08 红外探测系统(张泽奇)
探测系统的分类
- 方位仪
- 红外测温仪
- 辐射探测
- 测量目标辐射亮度(辐射计)
- 光谱辐射计
- 测量光谱分布
- 报警器
导引的分类
- 单一类型
- 电视制导
- 激光制导
- 红外制导
- 复合制导(共光路设计)
导引头的基本目标
- 解算目标“方”“位”信息
基本组成及基本工作原理(崔浩天,张泽奇)
graph LR A[目标与背景辐射] --> B[光学系统] B --> C[方位编码器] C --> D[红外探测器] D --> E[信息处理电路] F[制冷器] --> D
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性能要求:
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良好的检测性能和高的灵敏度
- 最小入射辐射能
- 最大作用距离
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测量精度要高
- 目标位置的测量准确度
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影响因素:
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(1)目标、背景和各种干扰的红外辐射特性以及大气传输特性、系统的工作波段
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(2)信息处理体制。红外方位探测系统设计的核心任务
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(3)探测器及信息处理电路的技术参数
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(4)光学系统技术参数
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(5)探测系统的技术条件
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控制流程:导引头获得导引信息→控制伺服系统→导引头重新获得导引信息(闭环控制)
用调制盘的方位探测系统(zzq)
- 以响尾蛇导弹中的调制盘为例:
下半圆为半透明区,由不透明同心黑线构成;上半圆为调制区,有12个等分扇形区域,边缘各环带分为3组
- 典型的调制盘方位探测系统的结构组成:
调制盘:把光信号转化成离散的脉冲信号(日出式调制盘:光→随时间变化的脉冲方波)
调幅系统信号处理电路结构图:
graph LR A[红外探测器] --> B[放大] --> C[滤波] --> D[谐放] --> E[滤波] --> F[检波] F --> G[放大] --> H[坐标变换] I[基准信号] --> H H --> 方位误差 H --> 俯仰误差
- 调制盘的抗干扰特性:
影响半透明格子,则有信号;影响覆盖了若干格子,则形成平均信号
- 调制盘探测方、位原理:
- 借助基准信号的比较,通过半透区所产生的平均信号在周期内的相位,来判断目标的方位角
- 通过计算信号的强弱,计算目标的位置远近
调频系统信号处理电路结构图:
graph LR A[红外探测器] --> B[带宽放大] --> C[带通限幅] --> D[鉴频] --> E[低通滤波] --> H H[坐标变换] H --> 方位误差 H --> 俯仰误差
基准信号产生的三种形式:
- 光电式
- 磁电式
- 电路方式
十字叉及L型系统(zzq)
十字叉系统
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概念:指探测器排列成十字叉型或L型的方位探测系统
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特点:
- 介于单元探测和成像探测系统之间
- 与成像探测系统相比有成本低、制作工艺简单、技术成熟等优点
- 与单元探测系统相比有探测精度高、抗干扰能力强等优点
- 突出的优点在于:无调制盘,无二次聚焦系统;但主要的缺点在于探测器噪声大
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组成:
- 光学系统、探测器和信号处理电路
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工作方式:
- 圆锥扫描式,在像平面上产生光电扫描圆
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机构组成情况
- 反射式光电扫描:基准信号产生器→驱动电机→次镜→探测器→主镜
- 探测器偏压馈电和原件连接方式示意图
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目标位置信号的形式与方位信息的提取
- 脉冲波形反映目标特征
- 脉冲位置的变化表示目标的方位信息(可以由两个角度表达)
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基准信号的形式
- 光学系统旋转的同时能带动基准信号发生器产生两个相位相差为pi/2的基准信号
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探测电路和信息处理电路
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抗干扰
- 选通门技术
- 面积相减技术
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影响测角精度的因素
- 光学系统的影响
- 扫描电机稳定性的影响
- 红外探测器制作误差的影响
- 基准信号的影响
- 电路相移的影响
L型方位探测系统
- 指探测器阵列排列成L型
- 测量精度更高
- 为克服上述缺点,又充分发挥L型系统测量精度高的优势,有些红外探测系统做成两种视场,大视场是主要要求捕获能力高,精度要求是次要的,因此采用十字型探测器;小视场时测量精度要求是主要的,因此采用L型探测器
扫描系统(zzq)
- 对目标的辐射能进行调制编码
- 是系统本身对景物空间进行扫描
- 提高了系统的灵敏度和抗背景干扰的能力
- 基本结构组成包括光学系统、探测器、信号处理电路、扫描驱动机构和扫描信号发生器
- 探测器组合与分类
- 单元探测器和多元探测器,多元探测器又可分线阵、面阵
- 扫描系统分类
- 串联扫描、并联扫描和串并联扫描三种方式
- 视场扫描可分观察视场和瞬时视场
- 基准信号分类
- 方位基准和俯仰基准
- 方位信息提取
- 扫描系统的测角精度
- 一般瞬时视场为0.5~1毫弧度,测角精度为2'~3.4'