激光武器光电跟踪瞄准系统的设计与仿真

摘要

近年来，随着精确制导武器技术的不断发展和作战样式的改变，以美国为首的西方发达国家纷纷把发展精确制导武器的重点转向了防区外中远程精确打击武器之上。发展“高能激光武器系统”可有效对抗中远程精确打击武器这一新的作战目标。

本文重点在于激光武器装备中，精密捕获、跟踪、瞄准系统的分析与设计。它与一般光电测量系统的区别在于，它不仅要求将运动目标稳定跟踪在规定视场内，而且要求将光束锁定在目标某一点上。一般光电测量系统中的大惯量单轴跟踪架由于结构谐振频率的限制，不可能有足够的带宽对其校正，于是引入复合轴控制，即采用具有高谐振频率结构的复合轴系统分粗、精跟踪来实现角秒级的跟踪。

范文首先介绍了高能激光系统的组成及杀伤机理。之后介绍了光电跟踪瞄准系统及捕获、跟踪、瞄准(Acquisition、Tracking and Pointing—ATP)技术有关概念，并对复合轴控制系统的结构原理、误差和视场匹配的分析，以及复合轴系统的主从轴，即粗精跟踪控制进行了研究，分析并建立了粗、精跟踪单元的数学模型并进行了仿真实验，最后得到了预期结果，证明复合轴控制确实大幅提高了控制精度。

关键词：复合轴，计算机仿真，带宽比，跟踪；

ABSTRACT

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KEY WORDS: composite axis control, computer simulation, bandwidth radio,     tracking, ATP;

目录

第1章 绪论 1

1.1高能激光系统概述 1

1.2激光武器的原理与杀伤机理 2

1.2.1用来毁伤目标的“弹”与传统的动能武器不同 2

1.2.2 毁伤目标的过程与传统的动能武器不同 3

1.2.3 毁伤目标的机理与传统动能武器存在不同 3

1.3激光武器的主要特性 4

第2章 光电成像跟踪子系统的整体结构设计考虑 9

2.1光电成像跟踪系统简介 9

2.2 ATP简介 9

2.3ATP重要参数考虑 11

2.4复合轴控制理论 11

2.5复合轴跟踪系统结构 11

2.6复合轴系统稳定性分析 16

2.7复合轴视场匹配关系 18

2.8复合轴系统响应速度和跟踪精度分析 19

第3章 光电跟踪瞄准系统组成与性能分析 22

3.1系统工作原理及性能分析 22

3.1.1粗跟踪系统工作原理及设计考虑 22

3.1.2精跟踪系统工作原理及设计考虑 23

3.1.3粗/精跟踪环路的匹配问题 24

3.2系统控制精度分析 24

3.3 CCD分辨率性能分析 27

3.4 信噪比 30

3.5系统闭环带宽 32

第4章 光电跟踪子系统设计 33

4.1光电成像跟踪系统设计方法概述 33

4.2力矩电机及负载的数学模型 35

4.3粗跟踪系统设计 37

4.3.1速度回路设计 37

4.3.2位置回路设计 40

4.4精跟踪系统设计 43

4.4.1速度回路设计 43

4.4.2位置回路设计 44

4.5复合轴仿真框图 48

第5章 总结 50

参考文献 51

致 谢 53

文档设计小结 54