[发明专利]一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置和方法

说明书

本发明涉及一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置和方法，所述双光楔由两块单光楔组成，两块单光楔沿弹轴方向平行排列，单光楔的中心轴与弹轴重合，靠近位标器的单光楔记为第一单光楔，另一块单光楔记为第二单光楔，所述光轴控制装置包括两组滚转机构和控制器；每组滚转机构均包括镜筒、轴承组、电机和码盘；所述双光楔的初始状态为：两个双光楔相对旋转角为180°，光线偏转角为0°的状态；控制器，获取目标相对于弹体坐标系的偏航角α和俯仰角β，计算得到为使位标器光轴指向目标，第一单光楔的目标滚转角γsubgt;1/subgt;和第二单光楔的目标滚转角γsubgt;2/subgt;，最后采用PID控制算法，解算出的第一单光楔和第二对应单光楔的电机控制指令，实现光轴在空间的任意指向。

技术领域

本发明涉及一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置和方法。属于红外制导技术领域。

背景技术

针对未来空战中强环境适应性、强对抗作战任务对导引头提出的高性能需求，需开展无随动高敏红外导引头技术的研究。利用基于小型光楔扫描技术等，突破小型导引头技术，开展新一代导弹研究，提高我空军作战能力，适应未来空战，满足未来复杂战场环境下的强对抗作战要求。未来作战的主要模式将是四代机对四代机，为保证在四代机有限的弹舱内装备足够多的武器，导弹需采用小型化设计。非近轴双光楔结构的位标器设计，可以大大减小导引头尺寸，且结构简单，控制灵活，偏转角度足够大，可满足小型化设计需求。

目前常用的位标器结构主要有双框架结构、滚仰式结构等，光学系统随框架一起运动。这种结构的位标器重量偏大，很难实现小型化设计。

基于双光楔的无随动红外光轴控制装置设计，可以大大减小导引头尺寸，且结构简单，控制灵活，偏转角度足够大，可满足小型化设计需求。近轴双光楔扫描技术广泛应用于激光扫描工作体制中，技术成熟，控制方法完备，但一般都是小偏角控制(小于10°)，而红外成像系统的光轴控制中，一般要求有大的跟踪场，大的偏转角，采用激光双光楔的控制方法并不适用，需要采用新的光轴控制方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于双光楔的无随动红外光轴控制装置和方法，能够利用简单的结构及经典控制方法实现导引头光轴的精确控制。

本发明解决问题的技术方案是：一种基于双光楔的无随动红外位标器光轴控制装置，所述双光楔由两块单光楔组成，两块单光楔沿弹轴方向平行排列，单光楔的中心轴与弹轴重合，靠近位标器的单光楔记为第一单光楔，另一块单光楔记为第二单光楔，所述光轴控制装置包括两组滚转机构和控制器；每组滚转机构均包括镜筒、轴承组、电机和码盘；单光楔由镜筒支撑，镜筒通过轴承组安装在位标器壳体上，电机用于驱动镜筒带动单光楔绕中心轴旋转，码盘用于实时测量光楔绕中心轴旋转的角度信息反馈给控制器；所述双光楔的初始状态为：两个双光楔相对旋转角为180°，光线偏转角为0°的状态，此时第一单光楔、第二单光楔对应的码盘归为零位；

控制器，获取目标相对于弹体坐标系的偏航角α和俯仰角β，计算得到为使位标器光轴指向目标，位标器光轴从初始状态需要先绕弹体坐标系OZ_B轴转动的俯仰角θ₀、再绕OX_B旋转的滚转角γ₀，再结合双光楔折射原理，计算得到为使位标器光轴指向目标，第一单光楔的目标滚转角γ₁和第二单光楔的目标滚转角γ₂；根据实时测量的第一单光楔和第二单光楔光绕中心轴旋转的角度信息、第一单光楔的目标滚转角γ₁和第二单光楔的目标滚转角γ₂，采用PID控制算法，解算出的第一单光楔和第二对应单光楔的电机控制指令，控制电机旋转，实现光轴在空间的任意指向；

所述弹体坐标系OX_BY_BZ_B定义如下：