【正文】 3 旋轉(zhuǎn)變壓器解算簡(jiǎn)圖 電機(jī)選擇分析 電機(jī)選型方法方位軸系、俯仰軸系計(jì)算的總力矩結(jié)果如表33所示。方位、俯仰電機(jī)選擇分時(shí)充分考慮總力矩進(jìn)行核算。論文只對(duì)方位電機(jī)選擇進(jìn)行分析。表33 合計(jì)總力矩俯仰方位合計(jì)載荷力矩（）動(dòng)密封摩擦力矩（）合計(jì)總力矩（） 永磁直流力矩電機(jī)給出七個(gè)主要技術(shù)數(shù)據(jù)。峰值堵轉(zhuǎn)電壓：Up，連續(xù)堵轉(zhuǎn)電壓：Uc；峰值堵轉(zhuǎn)電流：Ip，連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流：Ic；峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：Mp，連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：Mc；最大空載轉(zhuǎn)速：n0。以上七項(xiàng)參數(shù)標(biāo)明在圖314的電機(jī)機(jī)械特性示意圖中。 圖314 電機(jī)機(jī)械特性當(dāng)確定負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)速工作點(diǎn)后，即可通過(guò)該點(diǎn)作出平行斜線(xiàn)，該斜線(xiàn)的電壓與Up、Uc均成比例關(guān)系，即為滿(mǎn)足工作點(diǎn)的電源電壓，此時(shí)的If與Mf相對(duì)應(yīng)。通過(guò)Mc的豎直線(xiàn)左邊Up線(xiàn)的下方區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)期工作區(qū)，豎線(xiàn)右邊Up線(xiàn)下方三角形區(qū)域?yàn)槎虝r(shí)工作區(qū)。而MpIp峰值堵轉(zhuǎn)點(diǎn)可持續(xù)堵轉(zhuǎn)5秒。 方位電機(jī)選型由表33可知，所選方位電機(jī)力矩要求：峰值堵轉(zhuǎn)力矩≥，連續(xù)堵轉(zhuǎn)力矩≥。初選國(guó)內(nèi)某所生產(chǎn)的J198LY001永磁直流力矩電機(jī)。其機(jī)械特性曲線(xiàn)如圖315所示。由此可以核算出帶負(fù)載后方位電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為32rad/s(1833176。/s)，滿(mǎn)足系統(tǒng)最大調(diào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（系統(tǒng)最大調(diào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速要求計(jì)算在此不推導(dǎo)）要求。圖315 某電機(jī)機(jī)械特性曲線(xiàn)根據(jù)上述計(jì)算，所選方位電機(jī)滿(mǎn)足系統(tǒng)性能指標(biāo)。電機(jī)詳細(xì)參數(shù)如表34所示。表34 電機(jī)性能指標(biāo)性能J198LY001峰值堵轉(zhuǎn)電壓（V）27峰值堵轉(zhuǎn)電流（A）≦10峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（Nm）≧連續(xù)堵轉(zhuǎn)電壓（V）15連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流（A）連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（Nm）允許峰值堵轉(zhuǎn)時(shí)間5s允許連續(xù)堵轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)期最大空載轉(zhuǎn)速（r/min）350電樞電阻（Ω）轉(zhuǎn)矩波動(dòng)系數(shù)（%）≦6 本章小結(jié) 本章分析了光電搜索跟蹤系統(tǒng)涉及的主要幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。給出了光電系統(tǒng)數(shù)字圖像光纖傳輸技術(shù)的分析及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，分析了試驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，給出了試驗(yàn)結(jié)果。給出了慣性空間穩(wěn)定光電穩(wěn)定系統(tǒng)應(yīng)用作戰(zhàn)使命分析，從隔離度的角度分析了慣性空間穩(wěn)定的注意事項(xiàng)，分析了系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)對(duì)慣性空間姿態(tài)傳感器的要求，提出了孤立慣性空間姿態(tài)傳感器以提高后端對(duì)慣性姿態(tài)傳感器采集避免系統(tǒng)噪聲引入的方法，分析了車(chē)載作戰(zhàn)武器平臺(tái)光電穩(wěn)定控制系統(tǒng)框圖及影響系統(tǒng)應(yīng)用的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，結(jié)合目標(biāo)信息處理對(duì)伺服控制的要求分析了光電搜索系統(tǒng)對(duì)慣性穩(wěn)定的制約。分析了光電伺服系統(tǒng)位置信號(hào)的要求，比較了旋轉(zhuǎn)變壓器與光電編碼器獲取電機(jī)位置的及優(yōu)缺點(diǎn)，較詳細(xì)地針對(duì)EnDat編碼器接口時(shí)序進(jìn)行了分析及創(chuàng)造性的解碼，給出了基于系統(tǒng)某一位置的EnDat編碼器的時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)的截圖結(jié)果。簡(jiǎn)要介紹了旋轉(zhuǎn)變壓器的解算框圖。最后給出了伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件電機(jī)的選擇分析方法。4 工程問(wèn)題分析研究 紅外搜索幀間圖像特性研究 空域360176。全景拼圖幀數(shù)N的數(shù)學(xué)關(guān)系每幀圖像運(yùn)動(dòng)情況如圖41所示。其中Δx為搜索時(shí)任意像元位移角度。圖41 每幀圖像運(yùn)動(dòng)圖 實(shí)際使用中幀頻f=50Hz ，則T=20ms。假設(shè)掃描搜索速度Vo=360176。/s。 則掃描每圈空域?qū)?yīng)的紅外成像視場(chǎng)n滿(mǎn)足：（n1）Δx=360176。 （）Δx=VΔt （） 即（n1）Δt V=360176。 　 （） 其中Δt=T=20ms。 則 n=1+=1+50 （） 特定速度關(guān)系：V=360176。/s， n=51；V=180176。/s， n=101； V=120176。/s，n=151。 實(shí)際工程應(yīng)用設(shè)定固定的360176。/s，180176。/s兩檔速度作為系統(tǒng)搜索時(shí)應(yīng)用。 幀間相互重疊的角度與像素的關(guān)系（1）單幀動(dòng)態(tài)視場(chǎng)與靜態(tài)視場(chǎng)的關(guān)系。靜態(tài)條件下大約16ms[52]為紅外單幀成像積分時(shí)間，采用的紅外成像系統(tǒng)形成的視場(chǎng)大小如圖42所示。圖42 靜態(tài)視場(chǎng) 設(shè)V0 =360176。/s，則動(dòng)態(tài)視場(chǎng)運(yùn)算如下（像素不變，間距拉伸）：動(dòng)態(tài)視場(chǎng) θ=θ0+V=9[52~53]+360176。/s=176。 （）采用的紅外熱成像系統(tǒng)形成的動(dòng)態(tài)視場(chǎng)大小如圖43所示。圖43 動(dòng)態(tài)視場(chǎng)（2）重疊像素與視場(chǎng)關(guān)系（V0=360176。/s） 20ms后：X1() 運(yùn)動(dòng)至X2() 運(yùn)動(dòng)角Δθ=V=360176。/s=176。 （） 重疊像素起點(diǎn)為： 橫向總像素 M=M0=768=（像素） （） 動(dòng)態(tài)總像素不變，但空間分辨率及能量降低，直接的影響是對(duì)目標(biāo)的探測(cè)距離的降低。（3）360全景拼圖實(shí)用公式360全景拼圖回復(fù)幀N（拼圖幀為N－1）N=1+50 （）實(shí)際拼接幀：n=50 （） 任意相鄰幀重疊像素起點(diǎn)M為 M= （橫面像素） （） 注：紅外熱像儀橫向視場(chǎng)為，橫向空間分辨率為768像素，實(shí)際產(chǎn)品紅外熱像儀存在輕微的差異，需根據(jù)熱像儀實(shí)測(cè)值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。綜合以上分析可得出如下推論：（1）/s高速搜索。幀間圖像重合度：δ=100%=100%=% （）（2）按/s搜索。幀間圖像重合度：△θ= ，θ=9+= （） δ=%。 （）（3）按/s搜索。幀間圖像重合度：△θ= ，θ=9+= （） δ=78%。 （）綜合以上分析，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，確定固定的360176。/s、180176。/s、120176。/s進(jìn)行空域搜索時(shí)，存在幀間重合現(xiàn)象，對(duì)于某一紅外目標(biāo)而言可能出現(xiàn)在紅外熱像儀視場(chǎng)的一個(gè)視場(chǎng)中，也可能出現(xiàn)在紅外熱成像儀的兩個(gè)視場(chǎng)中，同時(shí)還存在多個(gè)目標(biāo)出現(xiàn)在一個(gè)視場(chǎng)中，也就是說(shuō)幀間目標(biāo)特性基本不存在關(guān)聯(lián)性。在保證目標(biāo)探測(cè)穩(wěn)健高概率時(shí)，需建立多圈掃描機(jī)制，以保證同一空域的分時(shí)關(guān)聯(lián)性，提高目標(biāo)檢測(cè)的概率。動(dòng)態(tài)視場(chǎng)的拉伸，擴(kuò)張了視場(chǎng)，但同時(shí)降低了目標(biāo)的輻射能量，影響了系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)距離[55~58]，這存在復(fù)雜的折算關(guān)系。 紅外搜索成像系統(tǒng)探測(cè)范圍研究 系統(tǒng)實(shí)際掃描威力圖實(shí)際紅外成像系統(tǒng)掃描威力圖如圖44所示。圖44 系統(tǒng)實(shí)際掃描威力圖其中[59~61]，R：對(duì)目標(biāo)的探測(cè)距離； L：作戰(zhàn)武器作用距離；θ：探測(cè)器豎直放心視場(chǎng)角；σ：探測(cè)器傾角；h1：最低探測(cè)垂直高度；h2：最高探測(cè)垂直高度；h：垂直探測(cè)范圍；r1：最近探測(cè)水平距離；r2：最遠(yuǎn)探測(cè)水平距離；r：水平探測(cè)范圍。 大型戰(zhàn)斗機(jī)紅外探測(cè)范圍分析表41 大型戰(zhàn)斗機(jī)探測(cè)范圍明細(xì)上表列及的針對(duì)大型戰(zhàn)斗機(jī)的探測(cè)范圍明細(xì)[59~61]是在以下探測(cè)條件下計(jì)算得出：(1) 在理想情況下，不考慮地表輻射噪聲；(2) 以選用紅外探測(cè)計(jì)算距離為準(zhǔn)，大視場(chǎng)對(duì)大型戰(zhàn)斗機(jī)探測(cè)距離為12km；(3) 大型戰(zhàn)斗機(jī)勻速前進(jìn)，朝搜索者直飛，且保持與地表高度不變；(4) 飛行高度約為4km，以2km、3km、4km、5km分別計(jì)算；(5) ，，；(6) 基于穩(wěn)健探測(cè)搜索三圈空域所需時(shí)間（每圈按360186。/s考慮）。 某戰(zhàn)斗機(jī)紅外探測(cè)范圍分析上表列及的針對(duì)某戰(zhàn)斗機(jī)的探測(cè)范圍明細(xì)得出的條件與表41所列探測(cè)條件相同，除選擇的紅外探測(cè)計(jì)算以大視場(chǎng)對(duì)某戰(zhàn)斗機(jī)探測(cè)距離按8km考慮外。表42 某戰(zhàn)斗機(jī)探測(cè)范圍明細(xì)表 目標(biāo)Ⅰ型靶機(jī)紅外探測(cè)范圍分析表43 Ⅰ型靶機(jī)探測(cè)范圍明細(xì) 針對(duì)Ⅰ型靶機(jī)設(shè)定如下探測(cè)條件[59~61]：(1) 在理想情況下，不考慮地表輻射噪聲；(2) 以選用的線(xiàn)陣紅外探測(cè)距離為準(zhǔn)，大視場(chǎng)對(duì)Ⅰ型靶機(jī)探測(cè)距離為2km；(3)Ⅰ型靶機(jī)勻速前進(jìn)，朝搜索者直飛，且保持與地表高度不變；(4) 飛行高度約為200m，以100m、150m、200m、250m分別計(jì)算；(5) 飛行速度約為50m/s，以40m/s，50m/s，60m/s分別計(jì)算；(6) 基于穩(wěn)健探測(cè)搜索三圈空域所需時(shí)間（每圈按360186。/s考慮）。 目標(biāo)Ⅱ型靶機(jī)紅外探測(cè)范圍分析表44 Ⅱ型靶機(jī)探測(cè)范圍明細(xì)表針對(duì)Ⅱ型靶機(jī)設(shè)定如下探測(cè)條件[59~61]，(1) 在理想情況下，不考慮地表輻射噪聲；(2) 以選用的線(xiàn)陣紅外探測(cè)距離為準(zhǔn)，大視場(chǎng)對(duì)Ⅱ；(3) Ⅱ型靶機(jī)勻速前進(jìn)，朝搜索者直飛，且保持與地表高度不變；(4) 飛行高度約為500m，以300m、400m、500m、600m分別計(jì)算；(5) 飛行速度約為100m/s，以80m/s，100m/s，120m/s分別計(jì)算；(6) 基于穩(wěn)健探測(cè)搜索三圈空域所需時(shí)間（每圈按360186。/s考慮）。 電源饋電時(shí)序分析由于系統(tǒng)上電工作過(guò)程中，核心cpu控制程序等尚處于復(fù)位階段，即此時(shí)系統(tǒng)是處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，電機(jī)此時(shí)的動(dòng)作會(huì)造成災(zāi)難性的影響，為此，需在工程上避免此種情況的發(fā)生。（1）增加電源啟動(dòng)電路，由操作控制端給出電源啟動(dòng)信號(hào)，整個(gè)光電搜索跟蹤系統(tǒng)才上電。（2）增加饋電時(shí)序電路，以避免伺服系統(tǒng)DSP在復(fù)位時(shí)造成電機(jī)動(dòng)作。上電順序?yàn)椋菏紫瓤刂齐娐钒褰M件+5V得電，然后是旋轉(zhuǎn)變壓器（或編碼器）、陀螺得電，然后是電機(jī)功率模塊得電，最后是熱像儀得電。（3）增加電機(jī)驅(qū)動(dòng)禁能電路，系統(tǒng)上電復(fù)位過(guò)程中，系統(tǒng)cpu復(fù)位前默認(rèn)為“1”，復(fù)位后復(fù)位電平賦為“1”。為此，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)端設(shè)置為“0”電平有效啟動(dòng)電路。系統(tǒng)饋電管理如圖45所示。圖45 系統(tǒng)饋電流程圖 陀螺補(bǔ)償工程考慮陀螺作為慣性姿態(tài)傳感器，溫度漂移及零偏穩(wěn)定性是其關(guān)鍵的指標(biāo)，零偏從理論上講是可以消除的，其本身定義是基于均值方差的1σ定義。實(shí)際應(yīng)用時(shí)將慣性空間姿態(tài)速度引入計(jì)算機(jī)端進(jìn)行觀測(cè)，上電后以實(shí)際觀測(cè)值減去漂移本身即可獲得補(bǔ)償。但由于陀螺的溫漂特性及通電重復(fù)性指標(biāo)，每次上電后光電搜索跟蹤系統(tǒng)工作時(shí)均需減去相對(duì)于零值觀測(cè)向量的均值。問(wèn)題是獲得絕對(duì)零值慣性空間速度的困難，比如車(chē)體不動(dòng)時(shí)，人在車(chē)內(nèi)調(diào)試車(chē)體本身就不是絕對(duì)靜態(tài)的。陀螺一上電就存在跑偏現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)模型建立不準(zhǔn)確。陀螺的啟動(dòng)時(shí)間一般為秒級(jí)，但陀螺信號(hào)輸出前期存在大值現(xiàn)象，啟動(dòng)時(shí)間過(guò)后輸出信號(hào)一般較好，在預(yù)熱時(shí)間后陀螺信號(hào)才會(huì)真正的穩(wěn)定，在陀螺啟動(dòng)的某一時(shí)段內(nèi)陀螺信號(hào)建模是不準(zhǔn)確的。為此，在工程上采用以下辦法：（1）關(guān)于零漂的問(wèn)題，平臺(tái)不動(dòng)時(shí)，跟蹤器修正零漂，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用跟蹤器作零漂修正，進(jìn)行卡爾曼濾波。通過(guò)上電工作時(shí)獲得零偏值，然后減此零偏值作為修正量。（2）選擇帶有溫度信號(hào)輸出的陀螺，實(shí)時(shí)獲得陀螺所處的溫度環(huán)境，結(jié)合溫度特性進(jìn)行補(bǔ)償。 系統(tǒng)布線(xiàn)工程考慮（1）光電傳感器如激光、紅外熱成像儀、CCD攝像儀電源考慮獨(dú)立布線(xiàn)形成線(xiàn)束，并外加屏蔽層接于外部殼體，以隔離光電傳感器電源啟動(dòng)或發(fā)射期間對(duì)系統(tǒng)其它部件的影響；（2） 電機(jī)啟動(dòng)PWM電源采用獨(dú)立布線(xiàn)形成線(xiàn)束，外加屏蔽層接于外部腔體。（3）模擬視頻信號(hào)較易受到干擾，電機(jī)的啟動(dòng)干擾尤甚，為此該信號(hào)傳遞也需外加屏蔽接于腔體。光電搜索跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)實(shí)際屏蔽布線(xiàn)分布如圖46所示。圖46 光電搜索跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)屏蔽分布布線(xiàn)圖 本章小結(jié) 本章分析探討了系統(tǒng)高速搜索掃描時(shí)紅外成像系統(tǒng)的不關(guān)聯(lián)性，基于多圈掃描機(jī)制建立目標(biāo)穩(wěn)健探測(cè)的基礎(chǔ)上，探討了搜索過(guò)程中紅外成像系統(tǒng)視場(chǎng)的拉伸對(duì)目標(biāo)探測(cè)距離存在的影響；分析了針對(duì)某型紅外熱像儀的系統(tǒng)掃描威力圖，給出了在一定的探測(cè)條件下不同目標(biāo)的探測(cè)明細(xì)，為后端作戰(zhàn)武器的應(yīng)用提供了一定的參考；為了避免上電過(guò)程中系統(tǒng)的誤動(dòng)作造成破壞性影響，從工程上增加饋電時(shí)序管理電路；簡(jiǎn)單探討了陀螺應(yīng)用工程補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方法；最后分析了系統(tǒng)布線(xiàn)時(shí)工程上應(yīng)考慮的干擾屏蔽問(wèn)題。5 總結(jié)與展望 總結(jié)本文針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外光電搜索跟蹤系統(tǒng)探測(cè)距離與作用視場(chǎng)的矛盾，針對(duì)國(guó)內(nèi)普遍采用的主流紅外熱成像儀系統(tǒng)，為滿(mǎn)足系統(tǒng)作戰(zhàn)需求，研究設(shè)計(jì)參研的光電搜索跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)空中的典型來(lái)襲目標(biāo)的搜索檢測(cè)，搜索檢測(cè)目標(biāo)數(shù)達(dá)到50個(gè)，可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行初步的威協(xié)判斷，選擇可疑目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，并給出目標(biāo)的座標(biāo)、距離信息，引導(dǎo)后端武器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行打擊、摧毀，系統(tǒng)初步達(dá)到實(shí)戰(zhàn)要求，該系統(tǒng)的研制初步達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。作者工作總結(jié)如下：（1）為滿(mǎn)足紅外成像伺服系統(tǒng)平臺(tái)仿真及系統(tǒng)軟件的要求，開(kāi)展基于TMS320LF2407及TMS320LF2812的DSP機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)，研究規(guī)劃伺服系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，研究規(guī)劃系統(tǒng)伺服與目標(biāo)信號(hào)處理的協(xié)同流程，研究規(guī)劃系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)；（2）研究基于直流電機(jī)的伺服系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)；（3）為滿(mǎn)足系統(tǒng)具備行進(jìn)中的穩(wěn)定搜