模擬激光制導實驗系統的設計

王懷立 季冠伯

摘? 要：傳統的激光制導設備的成本昂貴，體積龐大，在實際的教學中適用性不強，非常繁瑣，不方便教學活動的開展，并且教學效果較差。在此背景下，本文介紹了一種新的模擬激光制導實驗系統，它通過探測模塊探測激光照射模塊發射的激光信號在目標位置處形成的光斑，并由主控制模塊識別光斑在探測模塊視場中的位置信息，從而控制轉臺連同設置在轉臺上的探測模塊轉動，調整探測器的方位，使得探測模塊視場中心點與光斑重合，完成激光制導的模擬過程，整個過程簡單，相應迅速，指導精確度較高，非常適于教學，具體極佳的教學效果。

關鍵詞：激光制導;實驗系統;研究;模擬

1 概述

激光制導技術和各種激光制導武器已有40多年的發展歷史。最早的研究工作是美國陸軍導彈司令部在1962年開始的，1964年已在實驗室完成了激光制導反坦克導彈的方案研究，而第一個實用的激光制導系統是在激光制導航空炸彈上實現的。由于采用激光制導技術的武器系統具有制導精度高、抗干擾能力強、結構簡單、成本低等優勢，因而各軍事大國都競相開展研制，尤其是在最近的幾次局部戰爭中激光制導武器顯示出了強大的威力，使其受到了越來越廣泛的重視。激光制導主要采用的是半主動式，由彈外激光目標指示器發射的激光束照射目標，彈上激光傳感器接收目標漫反射的回波信號，形成對目標的跟蹤和對彈的控制信號，從而將彈準確地導向目標。這種方式由于設備的成本昂貴，體積龐大，在實際的訓練教學中并不太適用，非常繁瑣，不方便教學活動的開展，并且教學效果較差。

2 模擬激光制導實驗系統的設計

模擬激光制導實驗系統如圖1所示，它包括激光照射模塊、探測模塊和主控制模塊。其中：激光照射模塊，用于發射激光信號，照射目標并在目標位置處形成光斑;探測模塊設置在轉臺上，用于探測光斑，并識別光斑在視場中的位置信息;主控制模塊，根據光斑在視場中的位置信息控制轉臺轉動，并調整探測模塊的方位，如此重復，直至視場中心點與光斑重合，完成制導。

3 模擬激光制導實驗系統進一步分析

本模擬激光制導實驗系統的激光照射模塊采用現有的激光照射器，其參數為：波長532nm，功率10mW，脈寬ns級，時域編碼，束散角1mrad;觀瞄CCD參數：尺寸150×65×180，最低照度0.05Lx，水平清晰度600線，自動對焦，CCIR或復合式信號輸出。

本模擬激光制導實驗系統的探測模塊包括四象限探測器、電壓轉換電路和位置識別電路;四象限探測器用于識別光斑在視場中的位置，生成四路電流信號;電壓轉換電路用于將四路電流信號進行電壓轉換處理，得到四路電壓信號;位置識別電路用于根據四路電壓信號識別光斑的質心M的坐標M（x，y）。通過探測模塊可以準確識別光斑的質心M的坐標，這樣便于后續根據光斑的質心M和視場中心點O的相對位置，從而便于調整探測器的方位，為實現跟蹤獲取準確的數據源信號。四象限探測器參數為：外形尺寸160×80×155，探測口徑Φ6mm，光敏面5mm×5m，響應波長400-1100nm，精度0.01nm。位置識別電路采用ARM微處理器。ARM微處理器識別光斑的質心在二維空間內四個象限中的位置，并以視場中心為坐標原點，讀取光斑的質心在二維空間中的坐標。

本模擬激光制導實驗系統的主控制模塊包括偏移量識別電路、MCU和驅動電路;偏移量識別電路用于根據光斑的質心M（x，y）與視場中心點O（0，0）生成偏移量，MCU由于根據偏移量生成驅動信號，并發送至驅動電路;驅動電路用于根據驅動信號驅動轉臺連同設置在轉臺上的探測模塊轉動，直至探測模塊視場中心點與光斑重合，完成制導。通過偏移量識別電路可以根據光斑的質心M（x，y）與視場中心點O（0，0）的位置確定探測模塊的偏移量，并通過驅動電路驅動轉臺轉動，從而對探測模塊方位的準確調整，實現了探測模塊對目標的實時跟蹤。轉臺內設有步進電機，偏移量識別電路優選采用51系列單片機，驅動電路優選采用THB6064大功率步進電機驅動芯片。

主控制模塊還包括編碼器，編碼器用于根據預先設定的編碼格式生成編碼命令，激光照射器根據編碼命令發射激光信號。通過編碼器可以對整個制導過程進行加密，增強整個制導過程的安全性，便于進針對有權限的己方操控整個制導過程，而對沒有權限的敵方則不響應。

4 結語

本模擬激光制導實驗系統通過探測模塊探測激光照射模塊發射的激光信號在目標位置處形成的光斑，并由主控制模塊識別光斑在探測模塊視場中的位置信息，從而控制轉臺連同設置在轉臺上的探測模塊轉動，調整探測器的方位，使得探測模塊視場中心點與光斑重合，完成激光制導的模擬過程，整個過程簡單，相應迅速，指導精確度較高，非常適于教學，具體極佳的教學效果。

參考文獻

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[5]鄧仁亮.光學制導技術[M].北京：國防工業出版社，1992.

作者簡介

1.王懷立，男，1997年03月，單位：長春理工大學，學生，研究方向：光制導。

2.季冠伯，男，1997年05月，單位：長春理工大學，學生，研究方向：光制導。