本發(fā)明涉及紅外目標(biāo)模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于紅外半實(shí)物仿真中。具體涉及一種能量動(dòng)態(tài)范圍很大的紅外目標(biāo)模擬系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

紅外技術(shù)歷來是發(fā)展比較快的高新技術(shù)之一，尤其高靈敏度紅外系統(tǒng)是目前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。紅外半實(shí)物仿真試驗(yàn)具有逼真、經(jīng)濟(jì)、可控、可重復(fù)的優(yōu)點(diǎn)，是在試驗(yàn)室中模擬紅外系統(tǒng)工作過程、檢測紅外系統(tǒng)工作性能的主要手段。紅外目標(biāo)模擬系統(tǒng)是紅外半實(shí)物仿真系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，它的作用是在被測試紅外系統(tǒng)的視場中，產(chǎn)生實(shí)時(shí)變化的紅外目標(biāo)信號(hào)，模擬紅外目標(biāo)的動(dòng)態(tài)輻射特性。

由于現(xiàn)階段技術(shù)和工藝水平的限制，紅外目標(biāo)模擬器的動(dòng)態(tài)能量范圍通常難以滿足模擬飛行器整個(gè)飛行過程中紅外目標(biāo)動(dòng)態(tài)能量范圍的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于解決半實(shí)物仿真中弱能量紅外目標(biāo)和強(qiáng)能量紅外目標(biāo)難以兼顧的問題，實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)能量范圍的紅外點(diǎn)源目標(biāo)模擬。

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種大動(dòng)態(tài)能量的紅外目標(biāo)模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制模塊（1）、輻射源模塊（2）、光學(xué)系統(tǒng)（3）和配套裝置（4）組成，輻射源模塊（2）生成一定大小、一定能量的黑體紅外輻射光束，光學(xué)系統(tǒng)（3）將輻射源模塊（2）產(chǎn)生的黑體紅外輻射匯聚和準(zhǔn)直成平行光輸出?？刂颇K（1）通過與上位機(jī)通訊獲取上位機(jī)控制指令，并將其分別轉(zhuǎn)換成目標(biāo)能量控制信號(hào)、目標(biāo)形狀控制信號(hào)和目標(biāo)擋光控制信號(hào)，對(duì)輻射源模塊（2）產(chǎn)生的目標(biāo)能量大小、目標(biāo)形狀大小以及檔光片開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

進(jìn)一步，所述的輻射源模塊（2）由黑體輻射源（2-1）、黑體控制器（2-2）、聚光鏡（2-3）、檔光片（2-4）、衰減片組（2-5）、光欄組（2-6）組成。黑體輻射源（2-1）采用小體積大溫度范圍的高性能黑體，通過黑體控制器（2-2）調(diào)節(jié)黑體輻射源（2-1）的黑體溫度，能夠生成溫度為50℃-1200℃的黑體紅外輻射。經(jīng)過聚光鏡（2-3）的匯聚，絕大部分黑體紅外輻射能量聚焦在光欄組（2-6）所在平面位置。沿著光路傳播方向，在聚光鏡（2-3）和光欄組（2-6）所在平面之間，加入檔光片（2-4）、衰減片組（2-5）。檔光片（2-4）用于控制光路的打開/關(guān)閉狀態(tài)或動(dòng)態(tài)閃爍。

優(yōu)選地，所述衰減片組（2-5）包括衰減片A（4-7）和衰減片B（4-8），兩者均為角度漸變透過率衰減片，通過它們的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)來控制可透過的能量。光欄組（2-6）由兩塊相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的光欄片A（4-9）和光欄片B（4-10）組成。每個(gè)光欄片上均有一條寬度隨轉(zhuǎn)角變化的光縫A（6-1）、光縫B（6-2），兩片光欄片相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光縫A（6-1）和光縫B（6-2）重疊區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)光點(diǎn)（6-3）。通過兩片光欄片的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)可以控制目標(biāo)光點(diǎn)（6-3）的大小和形狀。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1. 本發(fā)明采用的雙衰減片設(shè)計(jì)，既可以實(shí)現(xiàn)10萬倍的大動(dòng)態(tài)能量范圍，又能提高能量控制精度，特別是大目標(biāo)的能量控制精度，可以滿足飛行器從發(fā)射到遭遇的飛行全過程半實(shí)物仿真對(duì)目標(biāo)動(dòng)態(tài)能量模擬范圍和精度的要求。

2. 本發(fā)明紅外目標(biāo)模擬可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)形狀大小、能量大小以及開關(guān)或閃爍的實(shí)時(shí)控制，使用非常靈活，適應(yīng)高性能紅外半實(shí)物仿真目標(biāo)模擬的需求。

3. 本發(fā)明采用的小體積黑體輻射源溫度可以在50-1200℃范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)不同黑體溫度紅外光譜特性的模擬，能夠滿足對(duì)目標(biāo)光譜特征有一定要求的紅外制導(dǎo)半實(shí)物仿真的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的大動(dòng)態(tài)能量紅外目標(biāo)模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2為本發(fā)明所述的輻射源模塊的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖3為本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖4為本發(fā)明所述的控制模塊的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖5為本發(fā)明所述的控制模塊對(duì)目標(biāo)大小、能量和開關(guān)等特性進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的工作原理圖。

圖6為本發(fā)明所述的光欄組的工作原理圖。

圖7為本發(fā)明所述的衰減片組的工作原理圖。

圖8為本發(fā)明所述的控制模塊的軟件工作流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明由控制模塊1、輻射源模塊2、光學(xué)系統(tǒng)3和配套裝置4組成。輻射源模塊2生成一定大小、一定能量的黑體紅外輻射光束，光學(xué)系統(tǒng)3將輻射源模塊2產(chǎn)生的黑體紅外輻射匯聚和準(zhǔn)直成平行光輸出?？刂颇K1通過與上位機(jī)通訊獲取上位機(jī)控制指令，并將其分別轉(zhuǎn)換成目標(biāo)能量控制信號(hào)、目標(biāo)形狀控制信號(hào)和目標(biāo)擋光控制信號(hào)，對(duì)輻射源模塊2產(chǎn)生的目標(biāo)能量大小、目標(biāo)形狀大小以及目標(biāo)開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

如圖1、圖2、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本發(fā)明所述的輻射源模塊2由黑體輻射源2-1、黑體控制器2-2、聚光鏡2-3、檔光片2-4、衰減片組2-5、光欄組2-6組成。黑體輻射源2-1采用小體積大溫度范圍的高性能黑體，通過黑體控制器2-2調(diào)節(jié)黑體輻射源2-1的黑體溫度，能夠生成溫度為50℃-1200℃的黑體紅外輻射。經(jīng)過聚光鏡2-3的匯聚，絕大部分黑體紅外輻射能量聚焦在光欄組2-6所在平面位置。沿著光路傳播方向，在聚光鏡2-3和光欄組2-6所在平面之間，加入檔光片2-4、衰減片組2-5。檔光片2-4用于控制光路的打開/關(guān)閉狀態(tài)或動(dòng)態(tài)閃爍。衰減片組2-5包括衰減片A 4-7和衰減片B 4-8，兩者均為角度漸變透過率衰減片，通過它們的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)來控制可透過的能量。光欄組2-6由兩塊相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的光欄片A 4-9和光欄片B 4-10組成。每個(gè)光欄片上均有一條寬度隨轉(zhuǎn)角變化的光縫A 6-1、光縫B 6-2，兩片光欄片相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光縫A 6-1和光縫B 6-2重疊區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)光點(diǎn)6-3。通過兩片光欄片的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)可以控制目標(biāo)光點(diǎn)6-3的大小和形狀。衰減片A 4-7和衰減片B 4-8是兩個(gè)完全相同，成對(duì)使用的漸變?yōu)V光片，衰減片A上有一條透過率隨轉(zhuǎn)角變化的衰減區(qū)A 7-1，衰減片B上也有一條對(duì)應(yīng)的衰減區(qū)B 7-2。衰減區(qū)A7-1和衰減區(qū)B7-2的重疊區(qū)域7-3對(duì)應(yīng)光路上目標(biāo)光點(diǎn)的位置，重疊區(qū)域7-3處的實(shí)際透過率為衰減區(qū)A7-1在重疊區(qū)域7-3處的透過率與衰減區(qū)B7-2在重疊區(qū)域7-3的透過率的乘積。通過調(diào)整衰減片A 4-7和衰減片B 4-8的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，可以調(diào)節(jié)重疊區(qū)域7-3處的實(shí)際透過率，從而控制點(diǎn)源目標(biāo)動(dòng)態(tài)能量大小，兩片衰減片同時(shí)使用，可以實(shí)現(xiàn)10萬倍的能量動(dòng)態(tài)變化范圍。而且采用雙衰減片的衰減片組形式，可以通過成對(duì)使用來補(bǔ)償單片角度漸變透過率衰減片在模擬大目標(biāo)時(shí)的衰減誤差，提高目標(biāo)能量控制精度。

如圖1和圖3所示，本發(fā)明所述的光學(xué)系統(tǒng)3由中繼光學(xué)鏡頭3-1和準(zhǔn)直光學(xué)鏡頭3-2組成。黑體輻射源2-1產(chǎn)生的紅外光束，依次經(jīng)過中繼光學(xué)鏡頭3-1和準(zhǔn)直光學(xué)鏡頭3-2形成平行光輸出。

如圖1、圖4、圖5和圖8所示，本發(fā)明所述的控制模塊1，包括帶有反射內(nèi)存卡5-3、運(yùn)動(dòng)控制卡5-2、I/O控制卡5-4的工控機(jī)5-1，4個(gè)電機(jī)和4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別為控制衰減片A的電機(jī)M-1及其驅(qū)動(dòng)器D-1，控制衰減片B的電機(jī)M-2及其驅(qū)動(dòng)器D-2，控制光欄片A的電機(jī)M-3及其驅(qū)動(dòng)器D-3，控制光欄片B的電機(jī)M-4及其驅(qū)動(dòng)器D-4，黑體輻射源開關(guān)5-5，檔光片開關(guān)5-6，以及控制軟件和電纜等?？刂颇K1通過光纖反射內(nèi)存網(wǎng)與上位機(jī)通訊，獲取上位機(jī)指令。通過控制軟件的解算，將上位機(jī)指令轉(zhuǎn)換為對(duì)各伺服電機(jī)和I/O設(shè)備的控制命令，通過運(yùn)動(dòng)控制卡5-2控制相應(yīng)的電機(jī)和開關(guān)。控制原理如下：工控機(jī)5-1接收到上位機(jī)的指令后，將其分解轉(zhuǎn)換為各電機(jī)或開關(guān)的執(zhí)行指令；通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器D-3和D-4控制電機(jī)M3和M4帶動(dòng)光欄片A和光欄片B轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)位置，使目標(biāo)光點(diǎn)形成所需的形狀和大?。煌ㄟ^電機(jī)驅(qū)動(dòng)器D-31和D-2控制衰減片電機(jī)M1和M2同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)衰減片A和衰減片B轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，衰減片轉(zhuǎn)角與衰減倍數(shù)成一定的函數(shù)關(guān)系，通過控制衰減片轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)能量的大小；所有電機(jī)均帶有碼盤位置反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制，以保證目標(biāo)能量和大小的控制精度；通過I/O控制卡控制黑體輻射源開關(guān)、調(diào)節(jié)黑體輻射源溫度，從而可以調(diào)節(jié)目標(biāo)的能量和光譜特性；通過I/O控制卡控制檔光片開關(guān)的打開或關(guān)閉狀態(tài)，從而控制檔光片是否遮擋光路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)光點(diǎn)的瞬間開/關(guān)控制。上述控制軟件的整個(gè)工作流程如圖8所示。

本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。