陳文博　陳凱　岳修正

摘 要：為了解決光電干擾效果評估中閉環(huán)制導(dǎo)模擬的需求，設(shè)計(jì)一種電視成像制導(dǎo)模擬設(shè)備，在普通電視成像制導(dǎo)導(dǎo)引頭的基礎(chǔ)上，對各功能模塊進(jìn)行功能改進(jìn)，增加多種抗干擾功能及工作模式和性能參數(shù)的在線切換功能，具有較好的通用性和可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：電視成像制導(dǎo)；制導(dǎo)模擬；伺服穩(wěn)像；目標(biāo)跟蹤

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0034-03

Design and Implementation of a Kind of TV Imaging

Guidance Simulation Equipment

Chen Wenbo Chen Kai Yue Xiuzheng

（The 27th Research Institute CETC，Zhengzhou Henan 450047）

Abstract： In order to solve the interference Photoelectric Effect Evaluation closed-loop simulation needs guidance， designed a TV imaging guidance simulation apparatus， based on the common TV imaging Seeker on the various functional modules feature enhanced with a variety of antijamming online mode of function and performance parameters and switching functions， with better versatility and scalability.

Keywords： TV imaging guided；guidance simulator；servo stabilization；target tracking

近年來，為了應(yīng)對精確制導(dǎo)武器的威脅，人們研制出了各種光電無源、有源干擾裝備，如何科學(xué)地檢驗(yàn)、評估這些干擾裝備的性能和干擾效果是光電對抗裝備發(fā)展過程中必須解決的問題。采用全過程數(shù)學(xué)仿真方法，成本較低，可重復(fù)進(jìn)行，但難以建立具有說服力的數(shù)學(xué)模型；而采用實(shí)彈打靶方式可信度較高，但耗費(fèi)過大，有限的實(shí)彈打靶訓(xùn)練很難對干擾效果作出全面測試[1-2]。

電視成像制導(dǎo)模擬設(shè)備是一種精確制導(dǎo)對抗對象模擬設(shè)備，以改進(jìn)的通用電視成像制導(dǎo)導(dǎo)引頭，模擬典型電視成像制導(dǎo)導(dǎo)引頭工作過程，配合輔助設(shè)備，構(gòu)建實(shí)物模擬平臺，在光電對抗試驗(yàn)中，可搭載飛艇、無人機(jī)等不同平臺，實(shí)現(xiàn)光電無源、有源干擾效果的外場開環(huán)或閉環(huán)評估試驗(yàn)、內(nèi)場仿真閉環(huán)干擾效果評估試驗(yàn)[3]。

1 工作原理

電視成像制導(dǎo)模擬設(shè)備主要由電視攝像機(jī)、信息處理模塊、伺服穩(wěn)像平臺、顯控終端等組成，如圖1所示，設(shè)備的主體是電視成像制導(dǎo)導(dǎo)引頭，采用經(jīng)過改進(jìn)的真實(shí)導(dǎo)引頭，通過切換不同的工作體制、性能參數(shù)和目標(biāo)搜索跟蹤算法，使模擬與真實(shí)導(dǎo)引頭最為接近。

外場試驗(yàn)時載機(jī)由無人機(jī)或飛艇模擬實(shí)現(xiàn)，顯控終端通過空地鏈路對導(dǎo)引頭進(jìn)行實(shí)時操作。閉環(huán)試驗(yàn)中，可以利用無人空中平臺擔(dān)當(dāng)發(fā)射后的導(dǎo)彈飛行的模擬任務(wù)，待導(dǎo)引頭進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)后，飛行平臺接收和分析導(dǎo)引頭送出的導(dǎo)引信息，按照預(yù)定的制導(dǎo)率，對其飛行姿態(tài)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，模擬導(dǎo)彈飛行彈道，此時光電干擾設(shè)備可對空中的模擬導(dǎo)引頭實(shí)施光電干擾，飛行平臺持續(xù)對干擾的全過程進(jìn)行導(dǎo)彈彈道飛行模擬，從而實(shí)現(xiàn)干擾效果或戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練效果的評估和分析等[3]。

試驗(yàn)時，飛行平臺在一次模擬攻擊后可以拉起進(jìn)入再次模擬過程，一次試驗(yàn)可以進(jìn)行多次驗(yàn)證，獲取大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)組成及硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成

設(shè)備從結(jié)構(gòu)功能上分為電視成像制導(dǎo)導(dǎo)引頭和顯控終端，電視成像制導(dǎo)導(dǎo)引頭內(nèi)集成了電視攝像機(jī)、伺服穩(wěn)像平臺及信息處理模塊。設(shè)備的組成示意圖如圖2所示。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 電視攝像機(jī)。一般導(dǎo)引頭的光學(xué)鏡頭，要求具有高透過率、高靈敏度、高雜光抑制比、小型化、抗機(jī)械振動性能好等特點(diǎn)；同時，為了兼顧模擬多種導(dǎo)引頭不同視場的需求，設(shè)計(jì)了高倍率連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，同時保證變焦過程的光軸一致性，光學(xué)系統(tǒng)的視場范圍可根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)需要進(jìn)行設(shè)置。所以，本系統(tǒng)中電視攝像機(jī)由光學(xué)鏡頭、調(diào)光機(jī)構(gòu)、調(diào)焦機(jī)構(gòu)、聚焦機(jī)構(gòu)、CCD攝像機(jī)及自動控制電路等部分組成，如圖3所示，其中自動控制電路是電視攝像機(jī)的核心電路，一方面接收外部命令產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動信號，驅(qū)動調(diào)焦、聚焦機(jī)構(gòu)完成調(diào)焦、聚焦動作；另一方面，依據(jù)成像情況產(chǎn)生調(diào)光驅(qū)動信號，驅(qū)動調(diào)光機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動調(diào)光。

2.2.2 伺服穩(wěn)像平臺。伺服穩(wěn)像平臺采用雙軸穩(wěn)像平臺，主要包括萬向支架、力矩電機(jī)、角度傳感器、速度傳感器、控制器等部分，是導(dǎo)引頭空間搜索、跟蹤目標(biāo)、克服載體擾動的具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)。萬向支架由內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩個框架構(gòu)成，分別對應(yīng)俯仰和方位兩個方向的運(yùn)動，框架由電機(jī)驅(qū)動，速度靠陀螺探測，由俯仰和方位軸上的角度傳感器測量角度，控制放大器結(jié)合系統(tǒng)工作狀態(tài)、操控指令等參數(shù)控制導(dǎo)引頭的搜索、跟蹤及光軸的空間穩(wěn)定，如圖4所示。為了滿足模擬多種導(dǎo)引頭不同的動態(tài)跟蹤性能，本文在擴(kuò)大結(jié)構(gòu)框架角的同時，將搜索范圍、最大角速度、跟蹤精度等多個性能指標(biāo)設(shè)置為可調(diào)節(jié)模式，可根據(jù)試訓(xùn)任務(wù)的不同，設(shè)置最為接近模擬目標(biāo)的性能參數(shù)。

2.2.3 信息處理模塊。信息處理模塊為了達(dá)到模擬多種導(dǎo)引頭的目的，其所采用的圖像處理算法、目標(biāo)識別方法及反對抗策略等要比真正裝備的導(dǎo)引頭種類更多，信息量更大。所以，本文采用百萬門級大規(guī)模FPGA與高速DSP相結(jié)合的技術(shù)構(gòu)建柔性硬件平臺，實(shí)現(xiàn)多種A/D分辨率實(shí)時切換及多種算法的實(shí)時運(yùn)算，同時具有體積小、重量輕、高可靠性及擴(kuò)展性的優(yōu)點(diǎn)。硬件框圖如圖5所示。

2.2.4 顯控終端。顯控終端是整個設(shè)備的信息交互及操控中心，集成了控制、通訊、顯示、記錄、分析及供保的絕大部分功能，主要包括顯示器、操控臺、工控機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)、時統(tǒng)終端、電源轉(zhuǎn)換及UPS等設(shè)備。

3 主要軟件設(shè)計(jì)

3.1 綜合顯控軟件

顯控軟件接收來自上位機(jī)、各單元模塊、操控設(shè)備、各輔助設(shè)備的指令、狀態(tài)、圖像及各類信息，并向各單元分發(fā)指令，具備設(shè)置整個設(shè)備工作模式和參數(shù)調(diào)整，控制系統(tǒng)工作，顯示及記錄設(shè)備工作狀態(tài)，顯示及記錄圖像信息等功能。

采用Borland C+ Builder 6.0開發(fā)平臺，主界面采用基本對話框形式，內(nèi)嵌子對話框調(diào)用菜單，在顯示視頻圖像的同時完成圖像存貯、系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲、串口通信功能等。

用戶主界面上半部分為電視跟蹤復(fù)合視頻、系統(tǒng)工作模式、試驗(yàn)方式、運(yùn)行狀態(tài)等狀態(tài)信息，下半部分為系統(tǒng)工作模式、跟蹤模式、伺服工作模式等參數(shù)的設(shè)置界面。

3.2 多通道目標(biāo)信息處理軟件

目標(biāo)信息處理兼容多種圖像分辨率，采用多通道并行工作及指令切換的方式，涵蓋幾種典型的圖像分割與跟蹤算法，具有實(shí)時切換、擴(kuò)展靈活和仿真程度高的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，軟件流程框圖如圖6所示。

目標(biāo)信息處理模塊首先對輸入的標(biāo)準(zhǔn)模擬制式視頻圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，圖像數(shù)字化后進(jìn)行濾波、增強(qiáng)等預(yù)處理，去除圖像中的固有及轉(zhuǎn)換噪聲，然后采用幾種典型的數(shù)字圖像處理技術(shù)對目標(biāo)進(jìn)行分割、跟蹤。基于對比

度檢測的質(zhì)心跟蹤、邊緣跟蹤和基于特征矢量的特征匹配、基于相似性度量的相關(guān)匹配通道并行工作，性能各有優(yōu)劣，資源信息共享，可由用戶根據(jù)工作環(huán)境實(shí)時切換，也可在智能決策器的控制下完成目標(biāo)識別及跟蹤功能。

4 結(jié)語

文中從光電干擾效果評估需求出發(fā)，提出一種電視成像制導(dǎo)設(shè)備的模擬方案，在普通電視成像制導(dǎo)導(dǎo)引頭的基礎(chǔ)上，針對結(jié)構(gòu)組成、攝像單元、伺服單元、信息處理模塊及系統(tǒng)軟件都進(jìn)行了功能改進(jìn)，增加了多種抗干擾功能，設(shè)計(jì)了工作模式和性能參數(shù)的在線切換功能，實(shí)現(xiàn)了對多種電視成像制導(dǎo)導(dǎo)引頭的有效模擬，具有較好的通用性和可擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn)：

[1]高衛(wèi)，黃惠明，李軍.光電干擾效果評估方法[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[2]孫希東，王彩英.復(fù)雜電磁環(huán)境下反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭試驗(yàn)評估研究[J].飛行器測控學(xué)報(bào)，2010（3）：88-91.

[3]高衛(wèi)，孫奕帆，李娟，等.一種用于干擾效果評估的閉環(huán)制導(dǎo)模擬方法[J].飛行器測控學(xué)報(bào)，2014（5）：458-462.