模拟激光制导实验系统的设计

王怀立 季冠伯

摘  要：传统的激光制导设备的成本昂贵，体积庞大，在实际的教学中适用性不强，非常繁琐，不方便教学活动的开展，并且教学效果较差。在此背景下，本文介绍了一种新的模拟激光制导实验系统，它通过探测模块探测激光照射模块发射的激光信号在目标位置处形成的光斑，并由主控制模块识别光斑在探测模块视场中的位置信息，从而控制转台连同设置在转台上的探测模块转动，调整探测器的方位，使得探测模块视场中心点与光斑重合，完成激光制导的模拟过程，整个过程簡单，相应迅速，指导精确度较高，非常适于教学，具体极佳的教学效果。

关键词：激光制导;实验系统;研究;模拟

1 概述

激光制导技术和各种激光制导武器已有40多年的发展历史。最早的研究工作是美国陆军导弹司令部在1962年开始的，1964年已在实验室完成了激光制导反坦克导弹的方案研究，而第一个实用的激光制导系统是在激光制导航空炸弹上实现的。由于采用激光制导技术的武器系统具有制导精度高、抗干扰能力强、结构简单、成本低等优势，因而各军事大国都竞相开展研制，尤其是在最近的几次局部战争中激光制导武器显示出了强大的威力，使其受到了越来越广泛的重视。激光制导主要采用的是半主动式，由弹外激光目标指示器发射的激光束照射目标，弹上激光传感器接收目标漫反射的回波信号，形成对目标的跟踪和对弹的控制信号，从而将弹准确地导向目标。这种方式由于设备的成本昂贵，体积庞大，在实际的训练教学中并不太适用，非常繁琐，不方便教学活动的开展，并且教学效果较差。

2 模拟激光制导实验系统的设计

模拟激光制导实验系统如图1所示，它包括激光照射模块、探测模块和主控制模块。其中：激光照射模块，用于发射激光信号，照射目标并在目标位置处形成光斑;探测模块设置在转台上，用于探测光斑，并识别光斑在视场中的位置信息;主控制模块，根据光斑在视场中的位置信息控制转台转动，并调整探测模块的方位，如此重复，直至视场中心点与光斑重合，完成制导。

3 模拟激光制导实验系统进一步分析

本模拟激光制导实验系统的激光照射模块采用现有的激光照射器，其参数为：波长532nm，功率10mW，脉宽ns级，时域编码，束散角1mrad;观瞄CCD参数：尺寸150×65×180，最低照度0.05Lx，水平清晰度600线，自动对焦，CCIR或复合式信号输出。

本模拟激光制导实验系统的探测模块包括四象限探测器、电压转换电路和位置识别电路;四象限探测器用于识别光斑在视场中的位置，生成四路电流信号;电压转换电路用于将四路电流信号进行电压转换处理，得到四路电压信号;位置识别电路用于根据四路电压信号识别光斑的质心M的坐标M（x，y）。通过探测模块可以准确识别光斑的质心M的坐标，这样便于后续根据光斑的质心M和视场中心点O的相对位置，从而便于调整探测器的方位，为实现跟踪获取准确的数据源信号。四象限探测器参数为：外形尺寸160×80×155，探测口径Φ6mm，光敏面5mm×5m，响应波长400-1100nm，精度0.01nm。位置识别电路采用ARM微处理器。ARM微处理器识别光斑的质心在二维空间内四个象限中的位置，并以视场中心为坐标原点，读取光斑的质心在二维空间中的坐标。

本模拟激光制导实验系统的主控制模块包括偏移量识别电路、MCU和驱动电路;偏移量识别电路用于根据光斑的质心M（x，y）与视场中心点O（0，0）生成偏移量，MCU由于根据偏移量生成驱动信号，并发送至驱动电路;驱动电路用于根据驱动信号驱动转台连同设置在转台上的探测模块转动，直至探测模块视场中心点与光斑重合，完成制导。通过偏移量识别电路可以根据光斑的质心M（x，y）与视场中心点O（0，0）的位置确定探测模块的偏移量，并通过驱动电路驱动转台转动，从而对探测模块方位的准确调整，实现了探测模块对目标的实时跟踪。转台内设有步进电机，偏移量识别电路优选采用51系列单片机，驱动电路优选采用THB6064大功率步进电机驱动芯片。

主控制模块还包括编码器，编码器用于根据预先设定的编码格式生成编码命令，激光照射器根据编码命令发射激光信号。通过编码器可以对整个制导过程进行加密，增强整个制导过程的安全性，便于进针对有权限的己方操控整个制导过程，而对没有权限的敌方则不响应。

4 结语

本模拟激光制导实验系统通过探测模块探测激光照射模块发射的激光信号在目标位置处形成的光斑，并由主控制模块识别光斑在探测模块视场中的位置信息，从而控制转台连同设置在转台上的探测模块转动，调整探测器的方位，使得探测模块视场中心点与光斑重合，完成激光制导的模拟过程，整个过程简单，相应迅速，指导精确度较高，非常适于教学，具体极佳的教学效果。

参考文献

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[2]龙多、张喜和、颜辉.模拟激光制导的实验设计[J].物理实验，2005.

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[4]陈世伟.激光制导技术发展概述[J].航空科学技术，2007.

[5]邓仁亮.光学制导技术[M].北京：国防工业出版社，1992.

作者简介

1.王怀立，男，1997年03月，单位：长春理工大学，学生，研究方向：光制导。

2.季冠伯，男，1997年05月，单位：长春理工大学，学生，研究方向：光制导。