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脉冲激光引信近程周向探测技术研究

徐孝彬  
【摘要】:对敌方来袭弹药的拦截,常采用主动防护系统,通过主动探测并有效拦截来袭目标,是提升要地、重要目标战场生存的有效途径。受常规弹药引信发射过载、几何空间、系统功耗以及制造成本等因素的约束,国内外主动防护系统对目标的拦截主要采用导弹等一系列高价值弹药。通过对常规弹药配激光近程周向探测引信理论与实验研究,解决主动防护系统中常规弹药弹目交会的诸多关键问题,对于改善目前国内主动防护系统应用常规弹药的薄弱现状,拓展引信技术的应用空间,推动常规弹药引信的发展以及提高我国武器装备水平具有重要的军事意义。本文以真中大口径常规弹药实现武器系统主动防护为研究背景,以常规弹药激光近炸引信为研究对象,结合当前国内外激光近炸引信技术和激光引信周向探测技术,通过理论研究与建模、仿真和实验验证,研究脉冲激光单发单收周向动态扫描探测中的理论问题和关键技术,实现主动防护系统常规弹药炸点控制的引信小型化和低成本应用。主要研究内容和创新点如下:建立了含有时空特性的弹目交会与二次扫描最佳起爆模型。仿真分析了不同参数对周向探测系统目标探测概率的影响,获取最佳脉冲频率与电机扫描转速及匹配规律,为脉冲激光周向探测系统的设计提供理论依据;仿真分析了不同参数对最佳起爆延时和起爆方位角的影响,提出了最佳起爆策略,为提升对来袭目标的最佳毁伤效能提供更加精确的炸点控制理论。结合目标表面特性和脉冲激光时空分布,改进了回波功率理论方程。通过实验对典型目标的理论模型进行了验证,理论模型及其回波功率方程具有更广泛的适用性,为研究脉冲激光周向探测性能提供理论依据。揭示了不同探测方式下目标表面特性等因素影响测距精度的规律。推导了脉冲激光测距估计方差的Cramer-Rao下界,全面分析了影响系统探测距离精度的因素;推导了恒阈值和恒比定时时探测时平面目标测距概率密度函数,通过仿真和实验分析了两种探测方式受目标表面特性等因素的影响,得出恒比定时探测更能有效抑制平面角度变化对测距统计特性分布的影响,为提升脉冲激光周向探测的测距精度提供理论依据。提出了基于改进梯度粒子群的提升小波去噪算法的随机阈值探测方法。仿真分析单脉冲固定阈值、可变阈值和随机阂值探测的探测概率与虚警率,结果表明:在低信噪比条件下,采用随机阂值探测能获得恒定虚警率,提升目标探测概率;提出基于改进梯度粒子群的提升小波自适应非线性去噪算法,通过仿真与实验验证,算法能弥补随机阈值探测的固有缺陷并有效提高回波信噪比。为微弱回波信号探测提供理论基础与实现方法。优选脉冲激光周向探测光束布局方案,设计了脉冲激光周向探测系统,包括:物理隔离型扁平化光学系统、脉冲宽度可调型高频窄脉冲激光驱动电源、微弱回波信号放大电路、PWM和PFM混合调制式APD高压供电电源、高精度时间间隔测距模块、应用上升沿阈值周期检测算法的高精度磁电检测模块等各个子系统。加工了原理样机并进行实验研究,实验结果表明:脉冲激光周向探测系统具有小型化、低成本、抗高过载特征,各子系统完全按光电信息传递规律和预设机制工作,系统的电磁干扰被有效抑制、系统探测距离能力大于3m、方位角测量误差为±2°、抗冲击加速度能力达34000g。


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