PSD在轻武器立靶坐标测量系统中的应用研究

论文摘要

对于轻武器立靶坐标测量系统的研究,最重要的技术关键是实现对暗弱快速飞行弹丸目标的捕获。利用CCD作为光敏器件,采用高速线阵CCD相机,以及大功率半导体激光主动照明技术和软件判读等技术的综合应用,已经可以对Φ5.8mm的轻武器弹丸实现捕获和坐标测量。轻武器CCD立靶坐标测量系统由于采用了CCD相机,其固有像元分隔及尺寸、复杂的CCD驱动和处理电路以及与计算机通信等决定了系统组成和技术的复杂性。本文通过对位置敏感探测器PSD的特性分析研究,结合系统组成和性能要求,提出了一种基于新型位置敏感探测器PSD替代原系统中的CCD光敏器件,利用PSD响应速度快、对激光有良好的光敏特性以及信号处理电路简单可靠等特点,研究和构建一种新型的轻武器PSD立靶坐标测量系统,用于检测高速飞行被激光照射的轻武器弹丸着靶坐标,与原CCD立靶坐标测量系统相比具有响应速度快、坐标测量精度和捕获率高、处理电路简单等特点。本文首先论述了轻武器CCD立靶坐标测量系统的原理和组成,以及对暗、弱、小高速飞行弹丸目标捕获的理论分析和实弹射击试验结果;其次,研究和分析了PSD替代CCD实现对轻武器弹丸目标的捕获,着重从理论上分析了PSD的高速响应特性。最后,通过PSD对激光的响应实验和高速闪光灯的频闪实验证明了光敏元件PSD的高速响应特性,初步验证了将PSD应用于轻武器立靶坐标测量系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 轻武器立靶坐标测量系统概述
• 1.1.1 国外光学测试系统的发展现状
• 1.1.2 国内靶场建设的情况
• 1.1.3 轻武器立靶坐标测量系统简介
• 1.2 CCD和PSD工作原理及在系统中的作用
• 1.2.1 CCD介绍
• 1.2.2 PSD的介绍
• 1.3 本课题研究的意义
• 1.4 本课题研究的内容
• 第二章 轻武器CCD立靶坐标测量系统原理及组成
• 2.1 CCD测量系统交汇测量基本原理
• 2.2 CCD测量系统的组成
• 第三章 轻武器CCD立靶坐标测量系统捕获率理论分析和试验分析
• 3.1 CCD坐标测量系统捕获率理论分析
• 3.1.1 激光照明CCD系统组成模型
• 3.1.2 目标识别的理论依据
• 3.1.3 目标捕获率的估算依据
• 3.2 CCD为光敏元件的轻武器立靶坐标测量系统实验
• 3.2.1 系统结构设计
• 3.2.2 实验方案
• 3.3 试验分析及结论
• 3.3.1 试验一:全靶面目标灰度分布测试
• 3.3.2 试验二:靶面最远点捕获率测试
• 第四章 PSD在轻武器坐标测量系统中的可行性应用研究
• 4.1 PSD的构造及特点
• 4.1.1 PSD基本结构
• 4.1.2 PSD的特点
• 4.2 PSD的种类
• 4.2.1 一维PSD
• 4.2.2 二维PSD
• 4.3 PSD的性能指标分析与器件选择
• 4.3.1 PSD的性能指标分析
• 4.3.2 器件选择
• 4.4 PSD测量坐标工作原理及高速响应分析
• 4.4.1 PSD的测量坐标工作原理
• 4.4.2 PSD高速响应捕获弹丸的理论分析
• 4.4.3 一维PSD对于光学系统的畸变校正
• 4.4.4 应用PSD的可行性结论
• 第五章 PSD应用于轻武器立靶试验装置
• 5.1 轻武器PSD坐标测量系统试验装置组成
• 5.2 光机结构
• 5.2.1 镜头
• 5.2.2 滤光片
• 5.2.3 机械结构
• 5.2.4 光敏元件的选择
• 5.3 信号处理电路
• 5.3.1 选用的运放LF353
• 5.3.2 MSP430
• 5.4 实验光源
• 5.4.1 实验一、二光源:808nm半导体激光器点光源
• 5.4.2 实验三光源:高速闪烁的发光二级管
• 第六章 PSD响应速度实验设计与实验结果
• 6.1 主要实验设备
• 6.1.1 光源
• 6.1.2 机械结构
• 6.1.3 电路板
• 6.1.4 测试装置
• 6.2 实验装置
• 6.2.1 激光光源调焦实验装置
• 6.2.2 激光测试响应时间装置
• 6.2.3 高速频闪闪光灯测试响应速度是实验装置
• 6.3 实验目的
• 6.4 实验设计与实验结果
• 6.4.1 实验一:调焦实验
• 6.4.2 实验二:激光照射下系统的响应实验
• 6.4.3 实验三:高速频闪闪光灯做光源实验
• 6.5 PSD性能分析及系统改进设想
• 6.5.1 使用环境对PSD特性的影响
• 6.5.2 PSD响应时间特点
• 6.5.3 影响PSD位移检测系统测量精度的主要因素
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢