駕束制導(dǎo)演示儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)彈駕束制導(dǎo)演示儀，具體來說，是一種以旋轉(zhuǎn)的紅外光為信號(hào)源的駕束制導(dǎo)演示儀。
【背景技術(shù)】
[0002]駕束制導(dǎo)，其實(shí)就是導(dǎo)彈騎著信號(hào)光束飛行。工作時(shí)，望遠(yuǎn)系統(tǒng)先捕捉并跟蹤目標(biāo)，以最佳的角度發(fā)射導(dǎo)彈，使導(dǎo)彈進(jìn)入經(jīng)編碼調(diào)制的光波束中，進(jìn)入波束的方向要盡可能與激光束軸線的方向一致，彈體在飛行過程中，彈體上的接收機(jī)接收到光束信號(hào)，從中處理制導(dǎo)所需的誤差量，即彈體和軸線偏離的方向和大小。并將這個(gè)誤差量送入彈的控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)控制彈的飛行方向和姿態(tài)，始終保持彈體和光束的重合，最終將戰(zhàn)斗部引導(dǎo)于目標(biāo)上。二十世紀(jì)六十年代美國、法國開始駕束制導(dǎo)的研宄，經(jīng)過幾十年的研宄，世界上采用駕束制導(dǎo)的導(dǎo)彈已經(jīng)經(jīng)歷了兩代，共十余種。瑞典的RBS — 70便攜式導(dǎo)彈即屬于此類。
[0003]以上導(dǎo)彈駕束制導(dǎo)的理論在一些大學(xué)相關(guān)專業(yè)課程中都會(huì)有介紹，但為了學(xué)生知識(shí)的更好理解以及導(dǎo)彈駕束制導(dǎo)技術(shù)的開發(fā)與研宄，除了進(jìn)行說教式的知識(shí)傳授與理論研宄外，還要進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)，然而進(jìn)行導(dǎo)彈的實(shí)彈駕束制導(dǎo)演示受安全、成本以及演示效果的限制顯然不可能。如能開發(fā)出一種演示儀器，能夠直觀地展現(xiàn)出導(dǎo)彈在駕束制導(dǎo)過程中的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤與瞄準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種用旋轉(zhuǎn)的紅外光束做信號(hào)源的低成本、便于推廣的駕束制導(dǎo)演示儀，不僅能夠用于導(dǎo)彈駕束制導(dǎo)的理論研宄，而且也能夠?yàn)槿粘?shí)踐教學(xué)提供良好的硬件支持。
[0005]本發(fā)明駕束制導(dǎo)演示儀，包括紅外信號(hào)源部分、紅外信號(hào)接收部分與二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。
[0006]所述紅外信號(hào)源部分，包括步進(jìn)電機(jī)、紅外信號(hào)燈、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸、萬向節(jié)、底座、支柱、固定圈、紅外信號(hào)源發(fā)生模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊A與單片機(jī)模塊A。其中，步進(jìn)電機(jī)安裝在底座上；步進(jìn)電機(jī)輸出軸端部安裝有轉(zhuǎn)盤；轉(zhuǎn)盤端面邊緣位置安裝有萬向節(jié)；轉(zhuǎn)軸一端與萬向節(jié)固定，另一端穿過由支柱支撐于底座上的固定圈后，與紅外線信號(hào)燈相連；所述紅外信號(hào)發(fā)生模塊與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊A均與單片機(jī)模塊A相連。其中，步進(jìn)電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊A相連；紅外信號(hào)燈與紅外信號(hào)發(fā)生模塊相連。上述轉(zhuǎn)軸軸線與步進(jìn)電機(jī)輸出軸軸線夾角呈30°，且使紅外信號(hào)燈發(fā)射的紅外光束光軸與轉(zhuǎn)軸軸線平行。
[0007]所述紅外信號(hào)接收部分包括紅外信號(hào)接收機(jī)、紅外信號(hào)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B與單片機(jī)模塊B。紅外信號(hào)接收部分安裝在二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，通過二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)接收部分在水平方向以及在豎直方向上的位置調(diào)節(jié)。紅外信號(hào)處理模塊與紅外信號(hào)接收機(jī)相連；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B與二自由運(yùn)動(dòng)度平臺(tái)中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連。
[0008]由此，通過紅外信號(hào)接收機(jī)接收紅外信號(hào)源部分發(fā)出的正弦光信號(hào)，由單片機(jī)模塊B控制紅外信號(hào)處理模塊基于快速傅里葉算法進(jìn)行處理，得到紅外信號(hào)接收機(jī)與步進(jìn)電機(jī)輸出軸軸線延長線的方向與距離偏差，并由單片機(jī)模塊B根據(jù)距離偏差信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B驅(qū)動(dòng)二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，最終帶動(dòng)二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的紅外信號(hào)接收機(jī)朝向紅外信號(hào)源部分中步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸延長線方向移動(dòng)，使紅外信號(hào)接收機(jī)到達(dá)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)所在平面的交點(diǎn)處，從而實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)演示效果。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010]1、本發(fā)明本駕束制導(dǎo)演示儀，采用旋轉(zhuǎn)的紅外信號(hào)源代替復(fù)雜的紅外編碼器，用紅外信號(hào)接收器與二自由度平臺(tái)代替彈體，在成本與演示效果間取得平衡；
[0011]2、本發(fā)明駕束制導(dǎo)演示儀，結(jié)構(gòu)簡單，便于多臺(tái)套推廣，既可用于理論研宄，例如驗(yàn)證一些導(dǎo)彈的駕束制導(dǎo)控制算法；又可為實(shí)踐教學(xué)提高硬件支持，給同學(xué)以直觀的認(rèn)識(shí)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明駕束制導(dǎo)演示儀整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明制駕束制導(dǎo)演示儀中紅外信號(hào)源部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明制駕束制導(dǎo)演示儀中紅外信號(hào)接收部分結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖中:
[0016]1-紅外信號(hào)源部分2-紅外信號(hào)接收部分 3-二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)
[0017]4-紅外光束101-步進(jìn)電機(jī)102-紅外信號(hào)燈
[0018]103-轉(zhuǎn)盤104-轉(zhuǎn)軸105-萬向節(jié)
[0019]106-底座107-支柱108-固定圈
[0020]109-紅外信號(hào)源發(fā)生模塊 110-電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊A 111-單片機(jī)模塊A
[0021]201-紅外信號(hào)接收機(jī)202-紅外信號(hào)處理模塊203-電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B
[0022]204-單片機(jī)模塊B
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]本發(fā)明駕束制導(dǎo)演示儀，包括紅外信號(hào)源部分1、紅外信號(hào)接收部分2與二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3，如圖1所示。
[0025]所述紅外信號(hào)源部分I為一封裝結(jié)構(gòu)，通過支架支撐，包括步進(jìn)電機(jī)101、紅外信號(hào)燈102、轉(zhuǎn)盤103、轉(zhuǎn)軸104、萬向節(jié)105、底座106、支柱107、固定圈108、紅外信號(hào)源發(fā)生模塊109、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊AllO與單片機(jī)模塊A111。其中，步進(jìn)電機(jī)101安裝在底座106的一側(cè)面上，保證步進(jìn)電機(jī)101的輸出軸軸線與水平面平行。步進(jìn)電機(jī)101輸出軸端部同軸固定安裝有轉(zhuǎn)盤103 ;轉(zhuǎn)盤103端面邊緣位置安裝有萬向節(jié)105。轉(zhuǎn)軸104—端與萬向節(jié)105固定，另一端穿過由支柱107支撐于底座I底面上的固定圈108后，與紅外線信號(hào)燈102相連，通過固定圈108將轉(zhuǎn)軸104定位，使轉(zhuǎn)軸104軸線與步進(jìn)電機(jī)101輸出軸軸線夾角呈30°，且使紅外信號(hào)燈102發(fā)射的紅外光束4光軸與轉(zhuǎn)軸104軸線平行。
[0026]所述紅外信號(hào)發(fā)生模塊109與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊AllO均與單片機(jī)模塊Alll相連；其中，步進(jìn)電機(jī)101與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊Al 10相連，通過單片機(jī)模塊Al 11控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊Al 10驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)101以定速工作。紅外信號(hào)燈102與紅外信號(hào)發(fā)生模塊109相連，通過單片機(jī)模塊Alll控制紅外信號(hào)發(fā)生模塊109使紅外信號(hào)燈102發(fā)出的恒定強(qiáng)度且波長為940nm的圓錐體紅外光束4繞步進(jìn)電機(jī)101輸出軸旋轉(zhuǎn)。由此，步進(jìn)電機(jī)101的定速工作，使由步進(jìn)電機(jī)101輸出軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤103轉(zhuǎn)動(dòng)，最終帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸104與紅外信號(hào)燈102以定速繞著步進(jìn)電機(jī)101輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由于，紅外光束4光軸與轉(zhuǎn)軸104間呈30度夾角轉(zhuǎn)動(dòng)，使得在紅外信號(hào)源部分I工作時(shí)，紅外信號(hào)接收部分2接收到的光信號(hào)呈正弦型變化的正弦光信號(hào)。
[0027]所述紅外信號(hào)接收部分2包括紅外信號(hào)接收機(jī)(型號(hào)為LF-DX1) 201、紅外信號(hào)處理模塊202、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B203與單片機(jī)模塊B204。紅外信號(hào)接收部分2作為一個(gè)整體模塊，安裝在二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3上，通過二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)接收部分2在水平方向以及在豎直方向上的位置調(diào)節(jié)。其中，二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3設(shè)置在紅外信號(hào)源部分I前方，為采用為鋁合金制成的十字滑臺(tái)，位于紅外信號(hào)燈102發(fā)出的圓錐體紅外光束4區(qū)域內(nèi)，圓錐體紅外光束4區(qū)域與二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3交線為半徑為400mm的圓。信號(hào)處理模塊202與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B203均與單片機(jī)模塊B204相連；其中，紅外信號(hào)處理模塊202與紅外信號(hào)接收機(jī)201相連；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B203與二自由運(yùn)動(dòng)度平臺(tái)3中控制x、y軸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連。由此，通過紅外信號(hào)接收機(jī)201接收紅外信號(hào)源部分I發(fā)出的正弦光信號(hào)，由單片機(jī)模塊B204控制紅外信號(hào)處理模塊202基于快速傅里葉算法進(jìn)行處理，得到紅外信號(hào)接收機(jī)201與步進(jìn)電機(jī)101輸出軸軸線延長線的方向與距離偏差，并由單片機(jī)模塊B204根據(jù)距離偏差信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B203驅(qū)動(dòng)二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，最終帶動(dòng)二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3上的紅外信號(hào)接收機(jī)201朝向紅外信號(hào)源部分I中步進(jìn)電機(jī)101旋轉(zhuǎn)軸延長線方向移動(dòng)，使紅外信號(hào)接收機(jī)201到達(dá)步進(jìn)電機(jī)101的輸出軸與二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3所在平面的交點(diǎn)處，從而實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)演示效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.駕束制導(dǎo)演示儀，其特征在于:包括紅外信號(hào)源部分、紅外信號(hào)接收部分與二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)； 所述紅外信號(hào)源部分，包括步進(jìn)電機(jī)、紅外信號(hào)燈、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸、萬向節(jié)、底座、支柱、固定圈、紅外信號(hào)源發(fā)生模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊A與單片機(jī)模塊A ;其中，步進(jìn)電機(jī)安裝在底座上；步進(jìn)電機(jī)輸出軸端部安裝有轉(zhuǎn)盤；轉(zhuǎn)盤端面邊緣位置安裝有萬向節(jié)；轉(zhuǎn)軸一端與萬向節(jié)固定，另一端穿過由支柱支撐于底座上的固定圈后，與紅外線信號(hào)燈相連；所述紅外信號(hào)發(fā)生模塊與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊A均與單片機(jī)模塊A相連；其中，步進(jìn)電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊A相連；紅外信號(hào)燈與紅外信號(hào)發(fā)生模塊相連；上述轉(zhuǎn)軸軸線與步進(jìn)電機(jī)輸出軸軸線間具有夾角，且使紅外信號(hào)燈發(fā)射的紅外光束光軸與轉(zhuǎn)軸軸線平行； 所述紅外信號(hào)接收部分包括紅外信號(hào)接收機(jī)、紅外信號(hào)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B與單片機(jī)模塊B;紅外信號(hào)接收部分安裝在二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，通過二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)接收部分在水平方向以及在豎直方向上的位置調(diào)節(jié)；紅外信號(hào)處理模塊與紅外信號(hào)接收機(jī)相連；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B與二自由運(yùn)動(dòng)度平臺(tái)中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連。
2.如權(quán)利要求1所述駕束制導(dǎo)演示儀，其特征在于:所述單片機(jī)模塊A控制紅外信號(hào)發(fā)生模塊使紅外信號(hào)燈發(fā)出的恒定強(qiáng)度且波長為940nm的圓錐體紅外光束。
3.如權(quán)利要求1所述駕束制導(dǎo)演示儀，其特征在于:所述轉(zhuǎn)軸軸線與步進(jìn)電機(jī)輸出軸軸線夾角為30°。
4.如權(quán)利要求1所述駕束制導(dǎo)演示儀，其特征在于:所述二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為采用為鋁合金制成的十字滑臺(tái)，位于紅外信號(hào)燈發(fā)出的圓錐體紅外光束區(qū)域內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述駕束制導(dǎo)演示儀，其特征在于:所述紅外信號(hào)接收機(jī)接收紅外信號(hào)源部分發(fā)出的正弦光信號(hào)，由單片機(jī)模塊B控制紅外信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理，得到紅外信號(hào)接收機(jī)與步進(jìn)電機(jī)輸出軸軸線延長線的方向與距離偏差，并由單片機(jī)模塊B根據(jù)距離偏差信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊B驅(qū)動(dòng)二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，最終帶動(dòng)二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的紅外信號(hào)接收機(jī)朝向紅外信號(hào)源部分中步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸延長線方向移動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種駕束制導(dǎo)演示儀，包括紅外信號(hào)源部分、紅外信號(hào)接收部分與二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。其中，紅外信號(hào)源部分通過紅外信號(hào)燈發(fā)出恒定強(qiáng)度的圓錐體紅外光束繞步進(jìn)電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)，形成呈正弦型變化的光信號(hào)，由安裝在二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的紅外信號(hào)接收部分接收，并進(jìn)行處理，得到紅外信號(hào)接收部分與步進(jìn)電機(jī)輸出軸軸線延長線的方向與距離偏差；根據(jù)距離偏差信號(hào)控制二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)紅外信號(hào)接收機(jī)朝向紅外信號(hào)源部分中步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸延長線方向移動(dòng)，直至到達(dá)步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)所在平面的交點(diǎn)處，實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)演示效果。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：在成本與演示效果間取得平衡；既可用于理論研究，又可為實(shí)踐教學(xué)提高硬件支持。
【IPC分類】G09B9-00
【公開號(hào)】CN104700681
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510142671
【發(fā)明人】劉小明, 周韜, 周浩, 吳鵬輝, 張亞坤, 楊喜連, 張俊暉, 唐哲, 杜文豪
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月27日