一種模擬火箭平臺棱鏡光電準直回路的瞄控等效裝置的制造方法
【專利摘要】為了滿足地面瞄準系統(tǒng)自檢和部隊操作手仿真瞄準訓練的需求，本發(fā)明提供了一種能模擬火箭平臺棱鏡光電準直回路的瞄控等效裝置，包括測發(fā)控等效器和平臺等效器，所述測發(fā)控等效器電氣地連接平臺等效器，所述測發(fā)控等效器包括電源板、控制板和顯示板，所述平臺等效器包括驅動板和功放板，其中平臺等效器等效火箭平臺棱鏡，在瞄控等效裝置的“掃描”信號下實現(xiàn)電機±15°限定范圍內的掃描，在瞄準控制器準直電流的控制下實現(xiàn)平臺閉環(huán)自準直。
【專利說明】
一種模擬火箭平臺棱鏡光電準直回路的瞄控等效裝置
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及瞄準技術和閉環(huán)準直控制技術領域，更具體地，涉及一種模擬火箭平臺棱鏡光電準直回路的瞄控等效裝置。
【背景技術】
[0002]方位瞄準由地面瞄準部分和火箭瞄準回路部分組成。通過地面瞄準系統(tǒng)中的光電瞄準儀與火箭瞄準回路中的棱鏡準直，將大地方位基準傳遞到箭上，從而完成瞄準流程。例如，在運載火箭的發(fā)射之前需要對火箭方位位置進行調節(jié)，使其精確的對準要發(fā)射的方向，這就需要一套精密的實時測量系統(tǒng)，通過對方位角度的實時測量來完成方位的定位調整。
[0003]現(xiàn)有的瞄準測量系統(tǒng)中，多采用目視瞄準法進行。該系統(tǒng)包括直角棱鏡、標桿儀、兩個目視瞄準單元和兩個二維導軌。直角棱鏡水平安裝在火箭平臺上，標桿儀安置于經(jīng)過大地測量后的標桿儀固定點，兩二維導軌分別安置于經(jīng)過大地測量后的二維導軌固定點，三個固定點在一條直線上;兩個目視瞄準單元分別設置在兩個二維導軌上。
[0004]采用目視瞄準法進行瞄準測量時，需要反復多次進行二維導軌平移和目視瞄準才能使之瞄準目標，導致測量時間長，工作步驟繁瑣。這使得火箭平臺的棱鏡光電準直回路的瞄控操作要求極高，對操作手的操作技巧、嫻熟程度和心理素質都是極大的考驗。而實際上，瞄控訓練的場合和機會是非常有限的。另外，瞄準系統(tǒng)在使用前的自檢以及聯(lián)試等環(huán)節(jié)也都是必須的，但這種檢測和測試無法也不適宜在實際場景中應用。因此，急需一種能夠模擬火箭平臺棱鏡光電準直回路的瞄控等效裝置，以滿足地面瞄準系統(tǒng)自檢和部隊操作手仿真瞄準訓練的需求。

【發(fā)明內容】

[0005]為了滿足地面瞄準系統(tǒng)自檢和部隊操作手仿真瞄準訓練的需求，本申請?zhí)峁┝艘环N能模擬火箭平臺棱鏡光電準直回路的瞄控等效裝置，包括測發(fā)控等效器和平臺等效器，所述測發(fā)控等效器電氣地連接平臺等效器，所述測發(fā)控等效器包括電源板、控制板和顯示板，所述平臺等效器包括驅動板和功放板，其中平臺等效器等效火箭平臺棱鏡，在瞄控等效裝置的“掃描”信號下實現(xiàn)電機±15°限定范圍內的掃描，在瞄準控制器準直電流的控制下實現(xiàn)平臺閉環(huán)自準直。
[0006]進一步地，所述控制板包括CPU和通訊電路，其中通訊電路以RS-422的方式完成方位角值的通訊，發(fā)出“掃描”、“瞄準好”、“通訊”信號，并接收“準備好”、“敏區(qū)”、“準直電流”、“過零脈沖”信號，所述顯示板是由8個七段數(shù)碼管和顯示驅動芯片組成，所述CPU將要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示驅動芯片，顯示驅動芯片按規(guī)定的格式譯碼后直接驅動數(shù)碼管顯示，顯示光電瞄準儀的測角數(shù)據(jù)。
[0007]進一步地，所述電源板由5V和12V的開關電源模塊組成，所述12V的開關電源模塊包括雙極性的± 12V電源，該± 12V電源包括彼此組合連接的第一+12V的開關電源模塊和第二+12V的開關電源模塊，所述第一+12V的開關電源模塊的Vout端連接+12V電源，所述第一+12V的開關電源模塊的GND端與所述第二+12V的開關電源模塊的Vout端連接并接地，所述第一+12V的開關電源模塊的+Vin端與所述第二+12V的開關電源模塊的+Vin端相連并連接+24V電源，所述第一+12V的開關電源模塊的-Vin端和所述第二+12V的開關電源模塊的-Vin端相連接并連接+24V電源的GND端，所述第二+12V的開關電源模塊的GND端連接-12V電源。
[0008]進一步地，所述驅動板包括運算放大器，所述運算放大器用于電機的閉環(huán)自準直。
[0009]進一步地，功放板是由一塊功率放大芯片組成，對驅動板輸出的控制信號進行功率放大以驅動電機轉動。
[0010]進一步地，所述瞄控等效裝置被設置成包括單系統(tǒng)工作模式和全系統(tǒng)工作模式，在這兩種工作模式中，所述瞄控等效裝置與光電瞄準儀、瞄準控制器構成閉環(huán)控制回路，并且在單系統(tǒng)工作模式下，平臺等效器正置，光電瞄準儀的光管為俯角狀態(tài)，用于瞄準系統(tǒng)自檢;在全系統(tǒng)工作模式下，平臺等效器倒掛于仿真箭中，光電瞄準儀的光管為仰角狀態(tài)，用于操作手完成仿真瞄準訓練及系統(tǒng)聯(lián)試。
[0011]進一步地，所述閉環(huán)控制回路中，所述測發(fā)控等效器在所述瞄控等效裝置外部與24V供電電源和瞄準控制器相連接。
[0012]進一步地，所述測發(fā)控等效器還包括電源濾波器、電源開關、面板開關組和面板指示燈組，其中電源濾波器與電源開關相連接，電源開關與電源板相連接，所述電源板包括電源模塊，所述顯示板包括顯示驅動電路，所述控制板還包括震蕩電路、RS422驅動隔離電路、復位電路、時鐘電路及控制輸出電路，所述面板開關組和所述面板指示燈組分別連接所述控制板的CPU，且所述面板開關組將外部指令輸入所述CPU，所述CPU向所述面板指示燈組發(fā)送狀態(tài)指示信號，所述復位電路、震蕩電路均向所述CHJ單向輸出信號，所述CPU向所述輸出控制電路單向輸出信號，所述RS422驅動隔離電路經(jīng)由所述通訊電路連接所述CPU，所述CPU、所述通訊電路和所述RS422驅動隔離電路彼此雙向連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的雙向通信，所述CPU向所述顯示板單向地輸出信號。
[0013]進一步地，所述通訊電路為串行通訊轉換電路，且所述閉環(huán)控制回路為PID閉環(huán)控制回路。
[0014]進一步地，所述平臺等效器還包括電機，其中所述驅動板、功放板和電極依次連接并依序單向地傳輸信號，所述電機還向所述驅動板輸出反饋信號，并通過所述閉環(huán)控制回路以如下方式實現(xiàn)平臺閉環(huán)自準直:準直零位信號與光電瞄準儀輸出的實施角位置反饋信號相減后作為準直偏差角信號被輸出到瞄準控制器和PID閉環(huán)控制回路，所述瞄準控制器和PID閉環(huán)控制回路輸出準直電流信號，該準直電流信號被輸入到測發(fā)控等效器，所述測發(fā)控等效器輸出準直電壓信號，該準直電壓信號經(jīng)過通過所述電機的測速反饋校正單元獲得的實時速率電壓反饋信號的校正，獲得準直速率偏差電壓，該準直速率偏差電壓被輸入到所述平臺等效器和所述PID閉環(huán)控制回路，所述平臺等效器和所述PID閉環(huán)控制回路以及所述電機的測速反饋校正單元輸出的信號被輸入到所述光電瞄準儀。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
[0016](I)該裝置能模擬箭上平臺、地面測發(fā)控系統(tǒng)，與地面瞄準設備構成閉環(huán)回路，在單系統(tǒng)工作模式下，能配合地面瞄準系統(tǒng)完成自檢;在全系統(tǒng)工作模式下，倒裝在仿真箭中模擬火箭平臺棱鏡準直閉合回路，幫助操作手完成仿真瞄準訓練及系統(tǒng)聯(lián)試，提高操作手的瞄準技能。為了能真實模擬火箭平臺棱鏡的準直回路狀態(tài)，我們采用PID閉環(huán)回路控制法實現(xiàn)光電自準直。
[0017](2)通過模擬閉環(huán)PID控制算法及開關電源模塊的組合使用，實現(xiàn)了在給定的不同階躍電壓情況下，閉環(huán)負反饋點偏差電壓穩(wěn)定在40mv內，速率跟蹤穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)定在0.2V內。
[0018](3)通過開關電源模塊的組合設計保證了閉環(huán)控制跟蹤精度的穩(wěn)定性，產(chǎn)品的體積重量成本也得以降低。
[0019](4)本發(fā)明作為自檢設備已在地面瞄準系統(tǒng)中得到應用，并作為仿真設備在多個部隊推廣使用，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和實用性得到充分考核和驗證。
【附圖說明】
[0020]圖1示出了平臺等效器外部示意圖。
[0021 ]圖2示出了測發(fā)控等效器外部界面示意圖。
[0022]圖3示出了雙極性電源組合電路圖。
[0023]圖4示出了瞄控等效裝置硬件組成示意圖。
[0024]圖5示出了閉環(huán)控制算法流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合【附圖說明】本發(fā)明的技術方案。
[0026]—種能模擬火箭平臺棱鏡光電準直回路的瞄控等效裝置，包括測發(fā)控等效器和平臺等效器，所述測發(fā)控等效器電氣地連接平臺等效器，所述測發(fā)控等效器包括電源板、控制板和顯示板，所述平臺等效器包括驅動板和功放板，其中平臺等效器等效火箭平臺棱鏡，在瞄控等效裝置的“掃描”信號下實現(xiàn)電機±15°限定范圍內的掃描，在瞄準控制器準直電流的控制下實現(xiàn)平臺閉環(huán)自準直。如圖1所示，從外部結構看，平臺等效器包括棱鏡1、回轉體2和底座3。
[0027]所述控制板包括CPU和通訊電路，其中通訊電路以RS-422的方式完成方位角值的通訊，發(fā)出“掃描”、“瞄準好”、“通訊”信號，并接收“準備好”、“敏區(qū)”、“準直電流”、“過零脈沖”信號，所述顯示板是由8個七段數(shù)碼管和顯示驅動芯片組成，所述CPU將要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示驅動芯片，顯示驅動芯片按規(guī)定的格式譯碼后直接驅動數(shù)碼管顯示，顯示光電瞄準儀的測角數(shù)據(jù)。測發(fā)控等效器外部界面如圖2所示。
[0028]所述電源板由5V和12V的開關電源模塊組成，所述12V的開關電源模塊包括雙極性的±12V電源。
[0029]為了實現(xiàn)電機閉環(huán)控制，就需要使用具有足夠功率的±12V的雙極性電源。由于線性電源價格高，而且作為嵌入式系統(tǒng)來說體積大厚重占空間，我們采用同等規(guī)格的開關電源模塊，這樣既可以降低成本，又可以滿足空間的要求。但是市場上的±12V的開關電源模塊都是以+12V為設計主路，-12V為設計輔路，即主路如果空載或負載小的情況下，輔路就無法獲得足夠的功率驅動電機反轉，這也使得電機反轉時的閉環(huán)負反饋點偏差和速率穩(wěn)態(tài)誤差達不到設計要求，箭上的瞄準閉合回路狀態(tài)就不能得到真實模擬。所以為了保證電機正反轉時的控制指標都能滿足設計要求，我們采用兩塊+12V的開關電源模塊組合設計，從而保證正反轉時電機的供電都彼此獨立，不互相影響。
[0030]如附圖3所示，該±12V電源包括彼此組合連接的第一+12V的開關電源模塊和第二+ 12V的開關電源模塊，所述第一+12V的開關電源模塊的Vout端連接+12V電源，所述第一+12V的開關電源模塊的GND端與所述第二+12V的開關電源模塊的Vout端連接并接地，所述第一+12V的開關電源模塊的+Vin端與所述第二+12V的開關電源模塊的+Vin端相連并連接+24V電源，所述第一+12V的開關電源模塊的-Vin端和所述第二+12V的開關電源模塊的-Vin端相連接并連接+24V電源的GND端，所述第二+12V的開關電源模塊的GND端連接-12V電源。
[0031]所述驅動板包括運算放大器，所述運算放大器用于電機的閉環(huán)自準直。
[0032]功放板是由一塊功率放大芯片組成，對驅動板輸出的控制信號進行功率放大以驅動電機轉動。
[0033]所述瞄控等效裝置被設置成包括單系統(tǒng)工作模式和全系統(tǒng)工作模式，在這兩種工作模式中，所述瞄控等效裝置與光電瞄準儀、瞄準控制器構成閉環(huán)控制回路，并且在單系統(tǒng)工作模式下，平臺等效器正置，光電瞄準儀的光管為俯角狀態(tài)，用于瞄準系統(tǒng)自檢;在全系統(tǒng)工作模式下，平臺等效器倒掛于仿真箭中，光電瞄準儀的光管為仰角狀態(tài)，用于操作手完成仿真瞄準訓練及系統(tǒng)聯(lián)試。
[0034]所述閉環(huán)控制回路中，所述測發(fā)控等效器在所述瞄控等效裝置外部與24V供電電源和瞄準控制器相連接。
[0035]瞄控等效裝置硬件詳細結構如圖4所示。所述測發(fā)控等效器還包括電源濾波器、電源開關、面板開關組和面板指示燈組，其中電源濾波器與電源開關相連接，電源開關與電源板相連接，所述電源板包括電源模塊，所述顯示板包括顯示驅動電路，所述控制板還包括震蕩電路、RS422驅動隔離電路、復位電路、時鐘電路及控制輸出電路，所述面板開關組和所述面板指示燈組分別連接所述控制板的CPU，且所述面板開關組將外部指令輸入所述CPU，所述CPU向所述面板指示燈組發(fā)送狀態(tài)指示信號，所述復位電路、震蕩電路均向所述CPU單向輸出信號，所述CPU向所述輸出控制電路單向輸出信號，所述RS422驅動隔離電路經(jīng)由所述通訊電路連接所述CPU，所述CPU、所述通訊電路和所述RS422驅動隔離電路彼此雙向連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的雙向通信，所述(PU向所述顯示板單向地輸出信號。
[0036]所述通訊電路為串行通訊轉換電路，且所述閉環(huán)控制回路為PID閉環(huán)控制回路。
[0037]所述平臺等效器還包括電機，其中所述驅動板、功放板和電極依次連接并依序單向地傳輸信號，所述電機還向所述驅動板輸出反饋信號，并通過所述閉環(huán)控制回路以如下方式實現(xiàn)平臺閉環(huán)自準直:準直零位信號與光電瞄準儀輸出的實施角位置反饋信號相減后作為準直偏差角信號被輸出到瞄準控制器和PID閉環(huán)控制回路，所述瞄準控制器和PID閉環(huán)控制回路輸出準直電流信號，該準直電流信號被輸入到測發(fā)控等效器，所述測發(fā)控等效器輸出準直電壓信號，該準直電壓信號經(jīng)過通過所述電機的測速反饋校正單元獲得的實時速率電壓反饋信號的校正，獲得準直速率偏差電壓，該準直速率偏差電壓被輸入到所述平臺等效器和所述PID閉環(huán)控制回路，所述平臺等效器和所述PID閉環(huán)控制回路以及所述電機的測速反饋校正單元輸出的信號被輸入到所述光電瞄準儀。上述反饋信號的流程如圖5所示。
[0038]雖然已經(jīng)參照特定實施例介紹了本發(fā)明，本領域技術人員將理解，可以在不脫離本發(fā)明范圍的基礎上進行各種改動或進行等效替換。另外，可在不脫離本發(fā)明范圍的基礎上對本發(fā)明教導的內容進行各種調整從而適應特定的環(huán)境或材料。因此，本發(fā)明不應限于所公開的特定實施例，而是應包括屬于所附權利要求范圍的所有實施方式。
【主權項】
1.一種能模擬火箭平臺棱鏡光電準直回路的瞄控等效裝置，其特征在于，包括測發(fā)控等效器和平臺等效器，所述測發(fā)控等效器電氣地連接平臺等效器，所述測發(fā)控等效器包括電源板、控制板和顯示板，所述平臺等效器包括驅動板和功放板，其中平臺等效器等效火箭平臺棱鏡，在瞄控等效裝置的“掃描”信號下實現(xiàn)電機±15°限定范圍內的掃描，在瞄準控制器準直電流的控制下實現(xiàn)平臺閉環(huán)自準直。2.根據(jù)權利要求1所述的瞄控等效裝置，其特征在于，所述控制板包括CPU和通訊電路，其中通訊電路以RS-422的方式完成方位角值的通訊，發(fā)出“掃描”、“瞄準好”、“通訊”信號，并接收“準備好”、“敏區(qū)”、“準直電流”、“過零脈沖”信號，所述顯示板是由8個七段數(shù)碼管和顯示驅動芯片組成，所述CPU將要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示驅動芯片，顯示驅動芯片按規(guī)定的格式譯碼后直接驅動數(shù)碼管顯示，顯示光電瞄準儀的測角數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權利要求2所述的瞄控等效裝置，其特征在于，所述電源板由5V和12V的開關電源模塊組成，所述12V的開關電源模塊包括雙極性的± 12V電源，該± 12V電源包括彼此組合連接的第一+12V的開關電源模塊和第二+12V的開關電源模塊，所述第一+12V的開關電源模塊的Vout端連接+12V電源，所述第一+12V的開關電源模塊的GND端與所述第二+12V的開關電源模塊的Vout端連接并接地，所述第一+12V的開關電源模塊的+Vin端與所述第二+12V的開關電源模塊的+Vin端相連并連接+24V電源，所述第一+12V的開關電源模塊的-Vin端和所述第二+12V的開關電源模塊的-Vin端相連接并連接+24V電源的GND端，所述第二+12V的開關電源模塊的GND端連接-12V電源。4.根據(jù)權利要求3所述的瞄控等效裝置，其特征在于，所述驅動板包括運算放大器，所述運算放大器用于電機的閉環(huán)自準直。5.根據(jù)權利要求4所述的瞄控等效裝置，其特征在于，功放板是由一塊功率放大芯片組成，對驅動板輸出的控制信號進行功率放大以驅動電機轉動。6.根據(jù)權利要求5所述的瞄控等效裝置，其特征在于，所述瞄控等效裝置被設置成包括單系統(tǒng)工作模式和全系統(tǒng)工作模式，在這兩種工作模式中，所述瞄控等效裝置與光電瞄準儀、瞄準控制器構成閉環(huán)控制回路，并且在單系統(tǒng)工作模式下，平臺等效器正置，光電瞄準儀的光管為俯角狀態(tài)，用于瞄準系統(tǒng)自檢;在全系統(tǒng)工作模式下，平臺等效器倒掛于仿真箭中，光電瞄準儀的光管為仰角狀態(tài)，用于操作手完成仿真瞄準訓練及系統(tǒng)聯(lián)試。7.根據(jù)權利要求6所述的瞄控等效裝置，其特征在于，所述閉環(huán)控制回路中，所述測發(fā)控等效器在所述瞄控等效裝置外部與24V供電電源和瞄準控制器相連接。8.根據(jù)權利要求7所述的瞄控等效裝置，其特征在于，所述測發(fā)控等效器還包括電源濾波器、電源開關、面板開關組和面板指示燈組，其中電源濾波器與電源開關相連接，電源開關與電源板相連接，所述電源板包括電源模塊，所述顯示板包括顯示驅動電路，所述控制板還包括震蕩電路、RS422驅動隔離電路、復位電路、時鐘電路及控制輸出電路，所述面板開關組和所述面板指示燈組分別連接所述控制板的CPU，且所述面板開關組將外部指令輸入所述CPU，所述CPU向所述面板指示燈組發(fā)送狀態(tài)指示信號，所述復位電路、震蕩電路均向所述CPU單向輸出信號，所述CPU向所述輸出控制電路單向輸出信號，所述RS422驅動隔離電路經(jīng)由所述通訊電路連接所述CPU，所述CPU、所述通訊電路和所述RS422驅動隔離電路彼此雙向連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的雙向通信，所述(PU向所述顯示板單向地輸出信號。9.根據(jù)權利要求8所述的瞄控等效裝置，其特征在于，所述通訊電路為串行通訊轉換電路，且所述閉環(huán)控制回路為PID閉環(huán)控制回路。10.根據(jù)權利要求9所述的瞄控等效裝置，其特征在于，所述平臺等效器還包括電機，其中所述驅動板、功放板和電極依次連接并依序單向地傳輸信號，所述電機還向所述驅動板輸出反饋信號，并通過所述閉環(huán)控制回路以如下方式實現(xiàn)平臺閉環(huán)自準直:準直零位信號與光電瞄準儀輸出的實施角位置反饋信號相減后作為準直偏差角信號被輸出到瞄準控制器和PID閉環(huán)控制回路，所述瞄準控制器和PID閉環(huán)控制回路輸出準直電流信號，該準直電流信號被輸入到測發(fā)控等效器，所述測發(fā)控等效器輸出準直電壓信號，該準直電壓信號經(jīng)過通過所述電機的測速反饋校正單元獲得的實時速率電壓反饋信號的校正，獲得準直速率偏差電壓，該準直速率偏差電壓被輸入到所述平臺等效器和所述PID閉環(huán)控制回路，所述平臺等效器和所述PID閉環(huán)控制回路以及所述所述電機的測速反饋校正單元輸出的信號被輸入到所述光電瞄準儀。
【文檔編號】G05D3/20GK105867437SQ201610208277
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】何歡, 孫煜, 王巖, 解英梅, 王超, 董彥維, 范毅, 麻廣林
【申請人】北京航天發(fā)射技術研究所, 中國運載火箭技術研究院