基于红外的炮口焰远程宽视角触发系统研究

摘要

在武器系统的研制过程中，针对武器的各项技术指标，需要进行靶场试验，以检验这些指标是否达到设计要求。当多台设备用于一次测试试验时，需要一个时间基准，并以此为原点，对多台设备的数据进行对准与匹配，将数据与时间轴相结合，进行武器性能的分析与评估。在靶场试验中，一般以弹丸出膛的时刻作为基准时间，炮弹在离开炮膛的一刹那，会伴随着强烈的火光出现，将其作为目标进行探测，得到的炮口火光信号作为系统中所有测试设备的时间基准信号。因为某型号武器系统试验的需要，炮口信号的获取位置必须要远离射击靶位，采用对炮口火光进行探测的方法，为了确保目标在探测系统的视场角内，所以进行远程宽视角触发系统的研究。
　　本文在对炮口火焰的特征分析的基础上，设计了远程宽视角触发系统的总体方案，将红外探测器与光学系统相结合来实现对远距离情况下炮口火焰的探测。建立了远程红外触发系统模型，得到探测系统作用距离的数学表达式，并对影响系统作用距离的因素与作用距离的关系进行了仿真，通过对仿真结果的分析，优化了系统设计。分析了太阳与地面辐射、温度、树木等外界环境因素对探测系统作用距离的影响，并分别采用了加遮光罩、制冷、高通滤波等措施来降低干扰。
　　根据系统设计方案，完成了信号处理电路的设计和光学系统的设计。电路包括了信号采集电路、滤波电路、放大电路、阈值比较电路、隔离电路、触发信号输出电路与信号差分转换传输电路，完成从信号检测到对触发信号进行远距离传输的全过程。光学系统采用大口径并且具有高红外透过率的平凸镜，来获得更多的火焰辐射能量以达到远程探测的目的，以及通过场镜来实现宽视角的设计。
　　通过一系列实际试验，完成了不同信噪比要求下系统实际作用距离与理论作用距离的对比，并验证了大气透过率对系统作用距离的衰减规律。在靶场试验中，通过多次不同距离下步枪与火炮的射击试验，确定触发系统能够达到设计要求，满足武器靶场试验时1000米探测距离以及对不同测试设备进行延时触发的需求。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 炮口焰红外探测研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文主要研究的内容

1．4 本章小结

2 炮口焰特性分析及系统方案设计

2．1 炮口火焰目标的物理特征

2．1．1 炮口火焰简介

2．1．2 炮口火焰的光谱特性

2．1．3 炮口火焰的频率特性

2．2 触发系统方案设计

2．3 红外探测器

2．3．1 红外探测器原理及特性分析

2．3．2 硫化铅红外探测器

2．4 本章小结

3 远程红外触发系统模型与性能仿真

3．1 探测系统的作用距离

3．1．1 无背景辐射时的作用距离

3．1．2 均匀背景辐射下的作用距离

3．2 探测系统的能量模型

3．2．1 探测器获得的火焰辐射能量

3．2．2 探测系统信噪比分析

3．2．3 红外探测器上电压变化分析

3．3 外界环境影响分析

3．3．1 太阳与地面辐射的影响

3．3．2 树木的影响

3．3．3 温度的影响

3．3．4 大气的影响

3．4 系统作用距离的仿真与分析

3．5 本章小结

4．1 系统电路设计

4．1．1 红外探测器的选取

4．1．2 前级电路设计

4．1．3 后级电路设计

4．1．4 延时电路设计

4．2 电路电源设计

4．2．1 开关电源供电

4．2．2 电池供电

4．3 电磁干扰及噪声分析

4．3．1 电磁干扰分析与解决方法

4．3．2 电路噪声分析

4．4 光学系统设计

4．4．1 透镜成像规则

4．4．2 宽视场的光学系统设计

4．4．3 辅助瞄准设计

4．4．4 瞄准对准实验

4．5 本章小结

5 试验与分析

5．1 室内试验

5．2 室外试验

5．2．1 信号与距离大小的试验数据

5．2．2 大气环境的试验

5．3 靶场实测

5．3．1 枪武器测试

5．3．2 炮武器测试

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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