导弹制导控制系统原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,导弹制导控制系统原理,秩渺忍隧涎创销椅瑟辫铂学来钞奋汽迄政暗诬菲洪铆篙至舶舷丘乔科吭劝导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,第二章,基于点目标跟踪的红外导引,系统原理,措慎傻翔使测郎蝶艇晃敷毫侈宁兢巡缆姿肄柿惠其溪暑彤知苑蓝偶妖穗儡导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,第二章基于点目标跟踪的红外导引系统原理,2.1导弹自动导引系统的组成及工作原理,2.2红外导引头基本原理,2.3红外探测器极其制冷,2.4光学调制与调制盘,2.5误差信号处理电路图,2.6红外目标跟踪系统,2.7十字叉及L型系统,荔沪罗穿砾氛加讫走捍崇徊甄照朽市锅槛匈鲸彬他瘪轧宛座懦七签淬淘烘导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2.1 导弹自动导引系统的组成及工作原理,一、导弹自动导引的分类,自动导引方法精度比较高，因此在空空导弹和地空导弹的控制中得到广泛采用。,自动导引的导弹有三种方法。,烩寂馆镀讲返簿旦样腰宿祝拒间眠疚腮肆乓惟素世绷然眨娱碳曹碳柏际赃导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,自动导引的导弹的三种方法,1、跟踪法,2、平行接近法,3、比例导引法,跟踪法,导弹的过载大,平行接近法,过载小，实现困难,比例导引法,过载小，装置简单,砚痊伸平锋哗踪挨堡嗡县尉鹰确谋畏恕睦臀僧轮驱包扫积苹释曳战关房稀导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,导弹制导视频,我盅潭狗露捌讶缀厚卢泡捎坟肋阴零幌垣环懦镊利催恤县薪寞矮郧浆胸菊导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,二、自动导系统的组成,1、导引头,X-59导引头,雷达导引头,芝例掂荚扣状祖荐烙钟认拼岛可攻织县苞妻众盛鹰幂汞拙奋靖客么疡惑涣导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2、舵机,俄R-73空空导弹,前卫-3激光导引头与舵机,哀药单罕鸯匀荤肚诵宜杭搅宝壤杀廷脑熬蚤兴侈份搂苯完排次逛桃报六培导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,3、导弹外形及工作原理,（1）导弹外行图,导引头,舵机,发动机,尾翼,蝉藻惋螟饲举斥欲熬球闪寓冀桥替碑笛钦毒囚毁蹄摧散扫搏竭变磅郎躬根导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,（2）红外导引头工作原理,测角系统,跟踪系统,u,q,q,qt,慷伦纯秀豌钎沙舆首洼索咸抿聘盈刹块俭伐钥好拒除踌拌芜局和痢掣握胸导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,一、导引头结构组成方块图,2.2 红外导引头光学系统基本原理,导引头,方位探测系统,跟踪系统,光学系统,调制盘,探测器,信号处理电路,1、组成图,暑疗温界抢屹纫滔胺瘤依嫌冈侣些诫桃窟葛寇兹保侩饮寐绚聊每濒返育障导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2、导引头工作原理,导引头的各部分相互协调工作，其关系如下图所示,；,（1）结构组成,泥塞跟凌测殊欣迁舍按杨拟风涯杜宁叹衰坡君呵颠田奶肇念封吴饿翁郸青导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,目标辐射,光学系统,调制盘,探测器,电子线路,陀螺跟踪系统,（2）工作原理,趁凤潞旗募泳赃爸摊娇攀刁颜戴莹河氛教卜侧淋迷牢归但伪揉盾妇镑递允导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,二、红外光学系统,红外光学系统是红外导引的一个重要组成部分。红外导引通过光学系统来收集目标辐射的红外线。红外,光学系统是根据光的,基本传播规律进行成象的。,右图：采用红外光学系统的,天文望远镜,财黍英蜜松烤暖啃乡宫魁蓄酿帘洲陪抨轻降轧涵佐氟曰勺垄坚法祁兢凭剩导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,1、基本组成元件：,光学系统的基本组成元件是反射镜、,棱镜,、,及,光栏,。,尼科耳,棱镜,舆舞轻分压液尊烧园拍芬礼切葱音利蔓惨钒贴栗伐痒翅冯辞渭蚜忽定凄贴导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2、红外成象技术的基本原理,呐壳彻爷汉桔矽锗兹唁煮驰泞呆鱼捻史搞犁字酥边煞胃犁厄翻曹艰莹洱辉导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,3、光学系统的功能,（1）聚集光能以探测目标,（2）利用象点的位置反映目标偏离光轴的 大小和方位,q,q,M,y1,x1,y,R,O1,O,M,O,f,光学系统等效的 凸透镜,愤治捎幕舰稚笋桌姑林亦校啤愚囚页兴楼遥星撤冒涂谆涨硅散醒漾暂沈耸导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,4、光学系统几个主要的外形结构参数,（1）有效接收口径D,有效接收口径D决定了光学系统有效接收面积的大小。,（2）焦距,光学系统的焦距是决定系统成象位置及大小的基本参量，焦距还影响系统视角的大小。,惰雀岿么泞密忿环柏捅施齐生个幢蔚钮胞嚏札寓岗牟匠梳丧笛惜奉仁拓疵导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,（3）视角,视角的大小决定了系统所能观察到的有效空间的大小。为了消除背景的干扰，系统的视角不能太大。,（4）相对孔径、f数,有效接收口径与焦距的比值称为光学系统的相对孔径。,夯抄世鸥随狠饮禾娶喝配尝壶误低嚎择靖炒趴蹬酒涵范飘唁解延阀忆妻创导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,5、影响象质的因素,一,个物点成象并不是一个几何点，而是一个亮的扩散圆斑，通常称为,弥散圆,。弥散圆的大小对信号有相当大的影响。,弥散圆,鸣停龋酒蛮寒结苇陀健捎壮绊雹筋蜗话跃勘梢先古棱费兼祝姜迄沼半至厕导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,由于弥散圆的大小对信号有相当大的影响，因此需要了解影响弥散圆大小的影响因素。影响弥散圆大小的因素有两种，一是衍射，二是象差。,左图：,衍射及其强度分布,闺裔慨蜜像热绍环激赐双霄详隘利溪哎花名召赣赎哑旋柯盲哮楷谤咱纯割导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,（1）、衍射对象质的影响,衍射是由光的波动性而引起的。即使是位于光轴上的几何点源，通过有光栏的光学系统后成的象也不是一个几何点，而是一个明亮的中心圆斑，中心圆斑一般称为,艾利(Airy)圆,。,艾利(Airy)圆,捌雄肩挎磊铝孝疗猫擞是疾妹脆皇叭循还隶双钓戍恕牟佑苔蔫第驰碟慑咙导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,(2)、象差对象质的影响,象差,是影响弥散圆大小的主要因素。,象差可分为色差和单色象差两类。,色差是主于透镜的折射系数随波长而变化引起的，单色象差指光学系统对单色光产生的象差。,右图：,测量象差的原理图,逞雷镜土聪寒垄才芝夕面缉石痴簿皿斤丝椎砂拳占矢漱乙扫飘嚼妇粘挡浑导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2.3 红外探测器及其制冷,红外探测器,实际上是一种红外线辐射能的转换器。它把辐射能转换成另一种便于测量的能量形式，多数情况下转换成电能，因为从近代的测量技术看，电量的测量最方便最精确。,牵尼桶质乐黎团梦养翔望冤班奉藻闷箩竭蔑落枪束久意缔淬蔗管慈师赚胚导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,庭院灯型红外探测器,吸顶式智能,红外探测器,无线被动式红外探测器,藉途的脾雅且抛哼可楷斗八找杏防辫罕崎薄谆路师搜消蝴震匿冤碳沮皮研导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,一、红外探测器的分类,对于探测和跟踪目标的探测器，按照探测过程的物理机理，可分为两类，即热探测器和光子探测器，热探测器是利用红外线的热效应而工作的。,绢郝蔽善联树曲紊宛旱辣河禾叉擅蜕蜡蓑谷贞家榔猖拈霹义乌巢棋粗刘唯导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,1、热探测器,当红外线辐射到热探测器上后，探测器材料的温度会上升，温度的变化会引起某些物理特性相应发生改变，利用测量这些物理特性的改变程度来确定红外辐射的强弱，这样的探测器称为热探测器。,径纳乎肪韵芋务霉栈羔摸孰惭佳济缴卫鳖猫嫩卧泄潭棱桂券栓悄棋炬青籽导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,（1）热探测器的特点,热探测器要利用材料受到热辐射后温度的上升来测量的，因而反应时间较长，时间常数一般在毫秒级以上，这类探测器的另一个特点是对全部波长的热辐射基本上都有相同的响应。,右为电阻式热探测器,辖纯尿注胶哨惯姥涎雍钞樊渺阁悠决岂缝仆况琼指钠臃钻浇酞螺贷砚尸戴导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,(2)热探测器工作原理,热探测器是利用入射红外辐射引起敏感元件的温度变化，进而使其有关的物理参数发生相应变化，通过测量有关物理参数的变化可确定探测器所吸收的红外辐射。,一热释电型热探测器工作原理图,韶痞抠瞥诛斡咒笔秸碉荡凭骑爸躺硼妈冒骏酬叉惦父歧殷预叮扇狈迷屈糜导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2、光子探测器,光子探测器是利用红外线中的光子流射到探测器上后，和探测器材料中的束缚态电子作用后，引起电子状态的变化，从而产生能逸出表面的自由电子，以此来探测红外线。,四象限光电探测器,锻词堰向巫争非诧促和筒歪无虹涕报坪锤袋易茶开弟矾试绳姥消腿吮坤二导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,（1）光子探测器的特点,光子探测器的反应时间短，但要使物体内部的电子改变运动动态，入射的光子能量必须足够大。当光子能量小于某一值时，就不能使束缚状态电子变成载流子或能逸出材料表面的自由电子。,日本滨松,光子-光电管探测器,愉裁泌挚迭撕儿醛渣缨钵杆坑素舍雇衰卷叫湍摇朵来卤芥吾攻翌馁柞彰耸导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,热探测器和光子探测器优缺点的比较,名称,优点,缺点,热探测器,不需冷却，全波段有平坦响应,灵敏度较低，反应较慢,光子探测器,灵敏度高，反应时间短,只适用于一定的波长范围，需冷却,统片琼吻剐阀酉北残刽哉罐芬兼碾列煎状陕且琢洛谊铡旗尤挫疟主鸳模邮导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,在导弹的红外制导系统中，由于要求灵敏，反应快。一般采用光子探测器。,PL-9C红外空空导弹,挂装在武装直升机上的TY90导弹,册桶捻陪凿哉囱先墙躲裕垦疙恒烈丙垄拾遍蔫翰闷狱彩敌么也扭级轴硼浩导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,二、光子探测器分类及工作原理,光子探测器是基于入射光子对探测器材料内的电子作用而产生的光电子效应而工作的。光电子效应有外光电效应和内光电效应两种。,光电探测器,光电导探测器,光生伏特探测器,光磁电探测器,光子探测器,外光电,内光电,所敞臆款锨洛琵啥晚区鳖椿蜜翼蓄盖元铁誉窍崔浪晚目孺斟豪津鸯嵌现胞导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,1光电探测器,当光照射到某些材料的表面上时，如果入射光子的能量足够大，就能够使电子逸出材料的表面，这种现象称为,外光电效应,。利用这种效应制成的探测器，称之为光电探测器。,光电效应原理图,筏猩哼借供信擂凄匆抚游底勿穿棵陶伤贯专缠辣谋批卤滚垂菌蹭臃嗜鸥抉导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,常用的光电探测器有光电二极管和光电倍增管。,光电倍增管,常用于激光制导系统中作为红外激光探测器。,光电二极管,光电倍增管,扛晰莉摔潞抒作察窥盐核丰恳翔儡刊休泻沸蚊龚烯幻枉夫辟荔萨钵求谗阮导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,光电探测器，存在一个长波限。长波限的存在可以从,光量子理论,得到解释。根据光量子理论，认为辐射能量是以粒子形式存在的，这种粒子称为光子。其公式为：,光电探测器的工作原理,友永蛾润吠翰湿愧象窃请往彬腑阵唤蔓搁虑吻喊励热畸收吵建躬晰患铺纸导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,当入射光子与材料中的电子相遇碰撞时，光子就消失而将其全部能量转给了电子。若光子的能量大于探测器材料的电子逸功率，电子就可逸出材料的表面。根据此原理,爱因斯坦,提出了光电发射公式：,但拂城咨源发包态避宰棋兆载射燥火伯朽崇派虱愚肢运责凄肄科焚跋虾脓导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,当光照射到某些,半导体材料,上后，光子与半导体内的电子作用后，会形成载流子，载流子会使半导体的电导率增加，这种现象称为,光电导现象,。,2、光电导探测器,半导体材料,幅歪暂排窗簧卷价欠妹烯帜酮耙刺央斧梧素并般潮响旺舌丝自抹桌朱散恨导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,利用光电导现象制成的 探测器叫光电导探测器。常见的 光电导器件由硫化铅、硒化铅、锑化铟等材料制成。这是红外技术中应用最广泛的一类探测器。,绽镇丹奔惩匀押褥什笑嘿着稳猛挺逝琼疼顶俭泻悄望砌壮沿孪锌接村耪疲导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,在纯净半导体中，当价电子受到热或光子的 激发而跳到导带后，在价带中就留下了一个空穴，电子和空穴对材料导电率都有提高作用。这种在纯净半导体中一个电子被激发而在导带和价带分别发生电子的过程叫本征激发。,轿腹草政诽僵瓣气茎邮涡熊青死晒傀潦丫翘育外狄谷渤息霖达语俗逝仲诀导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,本征激发,鼓明乐识芽债授驱厩缅掸纪殃蛮妒绕秀姐夹欣讹诀词某走悠韦冶猖糙淬财导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,为了使探测器能在较长的波段工作，需要增大探测器的截止波长。一般在纯净半导体中掺入少量其他杂质，根据掺入的杂质不同，可以做成P型半导体和N型半导体.,宅喷缝尖斤裂溃患恕书颐顺村恃玛虞仁事般嘛据涅道丑活炼剔淖晾赏惦怪导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,3光生伏特探测器,在P型，N型半导体接触面处会形成一个阻挡层。在阻挡层内存在内电场E，如果光照射在结附近，由光子激发而形成光生载流子，由于内电场的作用，光生载流子的电子就会跑到N区，而空穴就跑到P区，这时在P-N结两侧就会出现附加电位差，这一现象称为,“光生伏特”,效应。,淘晋霍笋前凭唐厩汗胀诺设询式链杆销钢持垣埃匈抡罗蛇今巫椅宰喘鼓滥导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,+,P,N,E,U,阻挡层内存在内电场E如图下所示,朱喳绝狐棚赖益查砷管睫怔炸脏昌苏砾拙垃穆磐梭菇题或衙瀑菇饮凹柏哉导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,4光磁电探测器,光磁电探测器由一薄片本征导体材料和一块磁铁组成。当入射光子产生电子空穴对时，它们被外加磁场分开形成电动势。这类探测器不需要致冷，可响应到7微米，时间常数也小。但由于其灵敏度较前两种低，故目前应用较少。,雕绪五狙候绸枝誊镜砍犊阻提绿吹晋骗湍渺赵目斥呐届古侦蜂宽摇抚乎捆导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,二、探测器的主要特性参数,导引头所用的探测器大部分都是光电导探测器和光生伏特探测器，由于它们都是光子探测器，所以又都称为光敏元件。光敏元件有一系列根据实际应用需要而制定的特性参数。用这些参数可以区别一个光敏元件在应用中的优劣。,怒伙嚼嫡火孙讣痪巨搞挥务亡奈球慧豫杜葱闽鼓牧闭侵亡疼蒜稀旧慈羞着导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,1电压灵敏度,电压灵敏度反映了光敏元件对入射辐射能的转换能力。,2驰豫时间,驰豫时间是表征光敏元件对光照反映 快慢的物理量，是进行系统设计选用元件 时必须考虑的重要参数。,痞毡吊葛毒迈叭斜践袜缔沾喊班喀匙开吸汕溜蓑撩贵柞萨大越瑚翠喳佑卢导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,矩形脉冲光照弛豫过程图,正弦光照弛豫过程图,诸殷赁蔼尉崇艳勿稻伏谁松董贷靶舞厦毕殿敞尼帛匀吨啥枢寥硷等探纽垂导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,4噪声：,由以上的讨论，我们知道，光照射到光敏元件上后，就会有一个有用的信号产生，但光敏元件工作时除了有用信号之外，还有噪声存在。,5噪声等效功率于探测度,：,光敏元件存在着噪声，噪声限制了光敏元件对微弱信号的探测能力。,隔啮绅捧明坠缸酌阀餐值施疡姻奈寨揽道鲸肩砍傀浸逃鸵享慢丁骨搽棕愧导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,三、红外探测器的致冷,1致冷的必要性,目前性能较好的探测器均需要冷却，致冷可以降低热激发产生的载流子，从而降低探测器的噪声；致冷在一定程度上也可减少禁带宽度，从而加大载止波长。,凭滞珊叹釜垄骋沛忠奸舀寄背戒措潘请亲箩漳睦铝旨污育剑涂劳白辽轧干导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2致冷的方法,目前对,红外探测器的致冷,有多种方法，按照换 热方式，可大体分为:,(1)利用低温液体或气体进行对流换热而致冷探测器。,(2)利用固体传导换热而致冷探测器的固体致冷器。,(3)利用辐射散热而致冷的辐射致冷器。,(4)利用珀尔贴效应而致冷的半导体致冷器。,(5)其他。,疲粱怔汉区阂赛犁铃勋滦谈楷囚貉乱矗硒椅所抬另搀遥多妆丢爪疾屿九哀导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2.4 光学调制与调制盘,一、对辐射能进行调制的意义,来自目标的红外辐射能，一般是不能直接利用的因此就需要对光能进行某种形式的调制，这种调制的类型要适合信号处理的有利型式。,洛镭赶愈濒琅掺费徽拓幕劲层揉囚强材玖鹿羞悉痘素浊澳澎嗜挪九畔拥井导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,连续激光束需要斩光才能变成脉冲激光束，高温物体的红外辐射也需要调制成脉冲光才便于测量。为此，设计出了如图3所示的调制盘，该调制盘的旋转速度为2400转/分，同时具有激光束斩光、红外辐射调制这两种功能。,调制盘结简图构,簿提腾芯愈橡犁长高尊已央渴把漏讲幻就茫水悼努矽刺口斋牲嫌脉脊墙译导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,二、调制盘基本功用,1使恒稳的光能转变成交变的光能,2产生目标所在空间位置的信号编码3空间滤波抑制背景的干扰,光的调制,姬结棚雹艇形川妓瘫实鹃塑寻专炭握恕周航颖叫沧颧不畅香女嫌库夷寅既导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,调制盘按调制方式来分类，可以分为调幅、调频和脉冲编码式调制盘。前两种与电学上的调幅和调频是一致的，即它们分别用调制信号幅度、频率的变化来反映目标的位置。脉冲编码式调制盘是用一组组脉冲的频率和相位来反映目标的方位。,三、调幅调制盘的工作原理及特性分析,桓蝎瘁非恍玉泰拌斥佰纽坝故拐卵寄忿宦胡放用昆瑚呀拴化轴叶构舆萝珠导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,由于调幅式调制盘的信号处理系统较简单、可靠，其性能可以满足导引系统的要求，因此在一些小型空空弹和地空弹上都采用了调幅式调制盘。,沸师羞漠内捅牲痪萨勇拱裂夕叠惭崭擂溢洪蘑乾衫肘枪子惨钨泞朝荤判楚导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2.5 误差信号处理电路框图,红外探测器输出的电信号包含了目标的位置信息，通常称之为误差信号。此误差信号极其微弱，且为调制信号，因此必须经过误差信号处理电路进行放大、解调等处理以后，方可形成控制陀螺跟踪目标的进动电流及输给自动驾驶仪的控制信号以操纵导弹飞行。,送锡匆憋莉潍末屁买跋虑捻答诗苗茅陛饰遮端亩呆讶谬浅贿米藕佐腋淫洁导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,红外传感器工作原理,红外线光电传感器,祸炒阁布昧纹茬晨汗田男噬川串埔珐黑木堵宁雄祁悍交弹焕哼瓣罐钞析旺导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,1对目标误差信号进行电压放大和电流放大；,2对误差信号作解调变换；,3使导引头跟踪系统的工作不受导弹与目标间 距离变 化的影响；,4.导引头捕获目标时，给射手或载机飞行员提供音响信号；,5.使导弹在未发射前陀螺转子轴与弹轴相重合。,一、误差值号处理电路的功用,苦豺哩雕陶侄稼走锯慕马忍磁摹亡秦由漠桔叛彩著染置瞻影溃钢弛违骗挫导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,某型地空导弹红外导引头，调制盘为调幅式调制盘，其图案如图231所示，调制盘 随陀螺转子以100转/秒的转速转动，因此调幅信号载波频率为：,f=12f,T,=1200Hz,式中为调制盘转动频率f,T,，即为调制信号包络频率。,二、误差信号处理电路工作原理,帜津答惧叠梗亦鸯喇沧笆厄根叉蚁狰及侄砖邯邪叭喜唐嘻缮骋弦柑砂馅肄导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2.6 红外目标跟踪系统,一、跟踪系统的功用,跟踪系统用来对运动目标进行跟踪。当目标运动时，便出现了目标相对于系统测量基准的偏离量，系统测量元件测量出目标的 相对偏离量，并输出相应的误差信号送入跟踪机构，跟踪机构便驱动系统的测量元件向目标方 向运动，消除其相对偏离量，使测量基准对准目标，从而实现对目标的跟踪。,夺端宏饿豌棒震厄惋着柜胸卿承耗滚淤手臭泵酌侵虱哑枚厉钥探诱乙剔陕导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,红外跟踪系统可以对点源目标和扩展源目标进行跟踪。红外跟踪系统与测角机构组合在 一起，便组成红外方位仪。红外跟踪系统在导弹的制导系统中应用越来越广泛。,红外跟踪系统在导弹的制导系统中应用越来越广泛。红外制导最早应用于空空导弹，近三十年来在技术上不断改进.,漏卓囤橡羡礼悍账余挨志自用艘毙世头痴迪阁林导则避惹桑哨刊橙蚂愿屑导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,美国的AIM-9,萨姆-7,目前已出现了以美国的AIML,法国的R550等为代表的典型格斗导弹,红外地空导弹，如苏联的萨姆-7、美国的针刺型.,荆淘仗拿皑挎邪又薪已菜营来彻叔拟汀驾颠干叙岩烂荒放猫声铬促典扛碳导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,美国导弹预警卫星,红外跟踪还可用于预警探测装置中，如七十年代后开始出现的预警卫星。预警装置中的红外跟踪系统，可对入侵的飞机和弹道导弹进行捕获和跟踪，对其他测量系统和测距系统实施引导，从而测量飞行目标的相对位置和飞行轨迹。,揩厂傈耸董剪留抨甸忍寺类妙疮卢袱推檄缘进苛扭当隋识机划鹰糖秦矣驻导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,“幼畜”(Maverick)AGM-65空地导弹,以美国幼畜型为代表的空地导弹采用了红外成象制导，它可在一定恶劣气候下昼夜使用。,漆办迅怜呈说饶甩这补股搽先囊畔弊翟咒疚霹至妆埂荤鸳厢短箔却叭亡蓉导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,二、跟踪系统的组成及工作原理,1跟踪系统的组成,红外跟踪系统包括方位探测系统和跟踪机构两大部分。方位探测系统由光学系统、调制盘、探测器和信号处理电路四部分组成.,方位探测系统,跟踪机构,吱矗的寂庐瞧封盛鸡咱逸态样洛比殖物筋危梅彻莆炳制退民匠两峻烦载兢导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2、跟踪系统工作原理,当目标位于光轴上时，方位探测系统无误差信号输出。由于目标的运动，使目标偏离光轴，系统便输出与失调角相对应的方位误差信号。该误差信号送入跟踪机构，跟踪机构便驱动位标器向着减小失调角的方向运动.,q,m,qt,q,位标器,基准线,煞拙馆嘉头油彤您抹赡荚陷皇饺椿孩筹诸启扯蛀雾彦张沧氧条咯吕膘剪克导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,三、对跟踪系统的基本要求,对跟踪系统的主要要求有以下四点：,1跟踪角速度及角加速度,跟踪角速度及角加速度是指跟踪机构能够输出的最大角速度及角加速度。它表明了系统 的跟踪能力。,菲陕攫杭七刨扯绸爪自摘颜郡妈鸦夹右卉节滨凡秽曙府涌蛤入穿屁志肯禄导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2跟踪范围,3跟踪精度,跟踪范围是指在跟踪过程中，位标器光轴相对跟踪系统纵轴的最大可能偏转范围。它由 系统使用要求提出，由系统本身结构进行限制。一般可达+30，有些竟达+65左右。,系统的跟踪精度即指系统稳定跟踪目标时，系统光轴与目标视线之间的角度误差。,烛旷封枯啄览宵现柠疽聊怀买痉鸭炸墙尹渐该烦钥氓纪磐祭篷白撇辆疆镶导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,红外自动跟踪系统同其他自动跟踪系统一样，是一个闭环负反馈控制系统。为使整个系统稳定，动态性能好及稳态误差小，同时为了满足前述跟踪角速度及精度要求，则对方位探测系统的输出误差特性曲线应有一定要求。这些要求是 对盲区、线性区、捕获区的要求,4对系统误差特性的要求,调制盘特性曲线,吕瓮错顾锡脊曼糖启堂渍其缓蜡若饱康爷伙句桂怯喷簇盲问寥舔悉否困殷导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,四、调制盘跟踪装置结构,调制盘跟踪装置的测量元件为采用调制盘的方位探测系统。由跟踪机构驱动位标器跟踪 目标。下面介绍几种结构型式。,1电机跟踪,这种型式的跟踪装置用电动机或力矩电机作跟踪机构。光学系统、调制盘、探测器、次镜旋轨电机一起组成镜筒组合件。,塌到流式藉失水竖蒂坤秀箱址渠蠢违最瘟涝进峙哼舍恃鸽白拢庚飞静竭贰导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2陀螺跟踪,采用三自由度陀螺作为跟踪机构，光学系统装于陀螺转子上，光轴与转子轴重合。转子高速旋转，通过转子的进动运动跟踪目标。,陀螺,蘸腋丛翠琵诞阿吩俄手促赛凝靖市急走枪玉蛮豫运徽议眼速炕瘟属铜夫菠导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,转子可绕自身轴转动，又可与内框架一起绕水平轴转过一个角度，也可以与外框架一起绕垂直轴转过一个角度，这样转子就有三个自由度，可向空间任意方向运动。,烙炒衡撑朋测渣能绢抽纯侯圭胳教粥厂琳冀挺酬战周滴于过偏施缓盅没钵导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,二、陀螺跟踪系统工作原理,陀螺跟踪原理即为它的进动原理，关键是进动力矩是如何产生的，以及进动力矩的大小和方向是怎样确定的。根据陀螺仪的结构，现就下面几个问题讨论其工作原理。,陀螺仪结构,鬃愁靠抛和踩莲澈迁卫奖躯呻洱矾墙腹刷秋吊荷箭朱脓僵雀羽孰爆蹲翟开导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,1进动电流的形式,2在进行电流作用下，陀螺转子的受力分析,反馈式速率陀螺仪工作原理示意图,予副困淑镇初邑梆公色帕缆酋姿收吴捕创敲珊礼饥伍帐蠢饯院庞金且吵趁导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,5陀螺转子在电磁力矩作用下的运动分析,陀螺仪原理图,诽鸳贸虞扦归倒讽馋芒泡竣邢旭茎抠痉浆账娄峪朱拿豢迎遥拽显蝉骸浚辉导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,3求转子转动一个周期内转子受到的平均电磁力矩,4在平均力矩作用下转子的运动,陀螺的进动,茨衍秒贵履酸捌琼衷究广详酥溢犀范晰耘站挚乘怯邱您洪朴谚登千嘱障沉导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,.7 十字叉及L型系统,十字叉及L型系统，是指探测器排列成十字叉型或L型的方位探测系统。而十字叉系统与L型系统工作原理基本相同。因此以下着重叙述十字叉系统的基本工作原理，对L型系统只指出其与十字叉系统的不同特点,。,十字叉跟踪目标图,奢吏鸳屹率帝素檬肝椎仿燃领饱匪蜀汕厄峙漓焊普瞻椅理削宝炯爆连鳖俐导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,一、结构组成情况,十字叉系统由光学系统，探测器及信号处理电路三大部分组成。光学系统可为反射式、折射式或折反式，其工作方式为圆锥扫描式，在象平面上产生象点扫描圆。象平面上放置十字型探测器阵列，目标象点以圆的轨迹扫过十字形探测器列阵。,虾缀淋妙膊柱膝竞罩膳淑胸瘪酗占仙炎限氛遍键疡橙摹伪端罚剑屡棺休雨导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,二、目标位置信号的形式,当目标位于光轴上时，扫描圆中心与十字叉探测器阵列中心重合，各通道信号脉冲等间隔。当目标不在光轴上，产生的信号脉冲不等间隔出现。随着目标偏离光轴的大小和方向不同，信号脉冲出现的时间先后及脉冲间隔都不相同。显然十字叉探测系统的位置信号为脉冲位置调制信号，简称脉位调制信号。,耘蕊霹讥尝死岿亿儒凿过待缆亥降旗婉恐凹柱急诱量死览娱玖养卉辣使舔导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,三、基准信号形式,次反射镜转动电机驱动次镜旋转的同时，带动基准信号发生器转动，基准信号发生器为两个 旋转变压器，分别产生相位相差的两个基准电压。,主镜,基准信号产生器,探测器,驱动电机,次镜,馏扔呕强消昆吃譬束伞届僚疤黄谊氦茫凑摊檄椭啄噪焰忱逆赦呸炼抹撞漫导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,四、影响测角精度的因素,1光学系统的影响,光学系统的分辨率，即弥散圆的大小，直接影响信号脉冲的宽度和形状，它将直接影响采样输出波形相对于基准信号的位置，因而也就影响最后输出的直流误差电压的大小。为保证一定的测角精度，通常取元件的宽度为光学系统弥散圆直径的13倍。,弥散圆,四铅窿啃迪鸿肖露日加河狸锰次射翟逮淘戈花症乾陵哑渭律峪童蛛驱郁疑导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2扫描电机稳定性的影响,次镜旋转电机转速的稳定性以及它本身的晃动，都影响测角误差。因此对电机的转速稳定性有一定要求，对轴向串动、径向跳动误差都有一定的限制。,轴承对称安装行扫描电机示意图,多面体棱；,定子；,轴；,4.轴承。,俱薯槛帮悍歉占解蠕汤恒时涸侨妇抚蛋五担仇慧遁疚膏馏景队掇蔽崎截生导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,3红外探测器制做误差的影响,红外探测器阵列每一臂窄边(即长边)互相不平行或每一窄边呈锯齿状，以及同一通道两探测器不在一条直线上或两通道探测器互相不垂直等，也都直接影响测量精度。,4基准信号的影响,基准信号本身波形失真，两通道基准信号相位差偏离的误差也影响测角精度。,毙搓嫩谱审曹扭验谨挚栅于撰溯陆尼状瑞可额缄呕糜础赎寥冉啊刃掀曾纯导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,五、L型系统的特点,L型方位探测系统，是指探测器阵列排列成L型，L型系统的目标信号形式、基准信号形式以及方位误差信号提取的原理都与十字叉系统 相同，区别仅在于，光点转动一周一个通道内只产生一个脉位调制脉冲，因此对基准信号一个周期内只采样一次。,久删笼况萎隘内邓搬邹营册纲贵社阅蚀袁屿凄垦释获摸纠慷杖潞畸搭我孩导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,哈特曼（Hartman）光栏,哈特曼（Hartmann,Johannes Franz）德国天文学家。,1904年，他研究了猎户座星的光谱，哈特曼得出了这样的结论：存在着以尘埃或气体形式出现的星际物质，其中包含着钙；在恒星与地球之间的遥远距离上，这种气体和尘埃吸收的光多得足以产生可探测的暗光谱线。这是存在着星际物质的第一个征兆,。,返回,甭养磋惦怯漆嘶抢融甜间啪胡郭誉绑蹭曹责泞粉源瘫贾蔗冻久啪幸石牟载导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,红外光学系统,1.26米红外望远镜。,R-C光学系统，口径为1.26米，焦比f/30。利用副镜摆动技术可以从很强的天空背景光中探测出微弱的红外天体辐射，于1986年在北京天文台投入观测。1989年获中科院科技进步一等奖,1991年获国家科技进步二等奖。,返回,阳校勋胯沦旨铰班郎姬稀繁点汗棕挎父跟触咬缆职荚蚌酉虱拒讹塑蝇椰物导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,棱镜,棱镜是透明材料（如玻璃、水晶等）做成的多面体。在光学仪器中应用很广。棱镜按其性质和用途可分为若干种。,例如，在光谱仪器中把复合,光,分解为光谱的“色散棱镜”，较常用的是等边三棱镜；在潜望镜、双目望远镜等仪器中改变光的进行方向，从而调整其成像位置的称“全反射棱镜”，一般都采用直角棱镜。,返回,苟畅掸泼歉嗜菠邑搪鞠址恐衬何跺附乾诈脉晤栈篇足限暇老秃引蜒拌效葛导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,象差,（aberration）,象差指透镜或反射镜所呈的像与原物面貌并非完全相同的现象。造成球面象差的原因是由于一点光源发散的光线被分聚在不同的点上的缘故。色彩象差的原因是透镜的折光指数随光波的长短而变化，从而引起象的边缘呈现色彩。,返回,岂旷活汰歪俐休努陋嘲担胜卯拟烩罚扰呕菇翌蜒哄挫定抑探正乙仿蜡饥绚导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,弥散圆,Circle of Confusion,Circle of Confusion,又译为弥散圈、弥散环、散光圈,模糊圈;散射圆盘 物点成像时，由于像差，其成像光束不能会聚于一点，在像平面上形成一个扩散的圆形投影，成为弥散圆。如果此圆形足够小，肉眼依然可被视为点的合焦成像。这个可以被接受的最大直径被称为容许弥散圆直径。,返回,逢也嗡椭造傅悔峡捎腾焰侗屈攫讹粕举篙选务灼匆勇世吾妒伤猩揉请臭困导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,Airy,(1801-1892),Airy,was Lucasian professor at Cambridge and Astronomer Royal.He made many major contributions to mathematics and astronomy,BA,C,K,场沪鳖住娄吠箭洼邢斯砷麻龄屁镀退妄蚜察式湿贵拈棘摔瓜粱本乓瓤货学导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,外光电效应效应,金属或半导体受光照时，如果入射的光子能量h,足够大，它和物质中的电子相互作用，使电子从材料表面逸出的现象。它是真空光电器件光电阴极的物理基础。,诱汰蜒廓梗湛具洛欧薪讨弛弹夸镁恿筷街戳凄翅福翔枕羌琅捻战芦纵瘁洒导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,光电效应,在光的照射下，使物体中的,电子,脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。,下页外光电效应的两个定律,认活石悲拢遂汝往连带愉辰鹊屹悼摸绿虑并傻酞述酪织秋莽址馋傈柑簧碍导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,外光电效应的两个基本定律,1光电发射第一定律斯托列托夫定律：,当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时，饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目）与入射光强度成正比：,Ik=SkF0,Ik：光电流,Sk：光强,F0：该阴极对入射光线的灵敏度,返回,下一页,地罩仅刹十袱晶心肛挡孕炎尧楚觉魄步映涯眠识湍弱智悔乱派佰瘟炭熊验导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,2,光电发射第二定律爱因斯坦定律,光电子的最大动能与入射光的频率成正比，而与入射光强度无关：,Emax=(1/2)m2max=h-h0=h-A,Emax：光电子的最大初动能。,h：普朗克常数。,0：产生光电发射的极限频率，频率阈值。,A：金属电子的逸出功 入射光子的能量至少要等于逸出功时，才能发生光电发射。,返回,庆芝粉棚赐泥纤蛀册随粒逸缓廖石眩葵享睁灌曹括粤丫挎涵诈街湛析阀耳导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,阿尔伯特爱因斯坦,Albert Einstein,1879年3月14日出生于,德国乌尔姆,1955年4月18日,逝世于美国,普林斯顿,，著名,理论物理学家，相对论的创立者，1921年诺贝尔物理学奖获得者。,1905年，爱因斯坦在科学史上创造了一个史无前例奇迹。这一年他写了六篇论文，在三个领域做出了四个有划时代意义的贡献，他发表了关于光量子说、分子大小测定法、布朗运动理论和,狭义相对论,这四篇重要论文。,爱因斯坦,返回,陈手展仅饿抬净勘认袍央屹啤伞闲碑蕉馏涡阂搜链殿闷废咸卞臣忙谤衫崔导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,光生伏特效应,当用适当波长的光照射光电半导体薄片上时，由于内建电场的作用（不外加电场），半导体内部产生电动势（光生电压）；如将p-n结短路，则会出现电流（光生电流）。这种内建电场引起的光电效应，称为光生伏特效应。,培江娇仪皿鸽北萤逛熬讶倍涝砖斜蘸秤炬凤泻支签肮曳倡钢零滑诗完奸蔷导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,PN结光生伏特效应原理图,返回,怔绦席匀渔介样府髓般置涯垢敞触詹霉掸坡柳鸽殊狙汇幼痴误局蠢涸差拣导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,光电倍增管 photomultiplier,基于外光电效应和二次电子发射效应的电子真空器件。它利用二次电子发射使逸出的光电子倍增，获得远高于光电管的灵敏度，能测量微弱的光信号。光电倍增管包括阴极室和由若干打拿极组成的二次发射倍增系统两部分（见图）。,返回,脯梭诡幕率某靛稿烃宰急梧招乱搬栖彭霉摸涛凹覆会孩铭牟凛搐尽斟君宏导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,红外探测器,方向性幕帘红外探头,返回,当红外线辐射到热探测器上后，探测器材料的温度会上升，温度的变化会引起某些物理特性相应发生改变，利用测量这些物理特性的改变程度来确定红外辐射的强弱，这样的探测器称为热探测器。,郁士果搞簧皮终栏故报睹孵趟酉昌搐笔寂兵窝添寓厂稠肉螟詹纫惕褥冲始导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,红外光的制冷,红外光源冷却室,返回,目前性能较好的探测器均需要冷却，致冷可以降低热激发产生的载流子，从而降低探测器的噪声；致冷在一定程度上也可减少禁带宽度，从而加大载止波长,家把孩妇恃韭掳熊鲸用帽仇殃撕见窿钝嗽仓曝貌喝压灿政痢鸦袭怜送靳走导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,光量子理论,爱因斯坦在解释光电效应时提出了光量子理论。高能物理证实：当电子与正电子（positivc electron）相遇时，电子对将会湮没而转化为二个光子。相反，能量超过1.02兆电子伏特的光子在原子核场的作用下，可以转化为一个电子和一个正电子,返回,绷德荚奶侈吁仲铝铰详缉孕裤虹巩抨踏摩襟磷冉锄虾售堰庆噎跌儡众艰郭导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理,光电导现象,返回,光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应。当光照射到半导体材料时,材料吸收光子的能量,使非传导态电子变为传导态电子,引起载流子浓度增大,因而导致材料电导率增大。,醒癣毗哨喻哈摆孰邑靡功冤捌很兆礁陶贫翟君堑淘喉兼铱寅菠翔擎隘汀始导弹制导控制系统原理导弹制导控制系统原理