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红外导引头测试与试验技术pdf

归档日期:06-29       文本归类:导引头      文章编辑:爱尚语录

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  现代防奢技术 l994年 第 2期 一 红外导引头测试与试验技术 了7 .弓 摘 善 本文对红外导弓l头发展过程进行了简单回顾, 认为红外成像导引头础试与试验是当 前新 的需求,并进行了基本要求分析。对红外导引头的红外成像评什、总体性能测试 飞行运动 模拟、图象稳定试验 以及空间红外传感器的测试与试验手段作了介绍。 最后对综合评估进行了分 析 。 关建饲 !堕堡,融试与!综舍评估a 红 I 癸 一 、 当前系统测试与试验需求 1.红外成像导引头涓试与试验是当前新的需求 当前防御技术领域在未来战争 中面临新的挑战,光 电技术在一系列攻防对抗技术中具有 特殊优点,是未来先进武器的重要支撑点 为了提高武器制导精度,达到直接碰撞,便于实现 智能化制导,适应近代成争武器系统 对抗的要求,寻的末制导技术是发展的必然趋势,而红外寻的制导在战术导弹反飞机应用时 是重要的技术途径,在空间反卫、反导应用时,则是主要手段。 红外导引头由点源寻的器向红外成像器发展,红外成像器由点源发展到多元,由线阵发 展到面阵,由近红外发展到长波红外,从二维机械扫描发展成一维机械扫描,并向电子扫描 方 向发展,红外成像器 目前 已经发展到智能化、高级 自动寻的末制导阶段.并将在未来战争 中发生重大影响。 面临未来战争攻防对抗技术的发展,红外成像导引头将要向多模复合制导的方向发展。 但当前及一段时间内,红外成像导引头还要经过努力,才能成熟地应用于武器系统中去 !。 综上所述,红外成像导引头测试与试验技术是当前和今后发展一段时间内新 的 主 要 需 求,并且 由于红外成像导引头采用焦平面技术,长波红外技术,智能化处理技术 以及更大范 围的应用空域等,使红外导引头测试与试验技术走上新的台阶。 2.涓试与试验基本技术要 求 针对红外成像导引头的技术发展,对测试与试验技术上提出的基本要求主要有: (1)大数据量 的高精度采集 、处理 、分析技术 红外成像导引头探测器 由几十元 、上百 元 发展到大于256×256像元,测试与试验系统必须采用先进的测试手段和台理简化的处理、 析方法,才能获得令人满 意的结果。 为了最快获得评估数据,可在红外探测器基础上进行系统级的试验 。目前发展到需要采 用高性能的 “宁静控制器”对接技术,所需工作条件可编程优化 自适应产生t整个采集过程 收稿 同期:1993年12月10闩 一 59— 需要通过光纾由计算机控制进行,并可实时处理、显示。面对如此复杂的试验装置和大量数 据,操作员可能出错,试验装置也可能有隐含差错,因此数据检查是必要的,台理简化的处 理、分析方法 已引起高度重视 。 (2) 高精度长波虹外试验标定技术 红外成像导引头采用长波红外技术,则 需要在室温 低对 比度或低温低背景状态下进行试验标定,而 高精度长波红外试验标定技术 目前仍在发展 ‘ 之 中。 八十年代末,在开发、生产、系统对接、标定实验中,美国对长波红外设备进行过的实 . 验主要是开发胜实验 。这个时期,长波红外导引头/敏感器标定本身是近似的 】。美国海军 对九十年代初建立 、2000年前使用的红外标定设备,希望各种范围内的测量都达到4:I的测 量精度比,但认为在红外测量中,这一要求经常满足不 了,特别是在光 电测量中,还没有建 立起像其它领域那样精确的国家标准,参数舶定义和测量方法经常改变 】。 为了在红外波段改进标定设备本身的绝对精度,必须发展技术。现有的绝对辐射度参照 精度必须提高一个量级, 目前这个 问题还没有解决。为了将黑体辐射波束衰减 3— 6量级, 采用减小孔径、中性密度滤光片,集成测量空腔等办法,都与改变黑体温度的结果不同,使 低强度下完成的校正结果总不一致 】。为了提高低对 比度可控 目标背景的辐度,美国有 关公司对通常的辐射型靶标系统改进为高性能的反射型靶标系统,其中可控温差双黑体达到 副标准级,温度测量分辨率达到 1mk,总的系统不确定度为30nik。 在需要进一步降低背景辐射时,通常采用液氮或液氦真空致冷技术,使背景 温 度 小 100K或20K。在有传感器对接的情况下,通过光学系统会形成不 同的影响,所 以长波红外系 统测试标定的精度一般要结合具体的传感器通过试验才能最后确定 。 实际测试标定系统的现场校准可采用红外成像辐射计进行,美国长波红外成像辐射计要 求最小可分辨温差 MRTD小于 50nik,中波红外摄像机噪声等效温差NETD可做到10nik, 长波红外绝对辐射定标设备要结合特定系统具体研制,才能达到精度指标。测试系统一般采 用反射式准直光学系统,近轴使用时可达到红外衍射限像质,经过高精度二维复 合 扫 描机 构,可使扫描视场内像质不变,光束定位绝对精度可小于 ±5,光束抖动可小于0.5 。 (3)虹外成像评估枝术 红外成像导引头 向智能化寻的制导方向发展,使红外数字图象 处理技术研究,以及 目标检测、识别、跟踪算法的分析 、试验、评估,需要专 门采用红外成 像评估系统进行 目前256×256红外成像器可供选择的最大帧速为250帧/s,开发实验是通过专用硬件 支 撑实现实时处理显示,对各种硬件结构和实时算法要求能够进行模拟试验,以获取有效的最 . 佳性能,然后再进行生产实验和试验验证 。 (4)实时动志复杂场号多 目标运动模拟试验枝术 红外成像导引头应用空域的扩大,使 目标场景模拟试验技术 日益复杂,特别是长波红外系统,要求模拟 目标的尺寸大小,形状变 ’ 化,辐射分布,波段特性,运动特性,以及模拟场景的温度分布、动态变化等, 目前还没有 同时解决的手段。 根据点源、图形、图象模拟技术能达到的性能指标,可 以有针对性的分别进行总体指标 测试或功能特性试验,这方面国外的经验要特别加以重视。AEDC 将红外导引头 /敏感器 测试评估工作划分在几个合理阶段进行,针对 目标场景模拟的不 同要求,对原有主要设备全 部进行了改造,大部分工作将在九十年代初完成,使系统的全面评估工作从探测器级试验即 有 日的的开始进行。 红外导引头测试与试验系统 凸具有规模大、成本高、建设周期长的特点,斟此存在测试 与试验方法的问题,其 目的是要根据试验 目的和条件基础t找到一个经济、可靠、有效的途 径,撮终能得到正确的综合评佶结论 。 =、系统测试与试验主要手段 1.红外成像评估 红外成像评估系统是红外成像器技术研究的基本手段,美国典型系统配置由冽试平台、 计算机顽_试【系统、红外专用成像系统组成,可 以进行红外探测器全面性能指标测试,还可 以 在探测器阵列或红外成像器基础上模拟系统工 作,进行实肘成像显示和图象分析处理 如图 1所示 。 嘲 匝圈 匦五匠 I (宁■熊斜罄)} } 测试平台可以提供红外探洲器特性参数测 试的标准条件和红外成像器工作条件,所有测 试控制装置均有计算机标准I/O接 日, 以适应 罩匝匝鬻飘H』卜}匝甲卿 计算机 自动化测试要求 。探测器类型可 以是碲 匝由垂五j fIIl叵叵 镉汞、锑化钢、铂硅等,并适应凝视型和扫描 计算机两试摹境 J I红蚪专甩成儡幕境 型,以及非标准形式,致冷方式可 以不同。测 试平台提供的标准试验条件通过不同方式可以 篡 凋 匪 进行 以下特性参数测量 ; (1)漫射方式 躁声特性Vn,响应率R, 匿1 红外成像评估系统方框图 探测率 D ,噪声等效温差NETD,噪声等效照度NEI,均匀性,线)会聚方式 串扰,光点响应特性,飞点扫描特性,调制传递函数等MTF等I (3)准直方式 系统调制传递 函数MTF,最小可分辨温差MRTD等 。 计算机测试系统能够提供红外探测器 自动化测试的不同工作条件,并且有数据采集 分 析、评估的功能。计算机测试系统可编程控制器有;偏置源 高速时钟、模拟 /数 字 信号发 生器 、A/D转换器 视频采集器等,可试验确定系统最佳工作条件 。 红外专用成像系统 由多通道采集控制器,波形激励控制器,实时显示处理控制器,计算 机系统和软件组成,硬件设计专门考虑了直接从探铡器或红外成像器输入信号t可编程实现 视频信号输出或图象数据输出,可进行红外图象实时处理的硬件模拟试验和软件功能分析。 实时处理功能有:h/D转换,非均匀校正,灰度变换,帧积累存贮,算 术、逻 辑、统 计计算等,可试验确定系统探测、识别、跟踪所需最佳变换处理的图象数据 。 显示处理功能有:灰变 图、直方图、等高线、轮廓线、分布 图等,可试验确定系统所需 的最佳分析结果 。 2.红外导引头总体性能测试 美国在大型红外传感器测试设备H趋完善的同时,针对红外导引头主要总体性能指标礤l 试要求, 及常温测试与低温测试兼容,/J、型轻便,启动快速,操作简便,运行费用低等特 点,研制了一种低背景扫描点源测试系统 [6],可 以作为适应实验室大量试验研究和现场标校 检查的一种基本设备,可以提供红外全波段、大动态范嗣、高精度动态扫描点源测试条件, 能进行红外导引头系统灵敏度、测角精度、角速率测量精度、视场范围等主要总体性能指标 的测试标定,还能进行红外导引头信号响应特性,通道一致性,动态范围等功能试验。 测试系统主要包括t测试舱、控 制 电子机柜,计算机显控操纵台,以 及真空致冷、振动隔离平台等支持系 统,测试舱中包含有大 口径红外全波 段准直光学系统,犬动态范围红外 目 缒挎幕统 标背景模拟器,高精度两维复合扫描 两 建 蔓 奇 打 薄 帆 掎 机构,还配有大 口径红外窗 口等,有 红 _二 窗 的系统还增加了多 目标背景模拟器, 进一步扩大了功能,如图2所示。 这类测试系统在美国有多家公司 控纠电于机芋要 使用,类似的系统在专业实验室配备 多套供 日常试验研究,其它国家也引 爵0 红外导;f头总体性能 试方框图 用这类系统 。 典型的系统指标查口下t 工作波段:3~ 5P-m,8~14p.m 扫描范围。 ±2。 , 测试舱温度:lO0~300K 扫描速率:10~15O0O“r/s 最低辐射照度t3×10 。W /~m。 光束定位绝对精度; ±5 中性衰减范围t50 ~0.1 光束抖动t0.5 出瞳 口径l254ram 目前,对于带有高精度运动特征和通带辐射强度特性的点源模拟,还没有更先进的办法 能完全替代,另外对于高灵敏度长波红外导引头测试,降低背景的措施对试验研究是非常有 用的。 8、红外导 目头『飞行运动模拟 红外导引头飞行运动模拟测试系统的研制,是着重了红外导引头高速与 目标接近飞行垒 过程的 目标动态变化模拟,并且对于头罩气动加热实时变化效果也同步进行控制模拟,这样 可 以在地面试验条件下,不用头罩就可进行红外导引头飞行运动状态下 目标场景的动态模拟 测试与试验 。 系统试验可 以获取红外导引头有头罩飞行时的性能参考数据,主要有系统门限灵敏度, 探测距离,捕获概率,虚警时间,实时测角精度,实时角速率测量精度,连续信 号 响 应 特 性,双 目标识别跟踪,抗干扰源能力等 美国典型的试验设备由模拟舱和测控系统等组成,测试舱内头罩背景模拟由面源黑体通 过积分球产生,使其等效辐射特性尽量接近实际效果, 目标黑体辐射通过半透半反镜与背景 辐射叠加,模拟红外导引头敏感器在头罩后观看到的效果, 目标大小变化通过连续变焦加上 换挡三次达到控制变化.温度变化速率可 以控制,光谱范围考虑了中波和长波 由两套类似结 构的系统分剐产生,整个飞行运动过程的模拟,统一南计算机系统同步控制进 行,如 图 3 . -- 62-- 所 示 。 典型产 品特性如下t 出瞳 口径 l15Omm 中 醇 目标黑体 一 位辟 最大背景温度t60.0K 工作波段:3~5m,8~121am 最快温度变化速率;10OK/s 目标变化范围。100倍连续 目 l士 头罩等效辐射系数:0.4 此系统对红外导引头飞行运动模 拟效果比较接近真实情况,典型 目标 采用图形模拟技术,可满 足 一般 要 黑体温控 }位律控制 {室童控制 l幢面徂控l 嘲试坪 # 红 外 瞌 证 导 引 求,系统突出特点是对敏感器在有头 罩情况下的特性测试与试验提供了较 冈3 红外导引头飞行运动模拟羽j试方框图 好手段。 4.红,卜导引头图象稳定试验 红外导引头图象稳定试验系统主要用于模拟弹体运动、红外成像导引头在进行 目标跟踪 时,图象稳定控制能力的试验 。 系统试验可 以获取的主要特性数据 有 系统搜索范围、空间定位精度、图象稳定精度、 自动跟踪精度、动态角速率测量精度、稳定跟踪最近距离等。试验系统主要由目标场景模拟 器,二 自由度转台以及测控系统组成。如图4所示。 目标场景模拟红外导引头与 目标相对 =蠼红 目标琦母 T--自由度弹件运动 运动接近时红外导引头视场 内的变 化 情 况,主要需要解决动态复杂场多 目标模拟 问题 。最好办法是采用图象模拟技术。一 埠 音 战一 一空 奇 啦 般 图象模拟可 以采用辐射器型 和 调 制 器 型,对于长波红外可采用液晶光阀技术组 成的 目标场景模 拟 器 f!。该 系统主要包 目标场景横艋 =自卣,E转 括计算机实时动态红外 目标场景视频信号 生成系统,液晶光阀长波红外辐射转换系 — ! ! 丝r———一 统 以及配套 的光学系统等组成 。 目前一般 圈4 红外导引头图象稳定试验方框图 要求是 波段范围;8~12p-m 模拟温度范围:100℃,分辨率:0.1℃ 帧建;4OHz 空间分辨率:25L/mm,对 比度;50 另外还需对模拟的 目标运动特性,复杂场景等提出具体要求。 二 自由度转台主要模拟弹体运动,在红外导引头跟踪上 目标后,可 以考核红外导引头图 象稳定特性。二 自度转台典型要求如下; 转角范围; ±,t5。CZ位、俯仰) 定位重复精度:10 转速范围:0.01~l00。/s 角速率测量精度}0.05。/s 却速度I200 /5 负载能力l10—50kg 一 63一 长波红外实时动态 目标场景模拟是红外成像导引头系统试验的基础 【1,国外七十年 代 初便开始 了研究,典型产品有英国宇航公司的热元 阻阵列,荧国休 斯公司 的液 晶光 阀,法 国、美国的薄膜变换器等,八十年代中期研制的红外成像仿真系统达到了试用水平,法国电 信公司实际进行了红外导 引头的动态仿真试验,美 国马丁公司先进制导模拟试验室计划九十 年代初进行红外导引头导弹系统的闭环试验 。 5.空间红外传痦葺测试与试验 空间红外传感器测试与试验技术 以美国领先。七十年代初,美国就有多家从事低背景红 外传感器测试设备的研究单位,并建造了AEDC一7V及改进型的红外标定测试设备 。八 十年 代 以来随着空间技术的发展和SDT计划的批准和实施,投 资进一步扩大,洛克希德公司建立 了模拟外层空间环境红外敏感器大型测试设备STF,波音宇航公司建造了模拟大气层环境红 外敏感器大型标定测试设备 BIRS,这些设备投入使用后还在不断 改进 阿诺德工程发展中 心空间环境仿真试验系统将评价划分成几个合理阶段,分别在 焦平面 特性舱 (FPCC)、焦 平面阵列测试舱 (FPATc)、环境威胁仿真器 (LETS)、大型传 感器 测试 舱 (LSTC)等 设备中进行,具有空间复杂场景多个机动 目标的仿真能力,作为空问环境和仿真测试的专业 单位,具有广泛的经验,这些设施投资巨大,运行费用高,需多年建造并不断改进才能满足 新的试验要求。据初步了解,原苏联也建有中大型真空低温试验台,具有深冷背景模拟试验 能力 。 值得注意的是,为支援九十年代中、后期的先进大气层外拦截弹发展的要求,羹陆军战 略防御司令部提出了 “长波红外先进技术寻的器 (LATS)计划,将全凝 视 作操,快 速冷 却,先进威胁,多色操作 (识别)核环境列为五个重大关键问题。洛克希德导弹与航天公司 为使阶段性的开发工作具有高效率、低风险,并支持初期发展 目标的概念研究及紧跟其后更 大范围的设想工作,正在部件级水平探索这些技术,这些 技术寻的器评估装置 (TSEV、 通过技术组合,在各个计划领域取得重要进展,并开始产生十分有用的数据。进行系统试验 的实验室 由小型的低背景扫描点源试验系统及测控系统组成,还有光学实验室和 电子实验室 可 以进行导引头部件、分系统和系统的试验,对长波红外先进技术寻的器的试验适应性强, 但造价和运行费用却相对较低 【。】。 空间红外传感器在交付进行飞行试验之前,一般还需进行系统应力试验,系统热平衡试 验,系统热真空试验等,更加完善的总体系统试验有仿真试验,悬浮试验,搭载试验等,以 达到不 同 目的。 三、系统测试与试验综合评估 红外导引头测试与试验主要在地面进行,综台评估一般根据测试与试验条件和项 目内容 要求,划分在合理的阶段进行.目前特别重视的是在分系统级进行系统级试验,以减少整个 试验费用并支持深入的试验研究,根据初步的统计分析,希望在地面测试与试验中完成综合 评估80 的项 目内容,产品交付飞行试验前,还需参加更加完善的总体系统试验,达到全面 综台评估的效果,确保飞行试验的成功 【”。 测试与试验评估的主要 内容有 方法研究,硬件环境配置,物理、数学模型建立,软件 编制,评估的精度,置信度分析,运行修正等。 一 54— 《理代防御技来》 1994年 第 2期 一 7。 防空体系攻防对抗数字 仿真的软件支持环境 万自明 丁7 .弓 摘 要 本文首先综述了仿真支持软件 的发展过程,舟绍了防空体京攻防对抗数字仿真系 统 的目标、特点,由此引出其对仿真语言,仿真支持环境的要求,然后舟绍 了防空体系攻防对抗数字 仿真的集成系统环境——DSIE,最后描述了开发防空体系攻防对抗数字仿真的过程和方法。 舶词坚m敷 ’ 姗 Ⅲ乳触髂 貉 一 、 引 言 防空体系攻防对抗仿真是一种纯数字仿真,在 国外,长期 以来许多专家学者投入了巨大 的精力在从事这方面的工作,但 由于涉及 国家机密问题,很少有较详细的资料发表 仿真是一种基于模型的活莉,模型建立与模型实验两者不可分割,必须统一考虑。支持 建模 /仿真过程的专用软件称为仿真支持软件,其特点是面向用户,从而使不同水平的用户 都可 以在不 同的级别上,方便地与计算机对话,完成建模 /仿真。仿真支持软件可分为仿线 目前迅速发展的仿真技术是红外导引头综合评估和试验验证的重要手段 测试与试验的 目的是要得到正确的综合评估结论,而仿真技术可以获得置信度更高的结论,并且可以重复进 行,以获得最佳结果。一般在方案阶段进行鼓学仿真,主要部件或分系统可进行半实物仿真, 最后全系统可联试进行实物或半实物仿真。髓着红外导引头技术的发展,需要交叉重复进行。 参 考 文 献 何启予. 红外成像导引头技术现状及发展趋势》.红外与激光洼术,1990,2. 许世藩译. 《长技红外导引头/传感器产品的宴驻要求和技术女,SPIE,Vo1.940. 赵文平译. 《美国海军对采来红外定杯设备的要求 ,SpIE,Voi.%吼 谭学习译. 红外传堪器 的试验要求和关键问韪》,SPI.E,Vp1.940. ]ereJ.Matty. IR SensorTestMetbodMgy and FacilTies,NASA 14th SpaceSimulation Can rerice:_n 1990. Gary Frodsham LBIR targetgeneratorandcaIibratorforpreflightseeher tests SPIErVo1.1311. 贡学早. 《红外动态图象转换器 .红外与激光拄术,1990,2. 颜蛀 《红外导弹仿真 实验室 .红外与逝光技术 1990.4. A VandersteenB Keile3. LW IR advancedtechnology ee r (LATS)stat~,.A]AAr92—0988. -- 65m

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