一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置和方法，所述双光楔由两块单光楔组成，两块单光楔沿弹轴方向平行排列，单光楔的中心轴与弹轴重合，靠近位标器的单光楔记为第一单光楔，另一块单光楔记为第二单光楔，所述光轴控制装置包括两组滚转机构和控制器；每组滚转机构均包括镜筒、轴承组、电机和码盘；所述双光楔的初始状态为：两个双光楔相对旋转角为180

【技术实现步骤摘要】
一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置和方法。属于红外制导


技术介绍

[0002]针对未来空战中强环境适应性、强对抗作战任务对导引头提出的高性能需求，需开展无随动高敏红外导引头技术的研究。利用基于小型光楔扫描技术等，突破小型导引头技术，开展新一代导弹研究，提高我空军作战能力，适应未来空战，满足未来复杂战场环境下的强对抗作战要求。未来作战的主要模式将是四代机对四代机，为保证在四代机有限的弹舱内装备足够多的武器，导弹需采用小型化设计。非近轴双光楔结构的位标器设计，可以大大减小导引头尺寸，且结构简单，控制灵活，偏转角度足够大，可满足小型化设计需求。
[0003]目前常用的位标器结构主要有双框架结构、滚仰式结构等，光学系统随框架一起运动。这种结构的位标器重量偏大，很难实现小型化设计。
[0004]基于双光楔的无随动红外光轴控制装置设计，可以大大减小导引头尺寸，且结构简单，控制灵活，偏转角度足够大，可满足小型化设计需求。近轴双光楔扫描技术广泛应用于激光扫描工作体制中，技术成熟，控制方法完备，但一般都是小偏角控制(小于10
°
)，而红外成像系统的光轴控制中，一般要求有大的跟踪场，大的偏转角，采用激光双光楔的控制方法并不适用，需要采用新的光轴控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于双光楔的无随动红外光轴控制装置和方法，能够利用简单的结构及经典控制方法实现导引头光轴的精确控制。
[0006]本专利技术解决问题的技术方案是：一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置，所述双光楔由两块单光楔组成，两块单光楔沿弹轴方向平行排列，单光楔的中心轴与弹轴重合，靠近位标器的单光楔记为第一单光楔，另一块单光楔记为第二单光楔，所述光轴控制装置包括两组滚转机构和控制器；每组滚转机构均包括镜筒、轴承组、电机和码盘；单光楔由镜筒支撑，镜筒通过轴承组安装在位标器壳体上，电机用于驱动镜筒带动单光楔绕中心轴旋转，码盘用于实时测量光楔绕中心轴旋转的角度信息反馈给控制器；所述双光楔的初始状态为：两个双光楔相对旋转角为180
°
，光线偏转角为0
°
的状态，此时第一单光楔、第二单光楔对应的码盘归为零位；
[0007]控制器，获取目标相对于弹体坐标系的偏航角α和俯仰角β，计算得到为使位标器光轴指向目标，位标器光轴从初始状态需要先绕弹体坐标系OZ
B
轴转动的俯仰角θ0、再绕OX
B
旋转的滚转角γ0，再结合双光楔折射原理，计算得到为使位标器光轴指向目标，第一单光楔的目标滚转角γ1和第二单光楔的目标滚转角γ2；根据实时测量的第一单光楔和第二单光楔光绕中心轴旋转的角度信息、第一单光楔的目标滚转角γ1和第二单光楔的目标滚转
角γ2，采用PID控制算法，解算出的第一单光楔和第二对应单光楔的电机控制指令，控制电机旋转，实现光轴在空间的任意指向；
[0008]所述弹体坐标系OX
B
Y
B
Z
B
定义如下：
[0009]O为弹体质心，OX
B
为沿弹体纵轴，指向弹头为正，OY
B
在弹体对称平面内，垂直OX
B
轴，向上为正，OZ
B
符合右手定则。
[0010]优选地，所述目标相对于弹体坐标系的偏航角α和俯仰角β为：
[0011][0012]其中，α0、β0分别为机载雷达确定的目标相对于弹体坐标系的偏航角和俯仰角，Δα、Δβ分别为位标器确定的目标相对于弹体坐标系的偏航失调角和俯仰失调角。
[0013]优选地，位标器确定的目标相对于弹体坐标系的偏航失调角Δα和俯仰失调角Δβ直接采用位标器测得目标相对位标器坐标系的偏航失调角ε
α
、俯仰失调角ε
β
替代。
[0014]优选地，为使位标器光轴指向目标，位标器光轴从初始位置需要先绕弹体坐标系OZ
B
轴转动的俯仰角θ0、再绕OX
B
旋转的滚转角γ0通过如下公式计算得到：
[0015][0016]优选地，第一单光楔的目标滚转角γ1和第二单光楔的目标滚转角γ2为：
[0017][0018]其中，γ
″
temp1
为第一单光楔和第二单光楔同步旋转的角度；|Δγ|为沿弹体坐标系OX
B
轴看去，第二单光楔相对于第一单光楔逆时针旋转的角度。
[0019]优选地，所述沿弹体坐标系OX
B
轴看去，第二单光楔相对于第一单光楔逆时针旋转的角度|Δγ|为：
[0020][0021][0022][0023][0024]其中，n1为第一单光楔的折射率，α1为第一单光楔的楔角，n2为第二单光楔的折射率，α2为第二单光楔的楔角。
[0025]优选地，所述第一单光楔和第二单光楔同步旋转的角度γ
″
temp1
为：
[0026]γ
″
temp1
＝γ0‑
γ
′
temp1
[0027][0028][0029]其中，(x,y,z)为位标器出射光线矢量的方向余弦。
[0030]优选地，PID控制器算法为：
[0031][0032]式中：
[0033]Y1、Y2分别为第一单光楔、第二单光楔对应的电机控制信号；
[0034]K
p1
、K
p2
分别为第一单光楔、第二单光楔的比例控制器增益；
[0035]K
i1
、K
i2
分别为第一单光楔、第二单光楔的积分控制器系数；
[0036]K
dy
、K
dz
分别为第一单光楔、第二单光楔的微分控制器系数；
[0037]U
1m
、U
2m
分别为第一单光楔、第二单光楔对应的码盘反馈值。
[0038]优选地，所述第一单光楔和第二单光楔折射率相同、折射棱角相等。
[0039]本专利技术的另一个技术方案是：提供了一种无随动红外光轴控制方法，该方法包括如下步骤：
[0040]S1、调整双光楔的初始状态为：两个双光楔相对旋转角为180
°
，光线偏转角为0
°
的状态，将第一单光楔、第二单光楔对应的码盘归为零位；
[0041]S2、获取目标相对于弹体坐标系的偏航角α和俯仰角β，计算得到为使位标器光轴指向目标，位标器光轴从初始状态需要先绕弹体坐标系OZ
B
轴转动的俯仰角θ0、再绕OX
B
旋转的滚转角γ0；
[0042]所述弹体坐标系OX
B
Y
B
Z
B<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置，所述双光楔由两块单光楔组成，两块单光楔沿弹轴方向平行排列，单光楔的中心轴与弹轴重合，靠近位标器的单光楔记为第一单光楔，另一块单光楔记为第二单光楔，其特征在于所述光轴控制装置包括两组滚转机构和控制器；每组滚转机构均包括镜筒、轴承组、电机和码盘；单光楔由镜筒支撑，镜筒通过轴承组安装在位标器壳体上，电机用于驱动镜筒带动单光楔绕中心轴旋转，码盘用于实时测量光楔绕中心轴旋转的角度信息反馈给控制器；所述双光楔的初始状态为：两个双光楔相对旋转角为180
°
，光线偏转角为0
°
的状态，此时第一单光楔、第二单光楔对应的码盘归为零位；控制器，获取目标相对于弹体坐标系的偏航角α和俯仰角β，计算得到为使位标器光轴指向目标，位标器光轴从初始状态需要先绕弹体坐标系OZ
B
轴转动的俯仰角θ0、再绕OX
B
旋转的滚转角γ0，再结合双光楔折射原理，计算得到为使位标器光轴指向目标，第一单光楔的目标滚转角γ1和第二单光楔的目标滚转角γ2；根据实时测量的第一单光楔和第二单光楔光绕中心轴旋转的角度信息、第一单光楔的目标滚转角γ1和第二单光楔的目标滚转角γ2，采用PID控制算法，解算出的第一单光楔和第二对应单光楔的电机控制指令，控制电机旋转，实现光轴在空间的任意指向；所述弹体坐标系OX
B
Y
B
Z
B
定义如下：O为弹体质心，OX
B
为沿弹体纵轴，指向弹头为正，OY
B
在弹体对称平面内，垂直OX
B
轴，向上为正，OZ
B
符合右手定则。2.根据权利要求1所述的一种基于双光楔的无随动红外光轴控制装置，其特征在于所述目标相对于弹体坐标系的偏航角α和俯仰角β为：其中，α0、β0分别为机载雷达确定的目标相对于弹体坐标系的偏航角和俯仰角，Δα、Δβ分别为位标器确定的目标相对于弹体坐标系的偏航失调角和俯仰失调角。3.根据权利要求2所述的一种基于双光楔的无随动红外光轴控制装置，其特征在于位标器确定的目标相对于弹体坐标系的偏航失调角Δα和俯仰失调角Δβ直接采用位标器测得目标相对位标器坐标系的偏航失调角ε
α
、俯仰失调角ε
β
替代。4.根据权利要求1所述的一种基于双光楔的无随动红外光轴控制装置，其特征在于为使位标器光轴指向目标，位标器光轴从初始位置需要先绕弹体坐标系OZ
B
轴转动的俯仰角θ0、再绕OX
B
旋转的滚转角γ0通过如下公式计算得到：5.根据权利要求1所述的一种基于双光楔的无随动红外光轴控制装置，其特征在于第一单光楔的目标滚转角γ1和第二单光楔的目标滚转角γ2为：
其中，γ
″
temp1
为第一单光楔和第二单光楔同步旋转的角度；|Δγ|为沿弹体坐标系OX
B
轴看去，第二单光楔相对于第一单光楔逆时针旋转的角度。6.根据权利要求5所述的基于双光楔的无随动红外光轴控制装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小毛，印剑飞，张巍巍，朱婧文，王兴，曹熙卿，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：