特性研究及陣列器件研制[D];浙江大學;2005年

本文編號：2892440