本文關鍵詞：新型巡飛彈用紅外成像制導系統(tǒng)關鍵技術研究　出處：《中國科學院長春光學精密機械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：面對現(xiàn)代高技術精確制導武器裝備的快速發(fā)展及應用需求,本文針對一種新型巡飛彈用紅外成像制導系統(tǒng)的關鍵技術開展研究。目的是通過對該系統(tǒng)的性能指標設計方法、彈體姿態(tài)運動對紅外圖像的影響規(guī)律、瞬態(tài)指向誤差建模與分析以及紅外成像系統(tǒng)的小型化設計等關鍵技術的研究,為設計開發(fā)具有低成本、小型化、高可靠性和高跟蹤精度的紅外成像制導系統(tǒng)及其巡飛彈奠定基礎。論文的研究工作主要包括以下幾方面內(nèi)容:一、概述了國內(nèi)外巡飛彈和紅外成像制導系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,指出現(xiàn)有巡飛彈存在需彈射起飛且無法凝視目標的問題;為解決上述問題,提出了一種新型紅外成像制導的巡飛彈結構,通過獨特的多旋翼配置使其既能夠自主起降與懸停,又克服了現(xiàn)有多旋翼飛行機器人存在的偏航能力弱的共性問題;然后,對紅外成像制導系統(tǒng)的指標設計、紅外成像系統(tǒng)的小型化以及指向精度的研究現(xiàn)狀開展了詳細的論述。二、研究了紅外成像制導系統(tǒng)主要性能指標的設計方法。結合比例導引法分析了紅外成像制導系統(tǒng)的工作原理和功能需求,提出了以光學系統(tǒng)和慣性穩(wěn)定平臺為核心的兩大類九項主要技術指標的分類方法;結合大氣衰減特性和遠距離目標的紅外輻射特性給出了焦距、通光孔徑以及視場的指標設計方法;以搜索盲區(qū)、像移變化、最大視線角速度和跟蹤算法的實時性等為約束條件,獲得了搜索速度、穩(wěn)定精度、最大跟蹤速度和角跟蹤精度指標的具體設計方法。三、研究彈體姿態(tài)運動對紅外成像系統(tǒng)的影響�；趲缀喂鈱W原理建立了彈體姿態(tài)運動與探測器像移變化的關系表達式;確定了彈體姿態(tài)運動對像移的影響規(guī)律;然后以空間分辨率、溫度分辨率、調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)和美國國家圖像質(zhì)量分級標準(NIIRS)為評價體系,給出滿足成像制導系統(tǒng)的穩(wěn)定精度的約束條件。四、研究了瞬態(tài)指向精度的理論模型及原始誤差問題。從系統(tǒng)結構入手提出了視線角速率誤差的理論分析模型。根據(jù)伺服回路特征闡述了視線角速率提取策略,采用坐標變換法推導了視線角速率測量方程,采用微分法獲得誤差表達式。指出影響視線角速度精度的主要因素是陀螺誤差、坐標變換中引入的測角誤差和機械加工和裝配誤差;根據(jù)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)關系,確定各影響因素的誤差計算方法。針對一臺樣機進行了誤差分析與測試,結果表明,建立的理論模型能夠較準確預測視線角速率誤差,可有效指導關鍵器件選型和精度分配。通過合理設計,視線角速度小于6°/s和1.5°/s時,精度能夠達到0.28°/s和0.1°/s。五、為滿足制導系統(tǒng)輕量化、小型化的應用需求,開展了大相對口徑、緊湊型紅外成像系統(tǒng)的設計方法研究。在對比分析現(xiàn)有光學系統(tǒng)的結構及特點基礎上,僅使用兩片式攝遠結構,采用普通鋁合金作為鏡筒材料,通過光學材料熱光特性與光機材料膨脹系數(shù)的匹配,實現(xiàn)了焦距90mm,F數(shù)為1.2的長波紅外紅外成像制導系統(tǒng)的光學系統(tǒng)無熱化設計;鏡頭的光學總長僅為74mm,重量234g。完成了光機熱集成分析,開展了溫度適應性試驗。結果表明,鏡頭在-40℃~60℃溫度范圍內(nèi)保持清晰成像,有利于紅外成像制導系統(tǒng)的輕量化和小型化設計。六、制作了紅外成像制導系統(tǒng)樣機,開展實驗。
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TJ765

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本文編號：1329821