一種電視成像制導模擬設備的設計與實現

陳文博　陳凱　岳修正

摘 要：為了解決光電干擾效果評估中閉環制導模擬的需求，設計一種電視成像制導模擬設備，在普通電視成像制導導引頭的基礎上，對各功能模塊進行功能改進，增加多種抗干擾功能及工作模式和性能參數的在線切換功能，具有較好的通用性和可擴展性。

關鍵詞：電視成像制導；制導模擬；伺服穩像；目標跟蹤

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0034-03

Design and Implementation of a Kind of TV Imaging

Guidance Simulation Equipment

Chen Wenbo Chen Kai Yue Xiuzheng

（The 27th Research Institute CETC，Zhengzhou Henan 450047）

Abstract： In order to solve the interference Photoelectric Effect Evaluation closed-loop simulation needs guidance， designed a TV imaging guidance simulation apparatus， based on the common TV imaging Seeker on the various functional modules feature enhanced with a variety of antijamming online mode of function and performance parameters and switching functions， with better versatility and scalability.

Keywords： TV imaging guided；guidance simulator；servo stabilization；target tracking

近年來，為了應對精確制導武器的威脅，人們研制出了各種光電無源、有源干擾裝備，如何科學地檢驗、評估這些干擾裝備的性能和干擾效果是光電對抗裝備發展過程中必須解決的問題。采用全過程數學仿真方法，成本較低，可重復進行，但難以建立具有說服力的數學模型；而采用實彈打靶方式可信度較高，但耗費過大，有限的實彈打靶訓練很難對干擾效果作出全面測試[1-2]。

電視成像制導模擬設備是一種精確制導對抗對象模擬設備，以改進的通用電視成像制導導引頭，模擬典型電視成像制導導引頭工作過程，配合輔助設備，構建實物模擬平臺，在光電對抗試驗中，可搭載飛艇、無人機等不同平臺，實現光電無源、有源干擾效果的外場開環或閉環評估試驗、內場仿真閉環干擾效果評估試驗[3]。

1 工作原理

電視成像制導模擬設備主要由電視攝像機、信息處理模塊、伺服穩像平臺、顯控終端等組成，如圖1所示，設備的主體是電視成像制導導引頭，采用經過改進的真實導引頭，通過切換不同的工作體制、性能參數和目標搜索跟蹤算法，使模擬與真實導引頭最為接近。

外場試驗時載機由無人機或飛艇模擬實現，顯控終端通過空地鏈路對導引頭進行實時操作。閉環試驗中，可以利用無人空中平臺擔當發射后的導彈飛行的模擬任務，待導引頭進入目標跟蹤狀態后，飛行平臺接收和分析導引頭送出的導引信息，按照預定的制導率，對其飛行姿態進行相應調整，模擬導彈飛行彈道，此時光電干擾設備可對空中的模擬導引頭實施光電干擾，飛行平臺持續對干擾的全過程進行導彈彈道飛行模擬，從而實現干擾效果或戰術訓練效果的評估和分析等[3]。

試驗時，飛行平臺在一次模擬攻擊后可以拉起進入再次模擬過程，一次試驗可以進行多次驗證，獲取大量的試驗數據。

2 系統組成及硬件設計

2.1 系統組成

設備從結構功能上分為電視成像制導導引頭和顯控終端，電視成像制導導引頭內集成了電視攝像機、伺服穩像平臺及信息處理模塊。設備的組成示意圖如圖2所示。

2.2 硬件設計

2.2.1 電視攝像機。一般導引頭的光學鏡頭，要求具有高透過率、高靈敏度、高雜光抑制比、小型化、抗機械振動性能好等特點；同時，為了兼顧模擬多種導引頭不同視場的需求，設計了高倍率連續變焦光學系統，同時保證變焦過程的光軸一致性，光學系統的視場范圍可根據試驗任務需要進行設置。所以，本系統中電視攝像機由光學鏡頭、調光機構、調焦機構、聚焦機構、CCD攝像機及自動控制電路等部分組成，如圖3所示，其中自動控制電路是電視攝像機的核心電路，一方面接收外部命令產生電機驅動信號，驅動調焦、聚焦機構完成調焦、聚焦動作；另一方面，依據成像情況產生調光驅動信號，驅動調光機構實現自動調光。

2.2.2 伺服穩像平臺。伺服穩像平臺采用雙軸穩像平臺，主要包括萬向支架、力矩電機、角度傳感器、速度傳感器、控制器等部分，是導引頭空間搜索、跟蹤目標、克服載體擾動的具體執行機構。萬向支架由內環和外環兩個框架構成，分別對應俯仰和方位兩個方向的運動，框架由電機驅動，速度靠陀螺探測，由俯仰和方位軸上的角度傳感器測量角度，控制放大器結合系統工作狀態、操控指令等參數控制導引頭的搜索、跟蹤及光軸的空間穩定，如圖4所示。為了滿足模擬多種導引頭不同的動態跟蹤性能，本文在擴大結構框架角的同時，將搜索范圍、最大角速度、跟蹤精度等多個性能指標設置為可調節模式，可根據試訓任務的不同，設置最為接近模擬目標的性能參數。

2.2.3 信息處理模塊。信息處理模塊為了達到模擬多種導引頭的目的，其所采用的圖像處理算法、目標識別方法及反對抗策略等要比真正裝備的導引頭種類更多，信息量更大。所以，本文采用百萬門級大規模FPGA與高速DSP相結合的技術構建柔性硬件平臺，實現多種A/D分辨率實時切換及多種算法的實時運算，同時具有體積小、重量輕、高可靠性及擴展性的優點。硬件框圖如圖5所示。

2.2.4 顯控終端。顯控終端是整個設備的信息交互及操控中心，集成了控制、通訊、顯示、記錄、分析及供保的絕大部分功能，主要包括顯示器、操控臺、工控機、數字錄像機、時統終端、電源轉換及UPS等設備。

3 主要軟件設計

3.1 綜合顯控軟件

顯控軟件接收來自上位機、各單元模塊、操控設備、各輔助設備的指令、狀態、圖像及各類信息，并向各單元分發指令，具備設置整個設備工作模式和參數調整，控制系統工作，顯示及記錄設備工作狀態，顯示及記錄圖像信息等功能。

采用Borland C+ Builder 6.0開發平臺，主界面采用基本對話框形式，內嵌子對話框調用菜單，在顯示視頻圖像的同時完成圖像存貯、系統狀態數據存儲、串口通信功能等。

用戶主界面上半部分為電視跟蹤復合視頻、系統工作模式、試驗方式、運行狀態等狀態信息，下半部分為系統工作模式、跟蹤模式、伺服工作模式等參數的設置界面。

3.2 多通道目標信息處理軟件

目標信息處理兼容多種圖像分辨率，采用多通道并行工作及指令切換的方式，涵蓋幾種典型的圖像分割與跟蹤算法，具有實時切換、擴展靈活和仿真程度高的技術優點，軟件流程框圖如圖6所示。

目標信息處理模塊首先對輸入的標準模擬制式視頻圖像進行數字化處理，圖像數字化后進行濾波、增強等預處理，去除圖像中的固有及轉換噪聲，然后采用幾種典型的數字圖像處理技術對目標進行分割、跟蹤。基于對比

度檢測的質心跟蹤、邊緣跟蹤和基于特征矢量的特征匹配、基于相似性度量的相關匹配通道并行工作，性能各有優劣，資源信息共享，可由用戶根據工作環境實時切換，也可在智能決策器的控制下完成目標識別及跟蹤功能。

4 結語

文中從光電干擾效果評估需求出發，提出一種電視成像制導設備的模擬方案，在普通電視成像制導導引頭的基礎上，針對結構組成、攝像單元、伺服單元、信息處理模塊及系統軟件都進行了功能改進，增加了多種抗干擾功能，設計了工作模式和性能參數的在線切換功能，實現了對多種電視成像制導導引頭的有效模擬，具有較好的通用性和可擴展性。

參考文獻：

[1]高衛，黃惠明，李軍.光電干擾效果評估方法[M].北京：國防工業出版社，2006.

[2]孫希東，王彩英.復雜電磁環境下反艦導彈導引頭試驗評估研究[J].飛行器測控學報，2010（3）：88-91.

[3]高衛，孫奕帆，李娟，等.一種用于干擾效果評估的閉環制導模擬方法[J].飛行器測控學報，2014（5）：458-462.