一种电视成像制导模拟设备的设计与实现

陈文博　陈凯　岳修正

摘 要：为了解决光电干扰效果评估中闭环制导模拟的需求，设计一种电视成像制导模拟设备，在普通电视成像制导导引头的基础上，对各功能模块进行功能改进，增加多种抗干扰功能及工作模式和性能参数的在线切换功能，具有较好的通用性和可扩展性。

关键词：电视成像制导；制导模拟；伺服稳像；目标跟踪

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：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

近年来，为了应对精确制导武器的威胁，人们研制出了各种光电无源、有源干扰装备，如何科学地检验、评估这些干扰装备的性能和干扰效果是光电对抗装备发展过程中必须解决的问题。采用全过程数学仿真方法，成本较低，可重复进行，但难以建立具有说服力的数学模型；而采用实弹打靶方式可信度较高，但耗费过大，有限的实弹打靶训练很难对干扰效果作出全面测试[1-2]。

电视成像制导模拟设备是一种精确制导对抗对象模拟设备，以改进的通用电视成像制导导引头，模拟典型电视成像制导导引头工作过程，配合辅助设备，构建实物模拟平台，在光电对抗试验中，可搭载飞艇、无人机等不同平台，实现光电无源、有源干扰效果的外场开环或闭环评估试验、内场仿真闭环干扰效果评估试验[3]。

1 工作原理

电视成像制导模拟设备主要由电视摄像机、信息处理模块、伺服稳像平台、显控终端等组成，如图1所示，设备的主体是电视成像制导导引头，采用经过改进的真实导引头，通过切换不同的工作体制、性能参数和目标搜索跟踪算法，使模拟与真实导引头最为接近。

外场试验时载机由无人机或飞艇模拟实现，显控终端通过空地链路对导引头进行实时操作。闭环试验中，可以利用无人空中平台担当发射后的导弹飞行的模拟任务，待导引头进入目标跟踪状态后，飞行平台接收和分析导引头送出的导引信息，按照预定的制导率，对其飞行姿态进行相应调整，模拟导弹飞行弹道，此时光电干扰设备可对空中的模拟导引头实施光电干扰，飞行平台持续对干扰的全过程进行导弹弹道飞行模拟，从而实现干扰效果或战术训练效果的评估和分析等[3]。

试验时，飞行平台在一次模拟攻击后可以拉起进入再次模拟过程，一次试验可以进行多次验证，获取大量的试验数据。

2 系统组成及硬件设计

2.1 系统组成

设备从结构功能上分为电视成像制导导引头和显控终端，电视成像制导导引头内集成了电视摄像机、伺服稳像平台及信息处理模块。设备的组成示意图如图2所示。

2.2 硬件设计

2.2.1 电视摄像机。一般导引头的光学镜头，要求具有高透过率、高灵敏度、高杂光抑制比、小型化、抗机械振动性能好等特点；同时，为了兼顾模拟多种导引头不同视场的需求，设计了高倍率连续变焦光学系统，同时保证变焦过程的光轴一致性，光学系统的视场范围可根据试验任务需要进行设置。所以，本系统中电视摄像机由光学镜头、调光机构、调焦机构、聚焦机构、CCD摄像机及自动控制电路等部分组成，如图3所示，其中自动控制电路是电视摄像机的核心电路，一方面接收外部命令产生电机驱动信号，驱动调焦、聚焦机构完成调焦、聚焦动作；另一方面，依据成像情况产生调光驱动信号，驱动调光机构实现自动调光。

2.2.2 伺服稳像平台。伺服稳像平台采用双轴稳像平台，主要包括万向支架、力矩电机、角度传感器、速度传感器、控制器等部分，是导引头空间搜索、跟踪目标、克服载体扰动的具体执行机构。万向支架由内环和外环两个框架构成，分别对应俯仰和方位两个方向的运动，框架由电机驱动，速度靠陀螺探测，由俯仰和方位轴上的角度传感器测量角度，控制放大器结合系统工作状态、操控指令等参数控制导引头的搜索、跟踪及光轴的空间稳定，如图4所示。为了满足模拟多种导引头不同的动态跟踪性能，本文在扩大结构框架角的同时，将搜索范围、最大角速度、跟踪精度等多个性能指标设置为可调节模式，可根据试训任务的不同，设置最为接近模拟目标的性能参数。

2.2.3 信息处理模块。信息处理模块为了达到模拟多种导引头的目的，其所采用的图像处理算法、目标识别方法及反对抗策略等要比真正装备的导引头种类更多，信息量更大。所以，本文采用百萬门级大规模FPGA与高速DSP相结合的技术构建柔性硬件平台，实现多种A/D分辨率实时切换及多种算法的实时运算，同时具有体积小、重量轻、高可靠性及扩展性的优点。硬件框图如图5所示。

2.2.4 显控终端。显控终端是整个设备的信息交互及操控中心，集成了控制、通讯、显示、记录、分析及供保的绝大部分功能，主要包括显示器、操控台、工控机、数字录像机、时统终端、电源转换及UPS等设备。

3 主要软件设计

3.1 综合显控软件

显控软件接收来自上位机、各单元模块、操控设备、各辅助设备的指令、状态、图像及各类信息，并向各单元分发指令，具备设置整个设备工作模式和参数调整，控制系统工作，显示及记录设备工作状态，显示及记录图像信息等功能。

采用Borland C+ Builder 6.0开发平台，主界面采用基本对话框形式，内嵌子对话框调用菜单，在显示视频图像的同时完成图像存贮、系统状态数据存储、串口通信功能等。

用户主界面上半部分为电视跟踪复合视频、系统工作模式、试验方式、运行状态等状态信息，下半部分为系统工作模式、跟踪模式、伺服工作模式等参数的设置界面。

3.2 多通道目标信息处理软件

目标信息处理兼容多种图像分辨率，采用多通道并行工作及指令切换的方式，涵盖几种典型的图像分割与跟踪算法，具有实时切换、扩展灵活和仿真程度高的技术优点，软件流程框图如图6所示。

目标信息处理模块首先对输入的标准模拟制式视频图像进行数字化处理，图像数字化后进行滤波、增强等预处理，去除图像中的固有及转换噪声，然后采用几种典型的数字图像处理技术对目标进行分割、跟踪。基于对比

度检测的质心跟踪、边缘跟踪和基于特征矢量的特征匹配、基于相似性度量的相关匹配通道并行工作，性能各有优劣，资源信息共享，可由用户根据工作环境实时切换，也可在智能决策器的控制下完成目标识别及跟踪功能。

4 结语

文中从光电干扰效果评估需求出发，提出一种电视成像制导设备的模拟方案，在普通电视成像制导导引头的基础上，针对结构组成、摄像单元、伺服单元、信息处理模块及系统软件都进行了功能改进，增加了多种抗干扰功能，设计了工作模式和性能参数的在线切换功能，实现了对多种电视成像制导导引头的有效模拟，具有较好的通用性和可扩展性。

参考文献：

[1]高卫，黄惠明，李军.光电干扰效果评估方法[M].北京：国防工业出版社，2006.

[2]孙希东，王彩英.复杂电磁环境下反舰导弹导引头试验评估研究[J].飞行器测控学报，2010（3）：88-91.

[3]高卫，孙奕帆，李娟，等.一种用于干扰效果評估的闭环制导模拟方法[J].飞行器测控学报，2014（5）：458-462.