激光半主動(dòng)制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)零位標(biāo)定方法

郝燕云,趙松慶,2,吳根水,2,陳海燕,李睿

(1.中國空空導(dǎo)彈研究院,河南 洛陽 471009；2.航空制導(dǎo)武器航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 洛陽 471009)

1 引 言

激光制導(dǎo)武器具有精度高、成本低等特點(diǎn),在若干次實(shí)戰(zhàn)中取得了良好的打擊效果,受到了世界各國的重視和青睞[1-2]。激光制導(dǎo)半實(shí)物仿真是其研制過程中必不可少的驗(yàn)證評(píng)估環(huán)節(jié)[3-4],也是激光導(dǎo)引頭和激光制導(dǎo)武器性能設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)的有效手段[5-7]。

目前,激光半主動(dòng)制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)在工程上主要有兩種方案[5],一種是基于五軸轉(zhuǎn)臺(tái)和激光目標(biāo)模擬器的透射式系統(tǒng),該方案通過五軸轉(zhuǎn)臺(tái)來模擬導(dǎo)彈的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)和彈目視線運(yùn)動(dòng)[8],通過激光目標(biāo)模擬器來模擬目標(biāo)的激光漫反射特性；另一種是基于漫反射屏和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的反射式系統(tǒng),該方案通過三軸轉(zhuǎn)臺(tái)來模擬導(dǎo)彈的姿態(tài)運(yùn)動(dòng),通過漫反射屏來模擬目標(biāo)對指示激光的漫反射特性,通過二自由度反光鏡來控制目標(biāo)光斑在漫反射屏上的運(yùn)動(dòng)來模擬彈目相對視線運(yùn)動(dòng)[9-10]。

基于漫反射屏的激光制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)由漫反射屏、激光目標(biāo)特性模擬激光器、二自由度目標(biāo)視線運(yùn)動(dòng)模擬反光鏡、激光干擾特性模擬激光器、二自由度干擾視線運(yùn)動(dòng)模擬反光鏡、三自由度導(dǎo)彈飛行姿態(tài)模擬轉(zhuǎn)臺(tái)、仿真計(jì)算機(jī)和仿真總控系統(tǒng)等組成,見圖1。各分系統(tǒng)的相對位置見圖2。

圖1 基于漫反射屏的激光制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)組成框圖

圖2 激光半實(shí)物仿真系統(tǒng)各分系統(tǒng)相對位置圖

各分系統(tǒng)研制完成后,需要確定安裝時(shí)的位置和方向,從而完成整個(gè)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的研制。本文主要描述了分系統(tǒng)安裝定位方法和零位標(biāo)定方法,對類似系統(tǒng)的建設(shè)具有指導(dǎo)意義。

2 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)位置及零位標(biāo)定

以激光漫反射屏為基準(zhǔn),測試標(biāo)定三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的位置和各框架的零位,方法如下:

a)三軸臺(tái)基座調(diào)水平,在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)底座水平基準(zhǔn)面上放置水平尺,借助于水平尺將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)底座調(diào)水平。

b)方位框零位標(biāo)定,將直角工裝和激光測距儀安放在三軸臺(tái)方位框水平基準(zhǔn)面上,垂直于基準(zhǔn)面軸線,使直角工裝垂直面邊沿壓在水平刻記線上,此時(shí)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)垂直軸落在直角工裝的垂直面內(nèi)。讓激光測距儀前端面緊貼直角工裝垂直面,在漫反射屏激光測距儀照射的地方放置平面反光鏡,調(diào)整三軸臺(tái)方位框、激光測距儀和平面反光鏡三者之間的相對位置,使得經(jīng)反光鏡反射回的激光束進(jìn)入激光測距儀前端面上的激光出射口,此時(shí)激光測距儀出射的激光束與漫反射屏垂直,見圖3。

圖3 方位框零位標(biāo)定示意圖

c)激光漫反射屏到三軸臺(tái)中心的距離標(biāo)定,在方位框位置標(biāo)定完成后,撤掉漫反射屏上的平面反光鏡,借助于激光測距儀測量漫反射屏到三軸轉(zhuǎn)臺(tái)垂直軸的距離。

d)俯仰框零位標(biāo)定,在俯仰框內(nèi)安裝特制工裝,見圖4,在工裝的平面上放置呈正交的兩把水平尺,首先調(diào)整橫滾框,使X方向的水平尺水泡居中,再調(diào)整俯仰框位置,使得Y方向的水平尺水泡居中,此時(shí)的俯仰框位置就是俯仰框零位。

圖4 俯仰框零位標(biāo)定示意圖

3 二自由度反光鏡位置及零位標(biāo)定

以三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位框和俯仰框零位為基準(zhǔn),標(biāo)定二自由度反光鏡的轉(zhuǎn)臺(tái)位置和零位,將反光鏡的回旋中心安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位框零位時(shí)的俯仰框軸線上。

首先,在特制工裝內(nèi)裝入氦氖激光管見圖5,將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位框零位時(shí)的橫滾框軸線用激光管輸出的激光束顯示,具體方法是:調(diào)整激光管的方向,旋轉(zhuǎn)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)橫滾框,觀測激光光斑在漫反射屏上的運(yùn)動(dòng)軌跡,一直到激光光斑靜止不動(dòng)為止,說明激光器輸出的激光光束與三軸轉(zhuǎn)臺(tái)橫滾框軸線重合。

圖5 激光管安裝調(diào)節(jié)示意圖

其次,將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰框調(diào)至水平狀態(tài),方位框從零位向右旋轉(zhuǎn)90°,此時(shí)位于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)橫滾框軸線上的激光管輸出的激光束就是三轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)方位框零位時(shí)的俯仰框軸線。

最后,以激光管輸出的激光束為基準(zhǔn),標(biāo)定二自由度反光鏡的位置。其方法是:

a)二自由度反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)底座調(diào)水平,在二自由度反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)方位框水平面上放置呈正交的兩把水平尺,將二自由度反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)底座調(diào)水平。

b)二自由度反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)位置標(biāo)定,拆掉二自由度反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰框電機(jī)蓋,將軸孔暴露出來,在軸孔上安裝帶有小孔的蓋板,轉(zhuǎn)動(dòng)方位框,以小孔是否位于激光束中心為基準(zhǔn),調(diào)整二自由度反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)位置,且要保證底座調(diào)水平,最終使小孔位于激光束中心,此時(shí)二自由度反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)位置調(diào)整完畢。

圖6 二自由度反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)位置標(biāo)定原理示意圖

c)反光鏡俯仰框零位標(biāo)定,轉(zhuǎn)動(dòng)反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)的方位框和俯仰框,使反光鏡的反射面正對激光管,讓反射回的激光束進(jìn)入激光管,記錄俯仰框位置信息,此時(shí)俯仰框零位標(biāo)定完畢。

d)干擾反光鏡方位框零位標(biāo)定,轉(zhuǎn)動(dòng)反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)的方位框,使激光束照射到漫反射屏表面與三軸臺(tái)零位時(shí)激光照射的位置重合,記錄方位框位置信息,此時(shí)干擾反光鏡方位框零位標(biāo)定。

e)目標(biāo)反光鏡方位框零位標(biāo)定,需配合目標(biāo)激光器位置確定,詳見目標(biāo)激光器位置和目標(biāo)反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)方位框零位標(biāo)定。

4 干擾激光器位置標(biāo)定

在干擾反光鏡表面放置和反光鏡同尺寸同形狀且中心有十字標(biāo)示的白紙,干擾激光器輸出口安裝倍頻晶體,將輸出的1.064 μm激光轉(zhuǎn)化為綠色激光,在干擾反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)的方位框和俯仰框均處于零位的條件下,調(diào)整干擾激光器,使得出射的激光束照射在反光鏡表面的十字中心,去掉白紙后干擾激光能夠照射到漫反射屏上三軸轉(zhuǎn)臺(tái)零位時(shí)激光管照射的位置,見圖7,此時(shí)干擾激光器位置標(biāo)定完畢。

5 目標(biāo)激光器位置和目標(biāo)反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)方位框零位標(biāo)定

在目標(biāo)反光鏡表面放置和反光鏡同尺寸同形狀且中心有十字標(biāo)示的白紙,目標(biāo)激光器輸出口安裝倍頻晶體,將輸出的1.064 μm激光轉(zhuǎn)化為綠色激光,在目標(biāo)反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰框處于零位的條件下,調(diào)整目標(biāo)激光器和反光鏡,使得出射的激光束照射在反光鏡表面的十字中心,去掉白紙后干擾激光能夠照射到漫反射屏上三軸轉(zhuǎn)臺(tái)零位時(shí)激光管照射的位置,見圖7,記錄方位框位置信息,此時(shí)目標(biāo)激光器位置和反光鏡方位框零位標(biāo)定完畢。

圖7 目標(biāo)/干擾激光器位置標(biāo)定原理示意圖

6 結(jié) 論

本文總結(jié)了基于漫反射屏的激光制導(dǎo)半實(shí)物仿真系統(tǒng)中各個(gè)分系統(tǒng)安裝定位和零位標(biāo)定過程,對類似系統(tǒng)的建設(shè)具有指導(dǎo)意義,部分標(biāo)記譬如:三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位框水平面上十字標(biāo)記和直角工裝及其固定方式,以及二自由度反光鏡轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰框電機(jī)軸孔及帶小孔的蓋板等,需要在分系統(tǒng)研制方案設(shè)計(jì)時(shí)同步進(jìn)行考慮,一同設(shè)計(jì)加工,若沒有考慮,會(huì)給后期的安裝標(biāo)定帶來一定困難。另外,部分標(biāo)定過程需借助氦氖激光管,發(fā)出橘紅色激光束,因激光束有一定束散角,隨著照射距離的增遠(yuǎn),激光光斑逐漸變大,另一方面激光光斑亮度較高,照射在漫反射屏或白紙上,用肉眼觀測光斑運(yùn)動(dòng)變化情況時(shí),會(huì)因光強(qiáng)刺激眼睛,橫向位移觀測不確定度大于2 mm,若使用帶目鏡和十字分劃板的平行光管替代氦氖激光管,觀測不確定度則可小于0.5 mm。