半實物仿真三軸轉(zhuǎn)臺校準方法研究

黎安兵 郭頌

摘 要：本文以半實物仿真系統(tǒng)為研究對象，通過研究其工作原理，研究實現(xiàn)半實物仿真系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺的角位置參數(shù)、角速率參數(shù)校準，以及目標信號模擬器的位置參數(shù)的校準方法，并開發(fā)基于VC++軟件平臺的半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準軟件，采用無線通訊技術(shù)，實現(xiàn)半實物仿真系統(tǒng)的校準數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)缴衔粰C上進行數(shù)據(jù)處理，最終實現(xiàn)半實物仿真三軸轉(zhuǎn)臺的自動化校準。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)臺;角位置;角速率;目標信號模擬器

中圖分類號：TJ765 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0062-02

0 引言

半實物仿真系統(tǒng)，通常置于仿真微波暗室內(nèi)。它用于真實地模擬導彈實際飛行時的各種姿態(tài)，復現(xiàn)其動力學特征，考核其制導系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的性能，是在導彈飛行試驗之前用來驗證導彈導引頭設(shè)計方案的正確性和考核飛行軟件合理性的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，由仿真計算機建立真實的飛行過程環(huán)境，在試驗室環(huán)境條件下模擬導彈的飛行過程，這種試驗方法是全面考核導彈導引頭性能指標的一項十分重要的大型試驗。

正是由于半實物仿真試驗避開了全數(shù)學仿真的復雜性和不準確性，提高了仿真的精度和結(jié)果的可靠性，同時具有安全、高效、經(jīng)濟性和重復使用等特點。國外已發(fā)展成熟并得到了較好應(yīng)用，做得較好的有美國的陸軍高級仿真中心、英國的BAE試驗室等，都可完成多種型號導彈的仿真，這些試驗室的建立大大推進了導彈武器系統(tǒng)的研制，減低了試驗成本和風險，在導彈研制中起著越來越重要的作用。

綜上所述，開展半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準技術(shù)研究，研建半實物仿真系統(tǒng)校準裝置，解決半實物仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)準確、量值統(tǒng)一問題，對有效保障產(chǎn)品科研生產(chǎn)和全壽命周期可靠性，有著非常重要而迫切的現(xiàn)實意義。

1 半實物仿真系統(tǒng)的工作原理

半實物仿真系統(tǒng)，主要由三軸轉(zhuǎn)臺和目標信號模擬器（目標模擬陣列）組成，如圖1所示，通常置于仿真微波暗室內(nèi)。它用于真實地模擬導彈實際飛行時的各種姿態(tài)，復現(xiàn)其動力學特征，考核其制導系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的性能，是在導彈飛行試驗之前用來驗證導彈導引頭設(shè)計方案的正確性和考核飛行軟件合理性的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，試驗時將導彈導引頭以實物的形式安放在導彈半實物仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心（如圖1所示），由仿真計算機建立真實的飛行過程環(huán)境，在試驗室環(huán)境條件下模擬導彈的飛行過程，這種試驗方法是全面考核導彈導引頭性能指標的一項十分重要的大型試驗。

半實物仿真系統(tǒng)的三軸轉(zhuǎn)臺用來模擬導彈實際飛行過程中的俯仰、偏轉(zhuǎn)和滾動等運動狀態(tài)，考核導引頭的測量系統(tǒng);目標模擬陣列用來考核導引頭對目標的自動跟蹤性能。

2 半實物仿真系統(tǒng)校準裝置的設(shè)計

本文以半實物仿真系統(tǒng)為研究對象。校準裝置主要由三部分組成：

（1）仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)（靜態(tài)參數(shù)）校準：擬采用新添置的自準直儀和原有的23面棱體，配備相應(yīng)的測試夾具組成仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)校準系統(tǒng)。（2）仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角速率參數(shù)（動態(tài)參數(shù)）校準：擬采用新研制的高精度轉(zhuǎn)臺角運動參數(shù)測量系統(tǒng)，配備相應(yīng)的工裝組成轉(zhuǎn)臺角速率參數(shù)校準系統(tǒng)。（3）目標信號模擬器（目標模擬陣列）位置參數(shù)的校準：采用全站儀，配備相應(yīng)的工裝組成目標信號模擬器位置參數(shù)校準系統(tǒng)。

2.1 仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)的校準方法

仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)校準裝置由23面棱體、分辨率為0.1″光電自準直儀和相應(yīng)的測試夾具組成。

在校準過程中，首先將自準直儀對準23面棱體的第1面，記錄自準直儀的讀數(shù)，然后根據(jù)23面棱體的角度，被測轉(zhuǎn)臺順時針旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，記錄自準直儀讀數(shù)，重復上述操作，直至檢測到棱體的第23面;過行程操作后，再逆時針旋轉(zhuǎn)被測轉(zhuǎn)臺，記錄相應(yīng)的自準直儀讀數(shù)，最后通過數(shù)據(jù)處理，得到仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)的誤差值。

2.2 仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角速率參數(shù)的校準方法

高精度三軸轉(zhuǎn)臺角速率校準裝置是整套系統(tǒng)校準裝置的核心，它通過工裝安裝到半實物仿真系統(tǒng)平臺上，與仿真系統(tǒng)隨動，當仿真系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺運動時，時基電路立即開始計時，同時測角裝置記錄角速率校準裝置轉(zhuǎn)動的角度，通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)記錄和分析數(shù)據(jù)，得到角速率參數(shù)指標，與仿真系統(tǒng)輸入的角速率參數(shù)指標進行比較，實現(xiàn)對半實物仿真平臺角速率參數(shù)的校準。仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角速率參數(shù)校準裝置主要由測角裝置、時基電路、校準工裝、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等部分組成。

測角裝置是角速率參數(shù)校準的關(guān)鍵，它的結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標對整套校準裝置的有著直接的影響。測角裝置主要由三部分組成，一是圓光柵;二是細分盒;三是計數(shù)接口。細分盒的作用是將光電編碼器輸出的正弦信號經(jīng)過細分，然后轉(zhuǎn)換成方波信號輸出。轉(zhuǎn)換過程如圖2所示。

考慮到三軸轉(zhuǎn)臺仿真系統(tǒng)的速率范圍寬，分辨率高，故選擇一個刻線數(shù)高的光柵，通過更換細分盒來滿足系統(tǒng)不同量程的測試要求。

2.3 目標信號模擬器（目標模擬陣列）位置參數(shù)的校準方法

目標模擬陣列及陣列饋電系統(tǒng)又稱陣列系統(tǒng)，是地空導彈導引頭半實物仿真系統(tǒng)的重要組成部分。陣列式目標仿真系統(tǒng)采用電路控制的方法來實現(xiàn)目標空間角度運動的仿真，目標模擬信號是以陣列上相鄰的三個單元輻射的合成信號來表示，相應(yīng)的三個單元按照等邊三角形排列，構(gòu)成一個子陣列，稱為三元組。三元組的輻射信號，通過射頻開關(guān)矩陣的控制，使目標模擬信號由一個三元組轉(zhuǎn)移到另一個三元組，從而實現(xiàn)目標位置的粗位控制;三元組內(nèi)三個單元的輻射信號，分別通過程控衰減器及移相器，來改變它們之間的相對幅度及相位，從而控制目標模擬信號在三元組內(nèi)的精確位置。其原理圖如圖3所示。

由于目標模擬陣面是建立在離仿真平臺較大距離和空間的位置，屬于空間大尺寸測量，本文采用全站儀作為主標準器，配以必要的工裝和配套儀器設(shè)備或者采用陣列標定與校準軟件，開展校準方法的研究，編制校準軟件，來實現(xiàn)對目標陣列的校準。通過全站儀采集三元組中三個喇叭天線的位置及角度，進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，得到目標信號模擬器喇叭天線的角度值，從而實現(xiàn)目標信號模擬器的校準。

2.4 半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準軟件

基于VC++軟件平臺的頭半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準軟件。針對現(xiàn)場校準的特點，研發(fā)實用簡便的現(xiàn)場校準軟件。校準軟件通過無線通訊模塊將圓光柵的位置和時基電路的數(shù)據(jù)傳入上位機，通過校準軟件進行數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)對地空導彈導引頭半實物仿真系統(tǒng)的校準。

通過無線通訊模塊，避免測試線在測試時纏繞在被測轉(zhuǎn)臺上，避免高速運行的轉(zhuǎn)臺對測試線的損傷;校準軟件可對半實物仿真系統(tǒng)進行角位置分析和角速率分析;具有限位報警功能，避免對校準裝置硬件造成損傷。

3 結(jié)語

本文以半實物仿真系統(tǒng)為研究對象，研究實現(xiàn)半實物仿真系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺的角位置參數(shù)、角速率參數(shù)校準，以及目標信號模擬器的位置參數(shù)的校準方法，并開發(fā)基于VC++軟件平臺的頭半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準軟件，采用無線通訊技術(shù)，實現(xiàn)半實物仿真系統(tǒng)的校準數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)缴衔粰C上進行數(shù)據(jù)處理，最終實現(xiàn)半實物仿真三軸轉(zhuǎn)臺的自動化校準。

參考文獻

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