红外成像导引头稳像系统设计与实现

论文摘要

在过去二三十年间,红外成像导引头因具有抗干扰能力强、区分多目标能力、灵敏度高、导引精度高、准全天候工作能力等特点。受到各国的关注。目前各国都在重点发展以红外成像制导为基础的各型导弹。目前红外成像导引头普遍采用斯特林制冷的焦平面阵列器件,由于导弹在飞行过程中受气流扰动、发动机振动、机动过载等因素影响,使弹载设备受到较大振动,超出探测器所能承受的振动量级。所以最大的问题是如何对斯特林制冷焦平面阵列器件减振同时使获得红外视频图像满足稳像精度要求。本课题结合国内装备需求,从红外成像导引头的特点出发,主要做了以下研究工作:首先进行了红外成像导引头的设计。分析了其工作原理、组成、特点和受到振动时对图像的影响,根据其特点选取了将探测器置于内环、对二维框架整体减振的减振方式,减振器采用对称布置的三向等刚度金属减振器,使探测器受到的振动量级、框架的角位移满足指标要求,控制系统的设计和减振系统相适应,采用双直流力矩电机直接驱动的方式,陀螺采用速率陀螺,以得到较高的稳像精度。其次建立了被动减振和控制系统的数学模型并进行了仿真分析,指出通过加大减振器的距离和减振器对称布置、被减振物体惯量尽量小等技术措施,能够减小角位移。分析了双电机驱动的数学模型,指出双电机驱动对减小机电时常数、提高系统的快速性有好处。同时对主要受力部件的刚度、机械谐振频率、陀螺的噪声等主要因素对稳像精度的影响进行了估算。最后对稳像系统进行了试验验证,减振效率、角位移大小基本满足要求,隔离度达到1.5%,检验了原理的正确性,对试验结果及测试手段进行了分析,明确了下步工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的主要工作和重点
• 1.4 本文主要工作内容
• 第2章 红外成像导引头稳像系统的设计
• 2.1 红外成像导引头的工作原理及减振方式
• 2.1.1 红外成像导引头原理
• 2.1.2 红外成像导引头特点分析
• 2.1.3 导引头受到的振动分析及影响
• 2.2 红外成像导引头稳像系统的设计
• 2.2.1 被动减振稳像系统
• 2.2.2 控制系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 红外成像导引头稳像系统的建摸及仿真
• 3.1 红外成像导引头被动减振系统的模型
• 3.1.1 被动减振的模型
• 3.1.2 二维平台减振系统的分析
• 3.1.3 减振系统的仿真计算
• 3.2 红外成像导引头稳像控制系统的建模
• 3.2.1 速率陀螺的数学模型
• 3.2.2 电机的数学模型
• 3.2.3 稳定回路的数学模型
• 3.2.4 控制系统的隔离度分析
• 3.2.5 仿真结果
• 3.3 本章小结
• 第4章 影响红外成像导引头稳像精度的因素
• 4.1 被动减振系统对稳像精度的影响
• 4.1.1 主支架的静力学分析
• 4.1.2 金属减振器对稳定图像的影响
• 4.2 影响控制系统稳像精度的因素
• 4.2.1 机械谐振
• 4.2.2 摩擦力矩
• 4.2.3 机械结构误差
• 4.2.4 陀螺信号
• 4.2.5 斯特林制冷机
• 4.3 本章小结
• 第5章 稳像系统的试验及结果分析
• 5.1 减振效率及角位移试验
• 5.1.1 试验状态
• 5.1.2 角位移的测试方法
• 5.1.3 试验条件
• 5.1.4 试验过程和试验结果
• 5.1.5 试验结果分析
• 5.2 控制系统的稳像试验
• 5.2.1 控制系统测试
• 5.2.2 扰动情况下稳像精度测试
• 5.2.3 振动过程中的控制系统功能检查
• 5.2.4 试验过程中出现的问题及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历