一种基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统技术方案

一种可用于大气层内高速飞行器的红外成像探测制导系统的测试与半实物仿真试验领域的基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统。为了克服现有红外成像目标模拟系统对气动光学效应模拟能力的不足，根据光学变换原理将加载在被测设备上的气动光学效应转换到红外成像目标模拟系统中，只需要通过软件计算的办法，就可以在原有的红外成像目标模拟系统中生成含有气动光学效应的动态红外目标场景。一种基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统可模拟气动光学效应用于验证气动光学效应对红外成像探测制导系统性能的影响与评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可用于大气层内高速飞行器的红外成像探测制导系统的测试与半实物仿真试验领域，尤其可用于验证气动光学效应对红外成像探测制导系统性能的影响与评估的基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统。
技术介绍
由于带有光学成像探测制导系统的飞行器在大气层内高速飞行，光学头罩与来流之间形成复杂的流场，对光学成像探测系统造成热、热辐射和图像传输干扰，引起目标图像的偏移、抖动、模糊，这就是所谓的气动光学效应。气动光学效应是发生在光学成像探测制导系统（以下简称被测设备）上的效应，公知的在地面一般模拟被测设备飞行高速过程中的气动光学效应需要在风洞中完成。这种方法的思想是根据流体力学相似性原理模拟真实飞行环境，气动光学效应直接加载在被测设备上，由于风洞有效工作时间较短（一般在几十个毫秒量级），在风洞中又无法完成被测设备沿弹道的探测制导性能的测试。而在试验室中用于对红外成像探测制导系统的性能评估一般使用半实物仿真系统，其核心是红外成像目标模拟系统。目前，一般的红外成像目标模拟系统只具备对红外目标辐射特性、大气传输效应的模拟，而不具备模拟气动光学效应的能力。这为红外成像探测制导体制的高速飞行器的测试或半实物仿真试验带来了困难。如果对半实物仿真系统进行过多的硬件改造，将会带来高昂的成本消耗。为此，如何在现有半实物仿真设备条件下，使得评估气动光学效应对高速飞行器的探测制导的性能成为可能是一项亟待解决的问题。
技术实现思路
为了克服现有红外成像目标模拟系统对气动光学效应模拟能力的不足，本专利技术提出了一种基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统，用于模拟气动光学效应并可应用于对红外探测制导系统的测试与半实物仿真试验。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统，包括二轴目标臂(1)及三轴飞行转台(2)；所述三轴飞行转台(2)的作用是模拟飞行器的飞行姿态，被测设备(3)置于三轴飞行转台(2)内框中；红外成像目标模拟器(4)置于二轴目标臂(1)上，靠连接法兰(5)与二轴目标臂(1)固连；所述二轴目标臂(1)带动红外成像目标模拟器(4)完成目标运动的模拟；含气动光学效应的红外成像目标场景生成系统(6)通过电缆(7)与红外成像目标模拟器(4)连接。本专利技术的有益效果是，根据光学变换原理将加载在被测设备上的气动光学效应转换到红外成像目标模拟系统中，简化了测试设备。此外，只需要通过软件计算的办法，就可以在原有的红外成像目标模拟系统中生成含有气动光学效应的动态红外目标场景。避免了对半实物仿真设备大规模的硬件改造。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统结构原理图。图2是本专利技术的气动光学效应的光学成像变换原理图。具体实施方式参见示出本专利技术实施例的附图，下文将更详细地描述本专利技术。然而，本专利技术可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本
的技术人员完全了解本专利技术的范围。在图1中，五轴转台由二轴目标臂1及三轴飞行转台2构成，三轴飞行转台2的作用是模拟飞行器的飞行姿态。被测设备3置于三轴飞行转台2内框中。红外成像目标模拟器4置于二轴目标臂1上，靠两个连接法兰5与二轴目标臂1固连。二轴目标臂1带动红外成像目标模拟器4完成目标运动的模拟。含气动光学效应的红外成像目标场景生成系统6通过电缆7与红外成像目标模拟器4连接。根据气动光学的作用机理：最终引起被测设备3接收到的目标图像的偏移、抖动、模糊。例如风动试验，无论怎样在被测设备上加载高速气流、热辐射，最终都会反映在被测设备探测器所接收的图像上，因此将此图像经过光学系统的变换到被测设备外，这里变换到红外成像目标模拟器的动态红外图像转换器上。变换关系如图2所示：，其中是动态红外图像转换器处9的图像能量分布，u’,v’分别是该图像的二维坐标，t表示时间。是被测设备探测器10处的图像能量分布，u,v分别是该图像的二维坐标。ft是红外投影系统等效光学系统11的焦距，fd是被测设备等效光学系统12的焦距。τ表示从被测设备探测器10到动态红外图像转换器处9变换过程的能量透过率。反过来，如果中含有气动光学效应，用红外成像目标模拟器4输出含有气动光学效应的红外热辐射图像与则被测设备3接收到的红外图像之间如果满足上述逆变换关系，即：，则被测设备3接收到的红外图像就含有了等效的气动光学效应。在含气动光学效应的动态红外目标场景生成系统6中根据弹道计算出不同时刻的气动光学效应的目标图像。红外成像目标模拟器由动态红外图像转换器41和红外投影系统42构成。动态红外图像转换器41的作用是将红外成像目标场景生成系统6输入的图像的数字信号经过电缆7传递输出动态红外目标场景，经红外投影系统42投影，投影到被测设备4光学系统的入瞳8处被被测设备3接收，在被测设备探测器处生成含气动光学效应的红外图像。最终，在五轴转台上实现气动光学效应的模拟并可应用于对红外探测制导系统的测试与半实物仿真试验。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本专利技术内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统，其特征是：包括二轴目标臂(1)、三轴飞行转台(2)、红外成像目标模拟器(4)和红外成像目标场景生成系统(6)；所述三轴飞行转台(2)的作用是模拟飞行器的飞行姿态，被测设备(3)置于三轴飞行转台(2)内框中；红外成像目标模拟器(4) 用于产生红外物理辐射，其置于二轴目标臂(1)上，靠连接法兰(5)与二轴目标臂(1)固连；所述二轴目标臂(1)带动红外成像目标模拟器(4)完成目标运动的模拟；含气动光学效应的动态红外目标场景生成系统(6)通过电缆(7)与红外成像目标模拟器(4)连接，动态红外目标场景生成系统生成的数字图像通过电缆(7)传输给红外成像目标模拟器（4）。

【技术特征摘要】
1.一种基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统，其特征是：包括二轴目标臂(1)、三轴飞行转台(2)、红外成像目标模拟器(4)和红外成像目标场景生成系统(6)；所述三轴飞行转台(2)的作用是模拟飞行器的飞行姿态，被测设备(3)置于三轴飞行转台(2)内框中；红外成像目标模拟器(4)用于产生红外物理辐射，其置于二轴目标臂(1)上，靠连接法兰(5)与二轴目标臂(1)固连；所述二轴目标臂(1)带动红外成像目标模拟器(4)完成目标运动的模拟；含气动光学效应的动态红外目标场景生成系统(6)通过电缆(7)与红外成像目标模拟器(4)连接，动态红外目标场景生成系统生成的数字图像通过电缆(7)传输给红外成像目标模拟器（4）。2.根据权利要求1所述的基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统，其特征是：所述红外成像目标模拟器(4)靠两个对称布置的连接法兰(5)与二轴目标臂(1)固连。3.根据权利要求1所述的基于五轴转台的气动光学红外成像目标模拟系统，其特征是：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张励，田义，杨扬，李奇，刘超锋，李艳红，李凡，张红，陈静，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31