基于標校望遠鏡的裝備標校系統的設計與實現

周俞

(中國人民解放軍91245部隊,遼寧葫蘆島 125001)

1 引言

導彈、飛機等空中目標的軌跡數據主要由測量控制站的測角、測距、測速等數據推導而成[1-3]。其中測角的數據精度主要由天線的技戰術性能決定,天線的技戰術性能在研究成型后就已經固定不變,但在環境、溫度等因素長期改變下,角度零值和光電差等會有變化,直接影響測角數據的精度[4-5]。因此,在實際應用前,應對天伺饋系統進行光電標校。

圖1 標校電視系統結構方框圖

2 系統組成

標校電視系統的主要功能是完成測控系統中的遠近場標校、目標監視、時鐘顯示和實時圖像攝錄等。系統標校主要是天線的光、電、機械軸標校和跟蹤天線的角度、距離零值標校。

標校設備主要由標校電視、s波段信標機、校零轉發器、專用標校板、工裝設備等組成。標校電視系統由光學望遠鏡(包括兩檔定焦望遠鏡、彩色攝像機)和標校計算機(CPCI工控機)兩部分組成,結構方框圖如圖1所示。

3 工作原理

光學望遠鏡由光學系統(兩檔定焦望遠鏡)、頭部控制小系統、彩色攝像機、高速數字信號處理系統四個模塊組成。

3.1 攝像機選型

型號:1/2英寸,BOSCH LTC0610/11C,低照度彩色攝像機;幀頻;25C/s;制式:PAL制式;視頻輸出:模擬輸出,1VP-P,75Ω;分辨力:540 TV Lines;靈敏度:0.23Lx。

標校電視的光學系統結構如圖2。透射式分檔變倍光學系統,光學系統設計口徑D≥80mm,焦距為100mm/500mm連續變焦。該結構利用負透鏡(調焦鏡組3)來有效地縮短筒長。系統中采用了自動光圈2和相機的電子快門實現自動調光方式,保證系統的成像質量;采用手控電動的方式,通過前后移動調焦鏡組3并從圖像顯示器上可直接觀察結果,滿足距離調焦和溫度調焦的要求;通過電動控制小倍率鏡組5的移出和移入,分別滿足系統的長焦距和短焦距要求。

圖2 光學系統設計結構圖

圖3 機械設計結構圖

圖4 信號處理系統結構圖

3.2 機械系統設計

機械設計的設計思想主要在整機的耐環境設計中具體描述。以下是機械設計的結構如圖3。

高速數字信號處理系統結構示意圖如圖4所示。

高速數字信息處理系統由DSP處理板、編碼接口板兩塊電路板組合實現,該系統放置在光學望遠鏡的箱體內,通過RS422與標校計算機進行通訊。DSP處理板完成標校電視系統的信號處理功能,編碼接口板承擔DSP處理板對外的數據傳輸以及提供電源的二次穩壓給DSP處理板。該視頻編碼板放置在標校計算機內,采用CPCI的系統結構。

4 系統軟件設計

標校電視操控管理系統的操控界面如圖5所示。點擊連接顯示后該按鍵顯示為連接中,左下方為視頻顯示區,顯示網絡視頻流或本地保存的視頻文件。右下方的狀態顯示區顯示電路板的工作情況。四個指示燈分別對應為頭部控制,圖像處理,天控器和編碼器。綠色表示正常,紅燈表示工作不正常,需要維修。右方的控制區分為三部分,從上至下分別為圖像記錄檢索回放區,鏡頭游標控制區系統控制區與狀態顯示區。圖像記錄檢索回放區各按鈕對應功能如下:“連接顯示”:點擊后按鈕顯示為“連接中”,同時在圖像區顯示視頻圖像,此時可以在圖像區鼠標左鍵選擇游標位置。“記錄”:點擊后開始存儲視頻,按鈕顯示“停止記錄”,視頻存放位置在“路徑設置”中選擇的文件夾下。點擊“停止記錄”,結束存儲視頻。“播放視頻”:點擊后結束網絡連接顯示(如果運行),選擇播放本地保存的視頻文件。播放按鍵可以按照1倍速、2倍速、4倍速、8倍速對記錄下的圖像進行播放。“路徑設置”:選擇網絡視頻的保存位置。鏡頭游標控制區包括“變倍”、“調焦”、“調焦”、“調光”、“調光”,游標上、下、左、右移動四種游標控制鍵。狀態顯示區包括“頭部控制”、“圖像處理”、“天控器”、“編碼器”四個主要部分工作狀態的顯示。

圖5 軟件運行界面

5 結語

該標校系統已成功應用在《某型機動式統一測控系統研制》及《某型遙測設備適應性改造》項目中,在某型遙測設備中進行系統標校工作。系統在標校望遠鏡等硬件基礎上,基于VC++開發了標校電視操控管理系統軟件。實現了測控系統中的遠近場標校、目標監視、時鐘顯示和實時圖像攝錄等功能。實踐表明, 系統設計合理,工作可靠,自動化程度高,具有較強的實用性,滿足了自動化、通用化、模塊化的設計要求,本系統的研制取得了成功。

[1]謝瑞宏.機載光電平臺伺服系統穩定與跟蹤控制技術的研究[D].中國科學院長春光學精密機械與物理研究所,2017.

[2]沈炅.考慮約束的電液伺服系統非線性魯棒控制策略研究[D].南京理工大學,2017.

[3]梁勇飛.基于自構建神經網絡高精度交流位置伺服系統研究[D].南京理工大學,2017.

[4]孫嘉峰.基于海基平臺的伺服系統高精度跟蹤控制算法研究[D].南京理工大學,2017.

[5]時軍.高速直線伺服系統的學習前饋控制算法及諧振抑制研究[D].浙江理工大學,2017.