本文介绍一种用于红外导引头性能测试系统二维干扰源的设计，该干扰源以工业计算机为控制核心，控制两台直流伺服电机驱动二维摆镜运动，控制直流伺服改变光栏孔的大小，实现红外能量大小可变和二维平面上的运动的二维干扰源，用于红外型导引头在动态测试过程中模拟二维干扰源。

【关键词】红外 二维 干扰源 控制

1 引言

在红外型导引头测试中，需要模拟红外干扰源对导引头的进行干扰测试，判断导引头是否能稳定捕获目标而不受二维方向上的干扰，因此需要设计一种二维方向运动并且干扰能量可以调节的干扰源。本文设计的红外二维干扰源以工业计算机为控制中心，通过控制三台伺服电机实现干扰源的二维运动和能量调节，其中干扰源的能量通过黑体来实现。

2 总体设计

干扰黑体1发出红外干扰能量，通过光栏可变光栏2调节能量大小，经过反射镜4后反射到离轴抛物面镜3形成平行光，平行光经二维反射摆镜5运动后，可形成二维坐标上的干扰光源，最后通过合成镜6供给产品测试使用。合成镜6的主要用于合成其他光源，其他光源的原理本文不作介绍。二维干扰源的主要设计有三个方面，分别为：离轴抛物面镜设计、二维反射摆镜、电控系统。下面分别进行介绍。

2.1 离轴抛物面镜设计

采用传统的离轴抛物面系统，离轴抛物面光学系统是一种标准的投影系统， 该系统的特点是小视场分辨率及传函比较高。通常采用Z-MAX程序计算非球面的像质，该离轴抛物面系统光学的各项具体参数为：

焦距：f=650mm；口径：D=Φ120mm；离轴量：h=90mm。

根据非球面的的数学方程表达式，计算出非球面的光学像差：

此式表示X轴与系统的对称轴—光轴重合，其中：

C—表示曲面顶点的近轴曲率；

K—表示非球面系统的系数，抛物面时K=0；

an—表示高次曲面系数；

H—表示为曲面体的横截面半径：H2=y2+z2；

由于该系统是一个全反射抛物面光学系统，我们将各种参数带入公式并简化后得到拋物面体的如下计算公式：

2.2 二维反射摆镜

二维反射摆镜是由反射镜、U型支架、力矩电机、测速电机、编码器所组成，其目的是驱动反射镜水平轴、垂直轴转动。二维反射摆镜的结构图如图2所示。

由图2可以看出，水平轴系左边是光学编码器，右边为力矩电机和测速电机，U型支架由散装轴承结构支撑，其垂直轴编码器、力矩电机和测速电机装在垂直轴中。由于俯仰的摆动范围是±5?，水平的摆动范围在±5?，因此在各自位置上有机械限位和电限位，反射镜的转动不超出各自范围。

2.3 电控系统

电控系统包括两个部分：可变光栏孔大小及速度控制、二维反射镜控制。

2.3.1 可变光栏控制

可变光栏孔位置控制采用步进电机控制。上位机下发可变光栏孔转动位置信息，下位机接收到转动命令后，根据上位机设定的转速和孔径大小，计算出步进电机转动速度和转动角度脉冲，控制步进电机带动可变光栏转到相应位置。可变光栏可按1mm/s～30mm/s的速度连续变大或变小。光栏孔变化的起始光栏孔径和终止光栏孔径可由计算机任意设置。内部采用相对编码器采样转动脉冲，计算出光栏孔经大小通过双口RAM传送给上位机在界面上显示出来。框如图3。

可变光栏孔位置计算：

假设步进电机步距为：0.045°，则步进电机每转需发脉冲数为：360°/0.045°=1333脉冲/转。

可变光栏孔位置是靠控制步进电机步进数来控制的，根据上位机下发的位置值，求出步进脉冲数。上位机下发的位置值为Xmm，步进电机每转可变光栏变化Ymm/转，所以下位机控制可变光栏转X/Y转。Xmm位置步进电机需要转：

X/Y（转）*1333脉冲/转=1333X/Y（脉冲）

X：上位机下发的位置值，单位：mm；

Y：步进电机每转变化大小，单位：mm/转。

2.3.2 二维反射镜控制

二维反射镜运行控制采用速度内环控制和位置外环控制的串联控制。前者用硬件电路实现，后者由位置环通过单片机检测经位置PID计算，通过D/A输出控制量，作为速度环的控制输入，经过PI-P调节，使驱动电机运行平稳。摆动角速度可在0.1°/s～30（°）/s范围内任意设置。

位置环检测采用16位光电编码器作为反馈，位置闭环控制先建立模拟模型，再经过双线性变换离散化，采用位置式PID控制，并加入了不完全微分环节，以克服高频扰动的影响，使系统有较好的控制特性。控制中加入了Bang_Bang控制算法，根据偏差的大小，在Bang-Bang和PID控制之间进行切换，即：

当控制误差绝对值较大时，采用Bang-Bang控制即输出最大的控制量，使系统过渡过程加速。加速的程度与Q值的选取有关，Q越小，Bang-Bang控制的范围越大，过渡时间就短，但超调量会大些，反之亦然。通过选取适当的Q值，可有效的提高控制的快速适应能力。采用以上的控制方法，使系统具有了很好的控制特性。

5 结束语

在红外二维干扰源的使用过程中，实现了准确、快速、稳定的性能测试，动态的考核了产品的抗干扰性能，满足预定设计要求。该红外二维干扰源已应用于红外导引头的的抗干扰性能测试。

参考文献

[1]卢胜峰.红外导弹目标模系统的实现[J].测控技术，2013.

[2]宋延松等.红外目标模拟器光学系统设计[J].光学学报，2015.

[3]胡初强.红外目标模拟器的光学系统设计[D].长春理工大学，2012.

[4]毛博年等.红外多干扰目标模拟器电控系统的实现[J].光学技术，2014.

作者简介

付颖（1979-）女，天津市人。大学本科学历。自动化专业，现为天津富昌电子公司工程师，主要从事非标设备测控工作。

作者单位

天津工业大学电子与信息工程学院 天津市 300387endprint