導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)原理

優(yōu)選PPT導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)原理目前一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)第二章

基于點(diǎn)目標(biāo)跟蹤的紅外導(dǎo)引系統(tǒng)原理目前二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)第二章

基于點(diǎn)目標(biāo)跟蹤的紅外導(dǎo)引系統(tǒng)原理§2.1導(dǎo)彈自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)的組成及工作原理§2.2紅外導(dǎo)引頭基本原理§2.3紅外探測(cè)器極其制冷§2.4光學(xué)調(diào)制與調(diào)制盤§2.5誤差信號(hào)處理電路圖§2.6紅外目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)§2.7十字叉及L型系統(tǒng)目前三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)§2.1導(dǎo)彈自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)的組成

及工作原理一、導(dǎo)彈自動(dòng)導(dǎo)引的分類

自動(dòng)導(dǎo)引方法精度比較高，因此在空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈的控制中得到廣泛采用。自動(dòng)導(dǎo)引的導(dǎo)彈有三種方法。目前四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)自動(dòng)導(dǎo)引的導(dǎo)彈的三種方法1、跟蹤法2、平行接近法3、比例導(dǎo)引法跟蹤法導(dǎo)彈的過載大平行接近法過載小，實(shí)現(xiàn)困難比例導(dǎo)引法過載小，裝置簡(jiǎn)單目前五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)導(dǎo)彈制導(dǎo)視頻目前六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)二、自動(dòng)導(dǎo)系統(tǒng)的組成

1、導(dǎo)引頭

X-59導(dǎo)引頭雷達(dá)導(dǎo)引頭目前七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2、舵機(jī)俄R-73空空導(dǎo)彈前衛(wèi)-3激光導(dǎo)引頭與舵機(jī)目前八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)3、導(dǎo)彈外形及工作原理（1）導(dǎo)彈外行圖導(dǎo)引頭舵機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)尾翼目前九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)（2）紅外導(dǎo)引頭工作原理測(cè)角系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)uq△qqt目前十頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)一、導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)組成方塊圖§2.2紅外導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)基本原理導(dǎo)引頭方位探測(cè)系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)

調(diào)制盤

探測(cè)器信號(hào)處理電路1、組成圖目前十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2、導(dǎo)引頭工作原理

導(dǎo)引頭的各部分相互協(xié)調(diào)工作，其關(guān)系如下圖所示；（1）結(jié)構(gòu)組成目前十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)目標(biāo)輻射光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制盤探測(cè)器電子線路陀螺跟蹤系統(tǒng)（2）工作原理目前十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)二、紅外光學(xué)系統(tǒng)

紅外光學(xué)系統(tǒng)是紅外導(dǎo)引的一個(gè)重要組成部分。紅外導(dǎo)引通過光學(xué)系統(tǒng)來收集目標(biāo)輻射的紅外線。紅外光學(xué)系統(tǒng)是根據(jù)光的基本傳播規(guī)律進(jìn)行成象的。右圖：采用紅外光學(xué)系統(tǒng)的天文望遠(yuǎn)鏡目前十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)1、基本組成元件：光學(xué)系統(tǒng)的基本組成元件是反射鏡、棱鏡、及光欄。尼科耳棱鏡

目前十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2、紅外成象技術(shù)的基本原理目前十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)3、光學(xué)系統(tǒng)的功能

（1）聚集光能以探測(cè)目標(biāo)

（2）利用象點(diǎn)的位置反映目標(biāo)偏離光軸的大小和方位⊿q⊿qMy1x1yRO1OM’O’f光學(xué)系統(tǒng)等效的凸透鏡目前十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)4、光學(xué)系統(tǒng)幾個(gè)主要的外形結(jié)構(gòu)參數(shù)

（1）有效接收口徑D

有效接收口徑D決定了光學(xué)系統(tǒng)有效接收面積的大小。（2）焦距

光學(xué)系統(tǒng)的焦距是決定系統(tǒng)成象位置及大小的基本參量，焦距還影響系統(tǒng)視角的大小。目前十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)（3）視角

視角的大小決定了系統(tǒng)所能觀察到的有效空間的大小。為了消除背景的干擾，系統(tǒng)的視角不能太大。

（4）相對(duì)孔徑、f／數(shù)

有效接收口徑與焦距的比值稱為光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)孔徑。目前十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)5、影響象質(zhì)的因素

一個(gè)物點(diǎn)成象并不是一個(gè)幾何點(diǎn)，而是一個(gè)亮的擴(kuò)散圓斑，通常稱為彌散圓。彌散圓的大小對(duì)信號(hào)有相當(dāng)大的影響。

彌散圓目前二十頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

由于彌散圓的大小對(duì)信號(hào)有相當(dāng)大的影響，因此需要了解影響彌散圓大小的影響因素。影響彌散圓大小的因素有兩種，一是衍射，二是象差。左圖：衍射及其強(qiáng)度分布目前二十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)（1）、衍射對(duì)象質(zhì)的影響

衍射是由光的波動(dòng)性而引起的。即使是位于光軸上的幾何點(diǎn)源，通過有光欄的光學(xué)系統(tǒng)后成的象也不是一個(gè)幾何點(diǎn)，而是一個(gè)明亮的中心圓斑，中心圓斑一般稱為艾利(Airy)圓。

艾利(Airy)圓

目前二十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)(2)、象差對(duì)象質(zhì)的影響

象差是影響彌散圓大小的主要因素。象差可分為色差和單色象差兩類。色差是主于透鏡的折射系數(shù)隨波長(zhǎng)而變化引起的，單色象差指光學(xué)系統(tǒng)對(duì)單色光產(chǎn)生的象差。右圖：測(cè)量象差的原理圖目前二十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)§2.3紅外探測(cè)器及其制冷

紅外探測(cè)器實(shí)際上是一種紅外線輻射能的轉(zhuǎn)換器。它把輻射能轉(zhuǎn)換成另一種便于測(cè)量的能量形式，多數(shù)情況下轉(zhuǎn)換成電能，因?yàn)閺慕臏y(cè)量技術(shù)看，電量的測(cè)量最方便最精確。目前二十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)庭院燈型紅外探測(cè)器吸頂式智能紅外探測(cè)器無線被動(dòng)式紅外探測(cè)器目前二十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)一、紅外探測(cè)器的分類

對(duì)于探測(cè)和跟蹤目標(biāo)的探測(cè)器，按照探測(cè)過程的物理機(jī)理，可分為兩類，即熱探測(cè)器和光子探測(cè)器，熱探測(cè)器是利用紅外線的熱效應(yīng)而工作的。目前二十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)1、熱探測(cè)器

當(dāng)紅外線輻射到熱探測(cè)器上后，探測(cè)器材料的溫度會(huì)上升，溫度的變化會(huì)引起某些物理特性相應(yīng)發(fā)生改變，利用測(cè)量這些物理特性的改變程度來確定紅外輻射的強(qiáng)弱，這樣的探測(cè)器稱為熱探測(cè)器。目前二十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

（1）熱探測(cè)器的特點(diǎn)

熱探測(cè)器要利用材料受到熱輻射后溫度的上升來測(cè)量的，因而反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，時(shí)間常數(shù)一般在毫秒級(jí)以上，這類探測(cè)器的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)全部波長(zhǎng)的熱輻射基本上都有相同的響應(yīng)。右為電阻式熱探測(cè)器

目前二十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)(2)熱探測(cè)器工作原理

熱探測(cè)器是利用入射紅外輻射引起敏感元件的溫度變化，進(jìn)而使其有關(guān)的物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過測(cè)量有關(guān)物理參數(shù)的變化可確定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。一熱釋電型熱探測(cè)器工作原理圖目前二十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2、光子探測(cè)器

光子探測(cè)器是利用紅外線中的光子流射到探測(cè)器上后，和探測(cè)器材料中的束縛態(tài)電子作用后，引起電子狀態(tài)的變化，從而產(chǎn)生能逸出表面的自由電子，以此來探測(cè)紅外線。四象限光電探測(cè)器

目前三十頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)（1）光子探測(cè)器的特點(diǎn)

光子探測(cè)器的反應(yīng)時(shí)間短，但要使物體內(nèi)部的電子改變運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)，入射的光子能量必須足夠大。當(dāng)光子能量小于某一值時(shí)，就不能使束縛狀態(tài)電子變成載流子或能逸出材料表面的自由電子。日本濱松光子--光電管探測(cè)器

目前三十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)熱探測(cè)器和光子探測(cè)器優(yōu)缺點(diǎn)的比較名稱優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)熱探測(cè)器不需冷卻，全波段有平坦響應(yīng)靈敏度較低，反應(yīng)較慢光子探測(cè)器靈敏度高，反應(yīng)時(shí)間短只適用于一定的波長(zhǎng)范圍，需冷卻目前三十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

在導(dǎo)彈的紅外制導(dǎo)系統(tǒng)中，由于要求靈敏，反應(yīng)快。一般采用光子探測(cè)器。PL-9C紅外空空導(dǎo)彈掛裝在武裝直升機(jī)上的TY90導(dǎo)彈目前三十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)二、光子探測(cè)器分類及工作原理

光子探測(cè)器是基于入射光子對(duì)探測(cè)器材料內(nèi)的電子作用而產(chǎn)生的光電子效應(yīng)而工作的。光電子效應(yīng)有外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩種。光電探測(cè)器光電導(dǎo)探測(cè)器光生伏特探測(cè)器光磁電探測(cè)器光子探測(cè)器外光電內(nèi)光電目前三十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

1．光電探測(cè)器

當(dāng)光照射到某些材料的表面上時(shí)，如果入射光子的能量足夠大，就能夠使電子逸出材料的表面，這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。利用這種效應(yīng)制成的探測(cè)器，稱之為光電探測(cè)器。光電效應(yīng)原理圖目前三十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

常用的光電探測(cè)器有光電二極管和光電倍增管。光電倍增管常用于激光制導(dǎo)系統(tǒng)中作為紅外激光探測(cè)器。光電二極管光電倍增管目前三十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

光電探測(cè)器，存在一個(gè)長(zhǎng)波限。長(zhǎng)波限的存在可以從光量子理論得到解釋。根據(jù)光量子理論，認(rèn)為輻射能量是以粒子形式存在的，這種粒子稱為光子。其公式為：光電探測(cè)器的工作原理目前三十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

當(dāng)入射光子與材料中的電子相遇碰撞時(shí)，光子就消失而將其全部能量轉(zhuǎn)給了電子。若光子的能量大于探測(cè)器材料的電子逸功率，電子就可逸出材料的表面。根據(jù)此原理愛因斯坦提出了光電發(fā)射公式：目前三十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

當(dāng)光照射到某些半導(dǎo)體材料上后，光子與半導(dǎo)體內(nèi)的電子作用后，會(huì)形成載流子，載流子會(huì)使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)現(xiàn)象。2、光電導(dǎo)探測(cè)器半導(dǎo)體材料目前三十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

利用光電導(dǎo)現(xiàn)象制成的探測(cè)器叫光電導(dǎo)探測(cè)器。常見的光電導(dǎo)器件由硫化鉛、硒化鉛、銻化銦等材料制成。這是紅外技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一類探測(cè)器。目前四十頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

在純凈半導(dǎo)體中，當(dāng)價(jià)電子受到熱或光子的激發(fā)而跳到導(dǎo)帶后，在價(jià)帶中就留下了一個(gè)空穴，電子和空穴對(duì)材料導(dǎo)電率都有提高作用。這種在純凈半導(dǎo)體中一個(gè)電子被激發(fā)而在導(dǎo)帶和價(jià)帶分別發(fā)生電子的過程叫本征激發(fā)。目前四十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)本征激發(fā)目前四十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

為了使探測(cè)器能在較長(zhǎng)的波段工作，需要增大探測(cè)器的截止波長(zhǎng)。一般在純凈半導(dǎo)體中摻入少量其他雜質(zhì)，根據(jù)摻入的雜質(zhì)不同，可以做成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體.目前四十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)3．光生伏特探測(cè)器

在P型，N型半導(dǎo)體接觸面處會(huì)形成一個(gè)阻擋層。在阻擋層內(nèi)存在內(nèi)電場(chǎng)E，如果光照射在結(jié)附近，由光子激發(fā)而形成光生載流子，由于內(nèi)電場(chǎng)的作用，光生載流子的電子就會(huì)跑到N區(qū)，而空穴就跑到P區(qū)，這時(shí)在P-N結(jié)兩側(cè)就會(huì)出現(xiàn)附加電位差，這一現(xiàn)象稱為“光生伏特”效應(yīng)。目前四十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)++++++++++PNEU阻擋層內(nèi)存在內(nèi)電場(chǎng)E如圖下所示

目前四十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

4．光磁電探測(cè)器

光磁電探測(cè)器由一薄片本征導(dǎo)體材料和一塊磁鐵組成。當(dāng)入射光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)時(shí)，它們被外加磁場(chǎng)分開形成電動(dòng)勢(shì)。這類探測(cè)器不需要致冷，可響應(yīng)到7微米，時(shí)間常數(shù)也小。但由于其靈敏度較前兩種低，故目前應(yīng)用較少。

目前四十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)二、探測(cè)器的主要特性參數(shù)

導(dǎo)引頭所用的探測(cè)器大部分都是光電導(dǎo)探測(cè)器和光生伏特探測(cè)器，由于它們都是光子探測(cè)器，所以又都稱為光敏元件。光敏元件有一系列根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要而制定的特性參數(shù)。用這些參數(shù)可以區(qū)別一個(gè)光敏元件在應(yīng)用中的優(yōu)劣。目前四十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)1．電壓靈敏度

電壓靈敏度反映了光敏元件對(duì)入射輻射能的轉(zhuǎn)換能力。2．馳豫時(shí)間

馳豫時(shí)間是表征光敏元件對(duì)光照反映快慢的物理量，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用元件時(shí)必須考慮的重要參數(shù)。目前四十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)矩形脈沖光照弛豫過程圖正弦光照弛豫過程圖目前四十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)4．噪聲：

由以上的討論，我們知道，光照射到光敏元件上后，就會(huì)有一個(gè)有用的信號(hào)產(chǎn)生，但光敏元件工作時(shí)除了有用信號(hào)之外，還有噪聲存在。

5．噪聲等效功率于探測(cè)度：

光敏元件存在著噪聲，噪聲限制了光敏元件對(duì)微弱信號(hào)的探測(cè)能力。目前五十頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)三、紅外探測(cè)器的致冷1．致冷的必要性

目前性能較好的探測(cè)器均需要冷卻，致冷可以降低熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子，從而降低探測(cè)器的噪聲；致冷在一定程度上也可減少禁帶寬度，從而加大載止波長(zhǎng)。目前五十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2．致冷的方法

目前對(duì)紅外探測(cè)器的致冷有多種方法，按照換熱方式，可大體分為:(1)利用低溫液體或氣體進(jìn)行對(duì)流換熱而致冷探測(cè)器。

(2)利用固體傳導(dǎo)換熱而致冷探測(cè)器的固體致冷器。

(3)利用輻射散熱而致冷的輻射致冷器。

(4)利用珀?duì)栙N效應(yīng)而致冷的半導(dǎo)體致冷器。

(5)其他。目前五十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

§2.4光學(xué)調(diào)制與調(diào)制盤

一、對(duì)輻射能進(jìn)行調(diào)制的意義

來自目標(biāo)的紅外輻射能，一般是不能直接利用的因此就需要對(duì)光能進(jìn)行某種形式的調(diào)制，這種調(diào)制的類型要適合信號(hào)處理的有利型式。目前五十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

連續(xù)激光束需要斬光才能變成脈沖激光束，高溫物體的紅外輻射也需要調(diào)制成脈沖光才便于測(cè)量。為此，設(shè)計(jì)出了如圖3所示的調(diào)制盤，該調(diào)制盤的旋轉(zhuǎn)速度為2400轉(zhuǎn)/分，同時(shí)具有激光束斬光、紅外輻射調(diào)制這兩種功能。調(diào)制盤結(jié)簡(jiǎn)圖構(gòu)

目前五十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)二、調(diào)制盤基本功用1．使恒穩(wěn)的光能轉(zhuǎn)變成交變的光能2．產(chǎn)生目標(biāo)所在空間位置的信號(hào)編碼

3．空間濾波——抑制背景的干擾

光的調(diào)制目前五十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

調(diào)制盤按調(diào)制方式來分類，可以分為調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖編碼式調(diào)制盤。前兩種與電學(xué)上的調(diào)幅和調(diào)頻是一致的，即它們分別用調(diào)制信號(hào)幅度、頻率的變化來反映目標(biāo)的位置。脈沖編碼式調(diào)制盤是用一組組脈沖的頻率和相位來反映目標(biāo)的方位。三、調(diào)幅調(diào)制盤的工作原理及特性分析目前五十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

由于調(diào)幅式調(diào)制盤的信號(hào)處理系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、可靠，其性能可以滿足導(dǎo)引系統(tǒng)的要求，因此在一些小型空空彈和地空彈上都采用了調(diào)幅式調(diào)制盤。目前五十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

§2.5誤差信號(hào)處理電路框圖

紅外探測(cè)器輸出的電信號(hào)包含了目標(biāo)的位置信息，通常稱之為誤差信號(hào)。此誤差信號(hào)極其微弱，且為調(diào)制信號(hào)，因此必須經(jīng)過誤差信號(hào)處理電路進(jìn)行放大、解調(diào)等處理以后，方可形成控制陀螺跟蹤目標(biāo)的進(jìn)動(dòng)電流及輸給自動(dòng)駕駛儀的控制信號(hào)以操縱導(dǎo)彈飛行。目前五十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)紅外傳感器工作原理紅外線光電傳感器目前五十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

1．對(duì)目標(biāo)誤差信號(hào)進(jìn)行電壓放大和電流放大；

2．對(duì)誤差信號(hào)作解調(diào)變換；

3．使導(dǎo)引頭跟蹤系統(tǒng)的工作不受導(dǎo)彈與目標(biāo)間距離變化的影響；

4.導(dǎo)引頭捕獲目標(biāo)時(shí)，給射手或載機(jī)飛行員提供音響信號(hào)；

5.使導(dǎo)彈在未發(fā)射前陀螺轉(zhuǎn)子軸與彈軸相重合。一、誤差值號(hào)處理電路的功用

目前六十頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

某型地——空導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭，調(diào)制盤為調(diào)幅式調(diào)制盤，其圖案如圖2—31所示，調(diào)制盤隨陀螺轉(zhuǎn)子以100轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此調(diào)幅信號(hào)載波頻率為：

f=12fT=1200Hz

式中為調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)頻率fT，即為調(diào)制信號(hào)包絡(luò)頻率。二、誤差信號(hào)處理電路工作原理目前六十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)§2.6紅外目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)

一、跟蹤系統(tǒng)的功用

跟蹤系統(tǒng)用來對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便出現(xiàn)了目標(biāo)相對(duì)于系統(tǒng)測(cè)量基準(zhǔn)的偏離量，系統(tǒng)測(cè)量元件測(cè)量出目標(biāo)的相對(duì)偏離量，并輸出相應(yīng)的誤差信號(hào)送入跟蹤機(jī)構(gòu)，跟蹤機(jī)構(gòu)便驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)量元件向目標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)，消除其相對(duì)偏離量，使測(cè)量基準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤。目前六十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

紅外跟蹤系統(tǒng)可以對(duì)點(diǎn)源目標(biāo)和擴(kuò)展源目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。紅外跟蹤系統(tǒng)與測(cè)角機(jī)構(gòu)組合在一起，便組成紅外方位儀。紅外跟蹤系統(tǒng)在導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。紅外跟蹤系統(tǒng)在導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。紅外制導(dǎo)最早應(yīng)用于空空導(dǎo)彈，近三十年來在技術(shù)上不斷改進(jìn).目前六十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)美國(guó)的AIM-9薩姆-7

目前已出現(xiàn)了以美國(guó)的AIM－９L,法國(guó)的R550等為代表的典型格斗導(dǎo)彈,紅外地空導(dǎo)彈，如蘇聯(lián)的薩姆-7、美國(guó)的針刺型.目前六十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)美國(guó)導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星

紅外跟蹤還可用于預(yù)警探測(cè)裝置中，如七十年代后開始出現(xiàn)的預(yù)警衛(wèi)星。預(yù)警裝置中的紅外跟蹤系統(tǒng)，可對(duì)入侵的飛機(jī)和彈道導(dǎo)彈進(jìn)行捕獲和跟蹤，對(duì)其他測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)距系統(tǒng)實(shí)施引導(dǎo)，從而測(cè)量飛行目標(biāo)的相對(duì)位置和飛行軌跡。目前六十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)“幼畜”(Maverick)AGM-65空地導(dǎo)彈

以美國(guó)幼畜型為代表的空地導(dǎo)彈采用了紅外成象制導(dǎo)，它可在一定惡劣氣候下晝夜使用。目前六十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)二、跟蹤系統(tǒng)的組成及工作原理1．跟蹤系統(tǒng)的組成

紅外跟蹤系統(tǒng)包括方位探測(cè)系統(tǒng)和跟蹤機(jī)構(gòu)兩大部分。方位探測(cè)系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制盤、探測(cè)器和信號(hào)處理電路四部分組成.

方位探測(cè)系統(tǒng)跟蹤機(jī)構(gòu)目前六十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2、跟蹤系統(tǒng)工作原理

當(dāng)目標(biāo)位于光軸上時(shí)，方位探測(cè)系統(tǒng)無誤差信號(hào)輸出。由于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，使目標(biāo)偏離光軸，系統(tǒng)便輸出與失調(diào)角相對(duì)應(yīng)的方位誤差信號(hào)。該誤差信號(hào)送入跟蹤機(jī)構(gòu)，跟蹤機(jī)構(gòu)便驅(qū)動(dòng)位標(biāo)器向著減小失調(diào)角的方向運(yùn)動(dòng).qmqtq位標(biāo)器基準(zhǔn)線目前六十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

三、對(duì)跟蹤系統(tǒng)的基本要求對(duì)跟蹤系統(tǒng)的主要要求有以下四點(diǎn)：

1．跟蹤角速度及角加速度

跟蹤角速度及角加速度是指跟蹤機(jī)構(gòu)能夠輸出的最大角速度及角加速度。它表明了系統(tǒng)的跟蹤能力。目前六十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2．跟蹤范圍

3．跟蹤精度

跟蹤范圍是指在跟蹤過程中，位標(biāo)器光軸相對(duì)跟蹤系統(tǒng)縱軸的最大可能偏轉(zhuǎn)范圍。它由系統(tǒng)使用要求提出，由系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)進(jìn)行限制。一般可達(dá)+30°，有些竟達(dá)+65°左右。

系統(tǒng)的跟蹤精度即指系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)光軸與目標(biāo)視線之間的角度誤差。目前七十頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

紅外自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)同其他自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)一樣，是一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。為使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)性能好及穩(wěn)態(tài)誤差小，同時(shí)為了滿足前述跟蹤角速度及精度要求，則對(duì)方位探測(cè)系統(tǒng)的輸出誤差特性曲線應(yīng)有一定要求。這些要求是對(duì)盲區(qū)、線性區(qū)、捕獲區(qū)的要求．

4．對(duì)系統(tǒng)誤差特性的要求調(diào)制盤特性曲線目前七十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)四、調(diào)制盤跟蹤裝置結(jié)構(gòu)

調(diào)制盤跟蹤裝置的測(cè)量元件為采用調(diào)制盤的方位探測(cè)系統(tǒng)。由跟蹤機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)位標(biāo)器跟蹤目標(biāo)。下面介紹幾種結(jié)構(gòu)型式。1．電機(jī)跟蹤

這種型式的跟蹤裝置用電動(dòng)機(jī)或力矩電機(jī)作跟蹤機(jī)構(gòu)。光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制盤、探測(cè)器、次鏡旋軌電機(jī)一起組成鏡筒組合件。目前七十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2．陀螺跟蹤

采用三自由度陀螺作為跟蹤機(jī)構(gòu)，光學(xué)系統(tǒng)裝于陀螺轉(zhuǎn)子上，光軸與轉(zhuǎn)子軸重合。轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)跟蹤目標(biāo)。陀螺目前七十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

轉(zhuǎn)子可繞自身軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又可與內(nèi)框架一起繞水平軸轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，也可以與外框架一起繞垂直軸轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，這樣轉(zhuǎn)子就有三個(gè)自由度，可向空間任意方向運(yùn)動(dòng)。目前七十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)二、陀螺跟蹤系統(tǒng)工作原理

陀螺跟蹤原理即為它的進(jìn)動(dòng)原理，關(guān)鍵是進(jìn)動(dòng)力矩是如何產(chǎn)生的，以及進(jìn)動(dòng)力矩的大小和方向是怎樣確定的。根據(jù)陀螺儀的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)就下面幾個(gè)問題討論其工作原理。陀螺儀結(jié)構(gòu)目前七十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)1．進(jìn)動(dòng)電流的形式2．在進(jìn)行電流作用下，陀螺轉(zhuǎn)子的受力分析

反饋式速率陀螺儀工作原理示意圖目前七十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)5．陀螺轉(zhuǎn)子在電磁力矩作用下的運(yùn)動(dòng)分析陀螺儀原理圖目前七十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)3．求轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)轉(zhuǎn)子受到的平均電磁力矩4．在平均力矩作用下轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)

陀螺的進(jìn)動(dòng)目前七十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)§２.7十字叉及L型系統(tǒng)

十字叉及L型系統(tǒng)，是指探測(cè)器排列成十字叉型或L型的方位探測(cè)系統(tǒng)。而十字叉系統(tǒng)與L型系統(tǒng)工作原理基本相同。因此以下著重?cái)⑹鍪植嫦到y(tǒng)的基本工作原理，對(duì)L型系統(tǒng)只指出其與十字叉系統(tǒng)的不同特點(diǎn)。十字叉跟蹤目標(biāo)圖目前七十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)一、結(jié)構(gòu)組成情況

十字叉系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)，探測(cè)器及信號(hào)處理電路三大部分組成。光學(xué)系統(tǒng)可為反射式、折射式或折反式，其工作方式為圓錐掃描式，在象平面上產(chǎn)生象點(diǎn)掃描圓。象平面上放置十字型探測(cè)器陣列，目標(biāo)象點(diǎn)以圓的軌跡掃過十字形探測(cè)器列陣。目前八十頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)二、目標(biāo)位置信號(hào)的形式

當(dāng)目標(biāo)位于光軸上時(shí)，掃描圓中心與十字叉探測(cè)器陣列中心重合，各通道信號(hào)脈沖等間隔。當(dāng)目標(biāo)不在光軸上，產(chǎn)生的信號(hào)脈沖不等間隔出現(xiàn)。隨著目標(biāo)偏離光軸的大小和方向不同，信號(hào)脈沖出現(xiàn)的時(shí)間先后及脈沖間隔都不相同。顯然十字叉探測(cè)系統(tǒng)的位置信號(hào)為脈沖位置調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱脈位調(diào)制信號(hào)。目前八十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)三、基準(zhǔn)信號(hào)形式

次反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)次鏡旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，帶動(dòng)基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器，分別產(chǎn)生相位相差的兩個(gè)基準(zhǔn)電壓。主鏡基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生器探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)次鏡目前八十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)四、影響測(cè)角精度的因素1．光學(xué)系統(tǒng)的影響

光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，即彌散圓的大小，直接影響信號(hào)脈沖的寬度和形狀，它將直接影響采樣輸出波形相對(duì)于基準(zhǔn)信號(hào)的位置，因而也就影響最后輸出的直流誤差電壓的大小。為保證一定的測(cè)角精度，通常取元件的寬度為光學(xué)系統(tǒng)彌散圓直徑的1～3倍。彌散圓目前八十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2．掃描電機(jī)穩(wěn)定性的影響

次鏡旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性以及它本身的晃動(dòng)，都影響測(cè)角誤差。因此對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性有一定要求，對(duì)軸向串動(dòng)、徑向跳動(dòng)誤差都有一定的限制。軸承對(duì)稱安裝行掃描電機(jī)示意圖多面體棱；定子；軸；4.軸承。目前八十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)3．紅外探測(cè)器制做誤差的影響

紅外探測(cè)器陣列每一臂窄邊(即長(zhǎng)邊)互相不平行或每一窄邊呈鋸齒狀，以及同一通道兩探測(cè)器不在一條直線上或兩通道探測(cè)器互相不垂直等，也都直接影響測(cè)量精度。4．基準(zhǔn)信號(hào)的影響

基準(zhǔn)信號(hào)本身波形失真，兩通道基準(zhǔn)信號(hào)相位差偏離的誤差也影響測(cè)角精度。目前八十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)五、L型系統(tǒng)的特點(diǎn)

L型方位探測(cè)系統(tǒng)，是指探測(cè)器陣列排列成L型，L型系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)形式、基準(zhǔn)信號(hào)形式以及方位誤差信號(hào)提取的原理都與十字叉系統(tǒng)相同，區(qū)別僅在于，光點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一周一個(gè)通道內(nèi)只產(chǎn)生一個(gè)脈位調(diào)制脈沖，因此對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)只采樣一次。目前八十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)哈特曼（Hartman）光欄

哈特曼（Hartmann,JohannesFranz）德國(guó)天文學(xué)家。

1904年，他研究了獵戶座δ星的光譜，哈特曼得出了這樣的結(jié)論：存在著以塵?；驓怏w形式出現(xiàn)的星際物質(zhì)，其中包含著鈣；在恒星與地球之間的遙遠(yuǎn)距離上，這種氣體和塵埃吸收的光多得足以產(chǎn)生可探測(cè)的暗光譜線。這是存在著星際物質(zhì)的第一個(gè)征兆。返回目前八十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)紅外光學(xué)系統(tǒng)1.26米紅外望遠(yuǎn)鏡。

R-C光學(xué)系統(tǒng)，口徑為1.26米，焦比f/30。利用副鏡擺動(dòng)技術(shù)可以從很強(qiáng)的天空背景光中探測(cè)出微弱的紅外天體輻射，于1986年在北京天文臺(tái)投入觀測(cè)。

1989年獲中科院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng),1991年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。返回目前八十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

棱鏡

棱鏡是透明材料（如玻璃、水晶等）做成的多面體。在光學(xué)儀器中應(yīng)用很廣。棱鏡按其性質(zhì)和用途可分為若干種。例如，在光譜儀器中把復(fù)合光分解為光譜的“色散棱鏡”，較常用的是等邊三棱鏡；在潛望鏡、雙目望遠(yuǎn)鏡等儀器中改變光的進(jìn)行方向，從而調(diào)整其成像位置的稱“全反射棱鏡”，一般都采用直角棱鏡。返回目前八十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)象差（aberration）

象差指透鏡或反射鏡所呈的像與原物面貌并非完全相同的現(xiàn)象。造成球面象差的原因是由于一點(diǎn)光源發(fā)散的光線被分聚在不同的點(diǎn)上的緣故。色彩象差的原因是透鏡的折光指數(shù)隨光波的長(zhǎng)短而變化，從而引起象的邊緣呈現(xiàn)色彩。返回目前九十頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)彌散圓CircleofConfusion

CircleofConfusion

又譯為彌散圈、彌散環(huán)、散光圈,模糊圈;散射圓盤

物點(diǎn)成像時(shí)，由于像差，其成像光束不能會(huì)聚于一點(diǎn)，在像平面上形成一個(gè)擴(kuò)散的圓形投影，成為彌散圓。

如果此圓形足夠小，肉眼依然可被視為點(diǎn)的合焦成像。這個(gè)可以被接受的最大直徑被稱為容許彌散圓直徑。返回目前九十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)Airy

(1801-1892)

AirywasLucasianprofessoratCambridgeandAstronomerRoyal.HemademanymajorcontributionstomathematicsandastronomyBACK目前九十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)外光電效應(yīng)效應(yīng)

金屬或半導(dǎo)體受光照時(shí)，如果入射的光子能量hν足夠大，它和物質(zhì)中的電子相互作用，使電子從材料表面逸出的現(xiàn)象。它是真空光電器件光電陰極的物理基礎(chǔ)。目前九十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)光電效應(yīng)

在光的照射下，使物體中的電子脫出的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)(Photoelectriceffect)。下頁外光電效應(yīng)的兩個(gè)定律目前九十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)外光電效應(yīng)的兩個(gè)基本定律1．光電發(fā)射第一定律——斯托列托夫定律：

當(dāng)照射到光陰極上的入射光頻率或頻譜成分不變時(shí)，飽和光電流（即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目）與入射光強(qiáng)度成正比：

Ik=SkF0Ik：光電流Sk：光強(qiáng)F0：該陰極對(duì)入射光線的靈敏度返回下一頁目前九十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)2．光電發(fā)射第二定律——愛因斯坦定律

光電子的最大動(dòng)能與入射光的頻率成正比，而與入射光強(qiáng)度無關(guān)：Emax=(1/2)mυ2max=hν-hν0=hν-AEmax：光電子的最大初動(dòng)能。

h：普朗克常數(shù)。

ν0：產(chǎn)生光電發(fā)射的極限頻率，頻率閾值。

A：金屬電子的逸出功

入射光子的能量至少要等于逸出功時(shí)，才能發(fā)生光電發(fā)射。返回目前九十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

阿爾伯特·愛因斯坦

AlbertEinstein

1879年3月14日出生于德國(guó)烏爾姆－1955年4月18日逝世于美國(guó)普林斯頓，著名理論物理學(xué)家，相對(duì)論的創(chuàng)立者，1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。

1905年，愛因斯坦在科學(xué)史上創(chuàng)造了一個(gè)史無前例奇跡。這一年他寫了六篇論文，在三個(gè)領(lǐng)域做出了四個(gè)有劃時(shí)代意義的貢獻(xiàn)，他發(fā)表了關(guān)于光量子說、分子大小測(cè)定法、布朗運(yùn)動(dòng)理論和狹義相對(duì)論這四篇重要論文。愛因斯坦返回目前九十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)光生伏特效應(yīng)

當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射光電半導(dǎo)體薄片上時(shí)，由于內(nèi)建電場(chǎng)的作用（不外加電場(chǎng)），半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（光生電壓）；如將p-n結(jié)短路，則會(huì)出現(xiàn)電流（光生電流）。這種內(nèi)建電場(chǎng)引起的光電效應(yīng)，稱為光生伏特效應(yīng)。目前九十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)PN結(jié)光生伏特效應(yīng)原理圖返回目前九十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于二十二點(diǎn)

光電倍