资源描述
第一章、绪论及跟踪系统综述
光电制导与跟踪系统是以电视、红外、激光、毫米波等成像设备为手段,利用目标跟踪识别技术获取对方目标运动、状态、形状等信息,然后实施打击的光电技术,是夺取战场信息优势、实施精确打击的重要技术手段。
特点:精确性 高效性 先进性 威慑性
非制冷红外探测器
热探测器利用红外辐射的热效应引起探测材料的温度变化,进而产生某种可度量的物理量的变化,获得与红外辐射相对应的信号。一般不需要制冷,可靠性高,且成本较低,但灵敏度不高,响应速度较慢
红外搜索跟踪系统是一种被动空中目标搜索跟踪系统,连续旋转的红外扫描头实施搜索,并将空中目标作为点目标成像在探测器阵列上。电子信号处理系统对红外扫描头获得的信号进行处理,排除飞鸟等形成的虚假目标信号,确定目标的航迹, 为防空武器系统提供目标的方位角和俯仰角信息,引导防空武器瞄准和跟踪目标空中目标。
微光夜视系统通过采集目标场景反射的微弱的光线,利用像增强器将其放大数万倍以上,形成明亮的图像,供人观察。分为微光直视系统(微光夜视仪)和微光电视系统
激光武器分类 软杀伤激光武器 硬杀伤激光武器
战略应用的机载激光系统(ABL)射程200km,战术应用的机载激光系统 射程20km
激光雷达特点:角分辨率、速度分辨率和距离分辨率高,抗干扰能力好,不仅能探测和跟踪目标,获得目标的方位、速度等信息,而且利用激光的相干性,还能获得微波雷达不能得到的其它类型的信息。
航空相机特点:能迅速地获取敌方纵深地区的大范围地面情报。获取的照片不仅清晰、直观、容易判读,而且其上所包含的信息的容量、质量和可靠性是其他侦察手段无法比拟的
类型:分幅相机、缝隙相机和全景相机
无人值守地面传感器
光电综合侦察系统特点:组件式、功能互补、昼夜全天候工作
光电对抗装置 激光警戒接收机 导弹临近报警装置(红外、紫外、雷达)红外干扰机 激光诱饵系统 烟幕系统 伪装
第二章、导弹总体设计
2.1导弹武器系统
1、有翼导弹是一种以火箭发动机或吸气式发动机为动力,机动飞行所需的法向力依靠升力部件的空气动力提供,装有战斗部的自控飞行器。分类:地空导弹、空空导弹、空地导弹、反舰导弹、反坦克导弹
特点 1)制导精度高 2)机动能力强 3)系统组成及结构复杂
2、弹道导弹:一种沿预先设定的弹道飞行,将弹头投向预定目标的导弹.
按作战使命分:战略弹道导弹、战术弹道导弹
2.2导弹武器系统组成:
1)导弹系统:导弹弹体、推进系统、制导系统、引战系统、电气系统
由弹体、推进系统、制导系统、引战系统和电气系统组成。导弹在制导系统和推进系统的作用下在空中飞行,最后导向所攻击的目标;引信引爆战斗部,用以摧毁目标;弹上电气系统保证导弹从起飞直至击毁目标的全过程中给弹上设备供电,并把各设备有机地连接起来,使它们按程序协同工作。
2)火控系统:目标显示和探测系统、数据处理和计算系统、发射平台参数测量处理系统、发射装置
完成对目标信息的获取和显示、数据处理,发射平台参数测量和处理,计算装定射击诸元,射前检查,战术决策和实施导弹发射任务。该系统主要由目标探测和显示系统、数据处理计算系统、发射平台参数测量处理系统、射前检查设备、发射装置、发射控制系统等构成
3)技术保障设备:检测设备、各种车辆、电站
用于完成导弹起吊、运输、贮存、维护、检测、供电和技术准备,以保障导弹处于完好的技术状况和战斗待发状态。技术保障设备主要有:测试设备、吊车、运输车、装填车、技术阵地及仓库拖车、电源车、燃料加注车、清洗车、气源车、通信指挥车和其它配套工具。
2.3导弹研制 可行性论证阶段 方案阶段 初样阶段 试样阶段 设计定型阶段 生产定型阶段
各阶段目的主要工作详见课件可能是重点,但课件上展开讲的内容太多,详见课件
(光电制导发展和总体设计.pdf)
2.4导弹总体设计
一、总体设计的依据
战术技术指标;
完成研制的时间节点和定型时间;
研制经费额度。
二、总体设计遵循的原则
技术先进性
综合性
高可靠性
经济性
重点??
三、总体设计的基本内容
依据批准的战术技术指标要求,进行导弹总体方案论证;
选择导弹总体参数;提出弹上各系统研制任务书;
进行导弹工作流程、信息流程和内外接口设计;
进行惯量、气动、弹道、操作性和稳定性以及载荷等计算,试验和仿真;
完成可靠性、维修性、电磁兼容性和环境适应性的总体设计,最有效地满足给定的研制目标和要求。
四、导弹总体设计输出的主要文件
总体设计文件
1)武器系统性能和状态类;
2)结构协调类;
3)设计计算类;
4)试验规划类;
5)分系统设计依据类。
工厂生产文件
靶场使用文件
定型文件
第三章、电视导引头原理
3.1电视导引头在飞航导弹中的作用 电视导引头是飞航导弹中的一种。电视导引头系统是通过弹载电视导引头获取目标区图像,在地面站实时选择、自动锁定目标进行打击的精确制导武器系统。
电视制导有三大技术难题:
一是摄像机抗过载问题;
二是旋转并高速运动图像的清晰化处理问题;
三是目标搜索与跟踪问题。
电视导引头和雷达导引头相比较重点
优点:电视导引头是成像系统,易采用数字图像处理技术;
n 抗电磁干扰。主要是由于其原理是被动检测目标与背景光能的反差,所以电磁波干扰不起作用;
n跟踪精度高。此特点是由于光学系统本身的性能决定的。
n 体积小,质量小。
n 可以在低仰角下工作,不产生多路径效应(镜面反射和实际目标回波相干产生了多路径效应(雷达制导的特点) )。
缺点:只能在良好的能见度下工作,不是全天候的武器系统;
n易受强光和烟雾弹的干扰。
n使用和存放的环境要求高。
3.2电视导引头的基本原理
电视脱靶量的定义: 目标偏离视轴的角度叫脱靶量。脱靶量测量:摄影+判读、电视测量
目标的精确位置 = 视轴的空间角度 + 脱靶量
3.3、飞航导弹电视导引头的分类
从功能上分:自动搜索、自动捕获和自动跟踪、人工装定的电视导引头和捕控指令电视导引头。
从体制上分:点跟踪、边缘跟踪、形心跟踪(含质心跟踪)、相关跟踪。
从提取信号的种类分:模拟量信号、模拟和数字信号并存、数字信号。
从装载对象分:地地、地空、岸舰、空地、空舰(空、地(岸)、舰、潜排列组合)
3.4、飞航导弹电视导引头的功能和性能
功能:
1)在导弹飞行末段(或者中段),接受武器系统指令机构的控制下开机,并按照预定程序进行搜索。2)对满足规定条件下的目标进行捕获,并发出捕获指令。
3)对目标进行稳定跟踪,使光轴实时对准目标。并向控制系统提供光轴与弹轴的角偏差值。
4)当被跟踪的目标丢失后,应具有记忆功能。在记忆时间内出现目标,系统应正常工作。当目标丢失超过记忆时间后,电视导引头重新搜索并再次捕获跟踪目标。 跟踪具体的型号不同,功能还有其他的一些要求。
性能:
1)捕获目标的最大距离:它是电视导引头的主要参数之一,它与目标的尺寸的大小,目标和背景的光能反差、外接照度、大气透过率、镜头焦距、成像器件灵敏度、弹体飞行高度等因素有关。
2)跟踪目标的最小距离: 对于采用形心体制跟踪的电视导引头,最小作用距离等于目标图像充满靶面的距离。即盲区。采用相关跟踪方法可以减小盲区。
3)角跟踪精度:按照计划要求。
4)分辨率:与电视导引头的CCD参数和光学系统参数有关。
3.5、飞航导弹电视导引头的组成重点
3.6、飞航导弹电视导引头参数的计算(课件上没有)
第四章、可见光制导
导弹的组成重点
: : (1)推进系统 (2)制导系统 (3)战斗部 (4)弹体系统 (5)供电系统(弹上电源)
(1)推进系统:
以发动机为主体,为导弹提供飞行动力,保证导弹获得需要的射程和速度。
导弹常用的发动机有火箭发动机(固体、液体火箭发动机)、空气喷气发动机(涡轮喷气和冲压喷气发动机)、以及组合型发动机(固—液组合,火箭—冲压组合发动机)。
(2)制导系统:
制导系统是导引和控制导弹飞向目标的仪器和设备的总称。
制导系统可以完全装在弹上,如自寻的制导系统。但也有的导弹,弹上只装控制系统,导引系统则装在地面指挥站或载舰、载机上,如面对空导弹等。
(3)战斗部:
导弹上直接毁伤目标,完成其战斗任务的部分,由于大多置于导弹头部,故习惯称为导弹头。
由于导弹所攻击的目标性质和类型不同,相应的要求导弹配置有毁伤作用不同,结构类型不同的战斗部,如爆破战斗部、杀伤战斗部、聚能战斗部、化学战斗部、生物战剂战斗部以及核战斗部。
(4)弹体
弹体是导弹的结构主体,是各舱、门、空气动力翼面、弹上机构及一些零组件联接而成的,具有良好的气动外形的壳体,用以安装战斗部、制导系统、动力装置、推进剂及供点系统(弹上电源),以及空气动力翼面(包括产生升力的弹翼),产生操纵力的舵面,以及保证稳定飞行的安定面(尾翼)
(5)供电系统(弹上电源)
供电系统负责给弹上各分系统供给正常工作所需要的电能,主要包括电源,各种配电、变电装置等。
导弹的分类重点
:
(1)按照发射地点和目标所在的位置分类:面对面、面对空、空对面、空对空(导弹);
(2)按照作战使命分类:战术型、战略型;
(3)按照结构与弹道分:有翼式(巡航式、其他有翼式)、弹道式;
(4)按照射程远近分:近程(0~1000)、中程(1000~3000)、远程(3000~8000)、洲际(8000~∞)km;
(5)按所攻击的目标分类:攻击固定目标、攻击活动目标(反飞机、反坦克、反舰(潜)、反卫星、)
在大气层内飞行的导弹,可由改变空气动力获得控制,有翼导弹一般用改变空气动力的方法来改变控制
力。 在大气层中或大气层外飞行的导弹,都可以用改变推力的方法获得控制
4.2导弹制导系统的分类
稳定回路系统是制导系统的重要环节,它的性质直接影响制导系统的制导准确度,弹上控制系统应既能保证导弹飞行的稳定性,又能保证导弹的机动性,即对飞行有控制和稳定的作用
制导系统功能上讲包括导引系统和控制系统两部分 根据导引系统的工作是否与外界发生联系可分为
自寻的制导系统 也重点
称为自寻的制导系统,是利用目标辐射或反射的能量制导导弹去攻击目标。
根据导弹所利用能量的能源所在位置的不同,自寻的制导系统可分成三种:
1、 主动式:
照射目标的能源在导弹上,对目标辐射能量,同时有导引头接收目标反射回来的能量的寻的制导方式。
2、半主动式:
照射目标的能源不在导弹上,弹上只有接收装置,能量发射装置设在导弹以外的制导站或其他位置
3、被动式:
目标本身就是辐射源,不需要发射装置,由弹上导引头直接感受目标辐射的能量,导引头将以目标的特定物理特性作为跟踪的信息源。作用距离小,常用红外自寻的系统。
原理组成:
遥控制导系统 由导弹以外的制导站向导弹发出导引信息的制导系统,称为遥控制导系统。根据导引指令在制导系统中形成的部位不同,遥控制导又分为波束制导和遥控指令制导。
相比于自寻的制导,遥控制导设备分布在弹上和制导站上,精度较高,精度随着导弹与制导站距离的增加而降低,且在命中目标前不能规避障碍,生存能力较差。
天文制导重点
(星光制导)是根据导弹、地球、星体三者之间的运动关系,来确定导弹的运动参量,将导弹引向目标的一种制导技术。 导弹天文导航系统一般有两种:
一种是由光电六分仪或无线电六分仪,跟踪一种星体,导引导弹飞向目标。另一种是用两部光电六分仪或无线电六分仪,分别观测两个星体,根据两个星体等高圈的交点,确定导弹的位置,导引导弹飞向目标。
地图匹配制导是重点
利用地图信息进行制导的一种制导方式。 地图匹配制导一般有地形匹配制导与景象匹配区域相关器制导两种。它们的基本原理相同,都是利用弹上计算机预存的地形图或景象图,与导弹飞行到预定位置时携带的传感器测出的地形图或景象图进行相关处理,确定出导弹当前位置偏离预定位置的偏差,形成制导指令,将导弹引向预定区域或目标。
方案制导就是根据导弹飞向目标的既定航迹,拟制的一种飞行计划。方案制导是导引导弹按这种预先拟制好的计划飞行,导弹在飞行中的导引指令就根据导弹的实际参量值与预定值的偏差来形成。方案制导系统实际上是一个程序控制系统,所以方案制导也叫程序制导。
惯性导航系统是一自主式的空间基准保持系统。它由惯性测量装置、控制显示装置、状态选择装置、导航计算机和电源等组成。惯性测量装置包括三个加速度计和三个陀螺仪。
复合制导,可把上述几种制导方式以不同的形式组合起来,以进一步提高制导系统的性能
可分为串联复合制导、并联复合制导和串并联复合制导三种
为提高导弹命中精度与毁伤效果需要对导弹的质心与姿态同时进行控制。但目前大部分导弹是通过对姿态的控制间接实现质心控制的。导弹姿态运动有三个自由度,即俯仰、偏航和滚转三个姿态,通常也称为三个通道。如果以控制通道的选择作为分类原则,控制方式可分为三类,即单通道控制、双通道控制和三通道控制。
第五章、红外制导
红外线的基本性质:红外光:大于760NM,可见光波长:400-760NM,紫外光波长:400NM以下. 红外线的波长范围: 把能通过大气的三个波段划分为: 近红外波段 1~3微米 中红外波段 3~5微米 长红外波段 8~14微米。
一些名词术语
辐射功率-------光谱辐射功率
辐射度 ------- 光谱辐射度
辐射强度------- 光谱辐射强度
辐亮度 ------- 光谱辐亮度
辐照度 ------- 光谱辐照度
5.1目标辐射和背景辐射
1、航空目标辐射:尾喷管加热部分的辐射、废气辐射、飞机因气动加热而产生的辐射
2、背景辐射:太阳及月亮辐射;
3、大气辐射:大气所含气体分子、水蒸汽、二氧化碳等微粒都对太阳及月亮辐射产生散射及吸收等现象,因而产生大气的散射辐射及本射的热辐射。
5.2红外线在大气中的传输
1.大气的组成情况及对红外线的衰减作用
2.瑞利散射的散射
5.3红外引导头成像的工作原理重点
红外成像导引头的整个工作过程是依靠接收目标本身的红外辐射而被动工作,根据目标与背景的红外信息热图像来捕捉和跟踪目标,通过图像处理和图像识别、区分出目标、背景信号,识别出真假目标并抑制假目标,跟踪装置按预定的跟踪方式跟踪目标,送出摄像头的瞄准指令和制导系统的导引指令,经过制导电路,自动驾驶仪而控制和引导弹体始终指向目标运行,引导导弹飞向预定目标”导引头的性能,决定了导弹的命中精度。
红外成像导引头具有以下优点 重点
1)高的空间分辨率和热灵敏度可达0.01度,动态范围大,信息采集率高,因而对目标识别能力大大提高
2)更适合探测弱信号目标和跟踪复杂背景中目标可实现/发射后不管
3)也可多波段工作,抗干扰能力强,命中精度高
4)穿透烟雾能力强,作用距离大为增加
5)更适合各种复杂背景,低对比度目标和运动目标的探测识别与跟踪
6)可实现发射前锁定,可同时发射多枚导弹,攻击多个目标
关键技术分析???
1、实时红外成像器 实时红外成像器用来获取和输出目标与背景的红外图像信息,因此必须具有实时性,其取像速率≥15帧。实时红外成像器组成原理框图如图所示,它包括光学装置、探测器、制冷器、信号放大器、信号处理器和扫描变换器等。
5.4、红外跟踪与识别的目标特性
5.4.1.典型目标的红外辐射特性重点
目标的辐射特性是目标本身产生光辐射的特征。分为目标的空间特性、光谱特性和时间特性。目标的空间特性是目标光辐射的空间分布;目标的光谱特性是目标光辐射随波长变化的分布;目标的时间特性是目标光辐射随时间变化的规律。
1、导弹的辐射特性:1)导弹头锥迎头方向的辐射2)导弹尾焰的辐射
2、飞机的辐射特性:
喷气式飞机的红外辐射:发动机尾焰、发动机尾喷口、气动加热的蒙皮,飞机对环境辐射(太阳、天空、地面等)的反射。
3、坦克的辐射特性:
坦克的热辐射主要来自发动机、尾气、裸露部分自身和对太阳、地面、天空和周围环境辐射的反射,包括其运动时荡起灰尘被尾气加热的辐射。其中辐射强度较大的部分是发动机部分和尾气。
1) 不同型号坦克的辐射
2) 大气透过率与位置、季节、传输距离的关系
5.4.2多波段红外的目标特性红外特性描述
1)红外中波段、长波段图像的目标特征比较分析
中波段图像中温度较高的目标和温度较低的背景的灰度值相差比较大,目标比较明显;在长波段中的高温目标辐射相对较小,目标和温度较低的背景的灰度值相差比较小,目标不一定明显。
在成像时,若两个波段图像采用的量化位数相同,中波段由于目标对比度量化范围大,因而量化误差较大。由于量化误差大一些,中波段图像的场景细节相对少一些;而长波段图像中,量化误差小一些,一些低温场景的细节要相对丰富一些。
中波段图像的灰度分布比较分散,场景中的高温区域越少,图像整体越偏暗;而长波段图像的灰度分布比较均匀,图像整体一般比较偏亮。
Example.1
① 同一目标温度的情况下,目标与背景的辐射对比度在中波段(3-5μm)要大于长波段(8-12μm)。这是因为一般背景的温度比较低,辐射度在长波段的比较大,而在中波段的辐射度比较小。
② 随着目标温度的升高,辐射对比度在增大,中波段辐射对比度增加的幅度最大。这是因为温度越高,在中波段的辐射越强。
Example 2
就图像整体来讲,第二细分波段的图像轮廓比第一细分波段的图像轮廓清晰。4.5-5.3μm波段的辐射主要是来自场景中物体自身的热辐射,相对于3.4-4.1μm波段来讲,对热辐射更敏感。温度高的部分其辐射度相对比较高,温度低的部分比较低,但各部分整体而言差异不大。而3.4-4.1μm波段太阳的反射较多,因此反射太阳辐射多的部分亮,而反射太阳辐射少的部分就比较暗,这样各部分明暗差异比较大,卡车轮廓处于比较暗的部分,因而不清楚。 (细节描述详见课件)。
2)红外短波图像与中波、长波图像的比较分析
短波图像:
天空中由于包含了较多的太阳(或月亮)的短波红外辐射,所以短波图像的天空比较亮。
由于绿色植物对近红外和短波红外的反射能力很强,所以短波图像中树林的图像比较亮,且层次比较丰富。
车辆主要是表面的反射信息,所以外观比较清楚;人的图像亮度与地面比较接近,但树丛中隐藏者根本反映不出来。
地面也相对比较亮一些,清楚一些。
:中波图像
天空中没有中波红外辐射,天空图像很暗。
p 树林的中波红外图像比较亮,且层次不丰富。
p 车辆主要是自身的辐射信息,不同温度的部位明 暗对比度比较明显;人的图像从背景中明显分离出来,且树丛中的隐藏者也非常明显。
p 地面也相对暗一些,图像整体的明暗对比度较长波大一些。
长波图像:
天空的亮度没有短波亮,但比中波亮一些。
p 树林的长波红外图像也比较亮,但层次感比中波强一些。
p 车辆图像主要是自身的辐射信息,不同温度的部位明暗对比度比较明显;人的图像从背景中明显分离出来,且树丛中的隐藏者也明显。
p 地面也相对暗一些,但有些细节信息。图像整体的比中波亮,但没有短波那样清楚。
5.5、红外跟踪与识别系统的实现(这一段课件好像有问题,一下标题与内容对不上,但都是课件上的)
5.5.1、红外跟踪与识别系统组成
显著特点:
被动探测方式,隐蔽性好,反隐身能力强
角分辨率比雷达高,体积、重量比雷达小
提供符合人类视觉习惯的目标及背景图象,可完成被动 识别目标并辅助选择攻击最危险的目标
可昼夜工作,提高了武器系统夜战时对目标的探测能力
5.5.2.红外跟踪与识别基本原理
基本原理框图
杂波抑制模型
杂波抑制:检测器是基于信号加噪声模型的。然而,由传感器摄入的图像含有丰富的背景信息,这些背景信息都是高度相关的。由于目标往往都是隐藏在背景及噪声之中,因此直接在含有丰富背景信息的图像中检测微弱点状运动目标几乎是不可能的。所以在进行检测操作以前,先去除图像序列中帧内和帧间相关性,即杂波滤除。
检测系统运作模型
多帧搜索与检测系统:基本任务是从给定的一段三维(二维空间,一维时间)图像空间中,发现目标并给出目标的位置,运动速率,灰度值等基本信息,其模型如图所示。前一段图像序列中若没有找到目标,则再取下一段图像序列来重复检测过程,直到发现有目标为止。检测系统将可能目标的位置,运动速率,灰度值等基本信息传递给跟踪器,以便进一步确认是否真目标。
目标跟踪模型
目标跟踪系统,一旦检测到目标后,将估计出的目标初始参数如目标位置、运动速度等信息传递给目标跟踪系统。之后启动目标跟踪过程,在跟踪过程中不断的修正并输出目标参数的估计值,若发现目标丢失,则重新返回到检测过程,进行下一轮的目标检测。
5.5.3.红外目标跟踪与识别方法(点目标)
图像分割与目标提取方法和跟踪算法详见课件。
点状运动目标检测与跟踪技术的难点:
目标呈点状,目标支持域尺寸趋于点,无形状、尺寸、纹理等信息可以利用;
点目标的亮度与其邻域背景的平均亮度低,且其亮度在时域上是随机分布的;
目标随机出现,必须在整个时空域内进行搜索,计算量相当大;
目标运动规律无定式,使目标的搜索、检测变得更加困难。
第六章、激光制导系统
基本原理:重点
所谓激光制导技术,就是利用激光跟踪、测量和传输的手段控制和导引导弹飞向目标的技术。激光器发出照射目标的激光波束,激光接收装置接收目标反射的光波,经光电转换和信息处理,得出目标的位置参数信号(或导弹与目标的相对位置参数信号),再经信号变换用以跟踪目标和控制导弹的飞行
激光制导的优点是:既能测角也能测距,有较高的测量精度,抗干扰能力强。
激光制导的缺点是:易被云、雾、烟或雨等吸收,在大气层内使用时受到气象条件的限制,不能全天候使用;激光能源的功率有限,因而制导的作用距离受到一定限制。此外,由于波束窄,搜索跟踪也较为困难
激光制导导弹由三部分组成:导引头,战斗部、尾翼
分类:激光制导通常有“视线式”和“寻的式”。“视线式”的典型代表是激光驾束制导,“寻的式”的典型代表是激光半主动式寻的制导。
激光驾束制导简言之就是激光制导系统瞄准目标并连续发射激光,位于弹尾的激光接收器接收激光,控制弹体像“骑”着激光一样沿光束中心飞行。
激光半主动式寻的制导与激光驾束制导不同,它的激光接收器安装在弹体前端,而且由于发射器和激光目标指示器可以分离架设,从而可以实现较远的射程。
特点:
激光制导武器具有具有结构简单、作战实效成本低、抗干扰性能好、命中精度高等优点.与其他精确制导弹药相比,最明显的优势还是廉价。
激光制导武器也有着相当致命的弱点:受天气和战场条件影响大,尤其是战场上的硝烟、尘埃严重影响激光的传输,从而使激光制导武器偏离目标;空袭飞机上的激光发射器要不断发射激光,使激光始终照射在目标上,从而使空袭飞机较长时间暴露于防空火力之下,降低了生存能力;激光光束狭窄,搜索能力较差。
对激光武器的干扰:
其一,筑起防护屏障:施放能干扰激光束的宽波段烟幕;其二,欺骗式激光干扰;其三,设置充气式军事装备、车辆模型(其表层涂有能有效反射激光波束的材料),以吸引激光制导武器对其攻击,从而分散和消耗敌方的火力。其四,防患于未然:配置激光告警器重点
展开阅读全文