一种用于靶标的红外特性模拟系统的制作方法

本发明涉及红外特性模拟
技术领域：
，具体涉及一种用于靶标的红外特性模拟系统。
背景技术：
：在红外成像制导武器大量装备的今天，为了客观真实的评估红外成像和红外制导武器的性能，对于靶标的红外特性模拟就显得尤为的重要。传统的红外模拟靶标，存在使用不可控电阻热源，形状尺寸固化，重复利用性差的问题，难以满足对复杂外形、复杂红外特性的靶标模拟要求，不能够有效真实的检验红外成像和红外制导武器的性能。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种用于靶标的红外特性模拟系统，通过多个模拟靶板拼接成设定的外形，采集模拟靶板的温度以调整模拟靶板中加热层的平均输出功率，实现模拟靶板温度场的动态平衡。为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于靶标的红外特性模拟系统，其特征是，包括多个用来模拟红外特性的模拟靶板、与模拟靶板一一对应的温度控制盒、温度监控中心和供电系统：模拟靶板中部署有温度传感器，温度传感器的输出端连接温度控制盒，温度控制盒与温度监控中心连接以通信交互；供电系统经过各温度控制盒连接相应的模拟靶板以为其提供工作电源；温度传感器采集模拟靶板的温度传输至温度控制盒，温度控制盒将温度值上传至温度监控中心，温度监控中心根据各个模拟靶板的表面温度与红外特性试验要求，下达温度控制指令到相应的温度控制盒，由温度控制盒控制供电系统与模拟靶板之间的供电线路的通断。优选的，多个模拟靶板拼接成设定的外形。优选的，模拟靶板包括导热层、加热层、隔热层和框架，导热层、加热层、隔热层和框架从上到下依次覆盖。优选的，温度传感器紧贴导热层下表面设置。优选的，模拟靶板中设有两个温度传感器。优选的，温度控制盒包括控制模块、温度采集模块、通讯模块和功率输出模块，温度采集模块与模拟靶板中的温度传感器连接以采集温度，温度采集模块的输出端连接控制模块，控制模块通过通讯模块与远程的温度监控中心通信，控制模块的输出端连接功率输出模块，功率输出模块通过固态继电器连接在供电系统与模拟靶板中加热层的连接线路上。与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过多个模拟靶板拼接成设定的外形，采集模拟靶板的温度以调整模拟靶板中加热层的平均输出功率，实现模拟靶板温度场的动态平衡，通过该套系统解决了传统靶标的形状尺寸固化，重复利用性差的问题，能够真实可靠的模拟各类靶标的红外特性，能够有效的检验红外成像和红外制导武器的性能。附图说明图1是本发明红外特性模拟系统结构示意图；图2是模拟靶板的结构示意图；图3是靶元的结构示意图；图4是温度采集板卡的电路示意图；图5是实施例中船舰拼装靶阵的示意图；图6是实施例中温度采集板卡的电路板示意图；图7是实施例中温度控制中心的外观示意图；图8是实施例中靶阵通信网络组网示意图；图9是实施例中靶阵供电网络组成示意图。附图标记：1、温度控制盒；2、靶元；3、框架；4、隔热层；5、加热层；6、导热层；7、温度传感器。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。本发明的一种用于靶标的红外特性模拟系统，结构组成如图1所示，主要包括多个用来模拟红外特性的模拟靶板、与模拟靶板一一对应的温度控制盒、供电系统和温度监控中心。供电系统的输出端连接各模拟靶板以提供工作电源，各模拟靶板中均设有温度传感器以采集其表面温度，各模拟靶板的输出端连接与其对应的温度控制盒，各温度控制盒与温度监控中心连接以实现通信交互；各温度控制盒读取对应的模拟靶板的表面温度上传至温度监控中心，温度监控中心根据各个模拟靶板的表面温度与红外特性试验要求，下达温度控制指令到相应的温度控制盒，由温度控制盒控制供电系统与模拟靶板之间的供电线路的通断，以调整模拟靶板中加热层的平均输出功率，实现模拟靶板温度场的动态平衡。红外特性模拟系统的基本单元是红外特性模拟靶板，模拟靶板外形示意图参见图2所示，每块模拟靶板下方固定相应的温度控制盒1，模拟靶板主要由靶元2和框架3通过螺纹紧固连接；托架可以采用型材拼接的形式进行设计。基于红外辐射理论与对靶元和环境之间的热平衡的分析，考虑到靶元必须尽量减少环境与靶元热能量交换，增加靶元的热稳定性，所以要采用隔热材料使靶元表面能量输出限制在工作辐射面上。为了达到对系统温度高精度的控制，整个模拟靶板构成包括导热层6、加热层5、隔热层4和框架3；如图3所示，导热层6、加热层5、隔热层4和框架3从上到下依次覆盖，还设有左右两个温度传感器7嵌入其中，紧贴导热层6下表面，将两个温度传感器7采集到的靶元导热层表面的温度值传送给温度控制盒1。同时，温度控制盒根据实验指标要求控制模拟靶板中加热层的平均输出功率调节温度值，从而达到模拟靶标红外特性的目的。单个靶元基本结构尺寸为500mm×500mm×50mm，靶元的四周封装有壳体，在靶元的四个侧面通过涂覆环氧树脂胶与壳体粘合。红外特性模拟系统根据试验的实际要求，由多个模拟靶板拼接成所设置的相应的外形。针对每个模拟靶板单元配备一套温度控制盒，温度控制盒内放置温度采集板卡、ac/dc转换电源、固态继电器以及保险丝主要部件组成。温度采集板卡包括控制模块、温度采集模块、通讯模块和功率输出模块，温度采集模块与模拟靶板中的温度传感器连接以采集靶元表面导热层的温度，温度采集模块的输出端连接控制模块，控制模块通过通讯模块与远程的温度监控中心通信，控制模块的输出端连接功率输出模块，功率输出模块通过固态继电器连接在供电系统与模拟靶板中加热层的连接线路上，以实现供电系统与加热层之间连接线路的通断。此温度控制盒的工作过程为，采集靶元中的温度传感器获取靶元表面导热层的温度值，通过自身的通讯模块把温度值传送到温度监控中心显控设备显示；温度监控中心根据温度值与红外特性试验需求相比较，将温度控制指令下达到相应的控制单元，控制单元根据指令控制固态继电器的通断周期，即加热层的平均输出功率，调节靶元导热层的温度值与红外特性试验目标值达到热平衡，从而达到模拟靶标红外特性的目的。其中，温度控制盒关键部件是温度采集板卡，本实施例中温度采集板卡采用控制芯片fpga实现。整个温度采集板卡的基本组成如图4所示，包括fpga芯片(即控制模块)及其周边电路、数据存储电路、通信接口、驱动电路等部分组成。晶振用来为fpga芯片提供工作时钟，jtag用来对fpga进行线上调试，跳线地址编码(用以靶阵中区分不同的靶板)，fpga通过spi接口与靶元内的温度传感器连接以采集温度值，max3491芯片用来实现rs485通讯，fpga通过驱动芯片来驱动固态继电器。温度监控中心用于存储模拟靶阵中各靶元导热层表面的实时温度值，并根据试验要求，将温度控制指令下达到相应红外模拟靶元的温度控制盒，从而控制靶元加热层平均输出功率，实现整个红外靶阵温度场的动态平衡。供电系统的设计要根据实际试验场景的需要，考虑现场的对流损耗和辐射损耗，海拔高度，以及红外特性指标，留有足够余量，选择适当功率的发电油机。独立的供电系统使的本发明中的红外特性模拟系统，能够广泛应用于各种复杂外形，复杂特性的红外靶标实验中。实施例某型号飞弹的打靶试验中，靶标需具备敌方船舰的外形及相应的辐射特性。本发明以辐射理论为基础，为该大型船舰靶标提供一整套红外特性模拟系统方案。主要技术指标要求如下：a.模拟外形尺寸：长≥8米，宽度≥2，尺寸可随目标类型调节；b.等比例模拟典型船舰外形及材质；c.方便运输，快速拼装，能模拟不同船舰外形。d.红外可控分辨单元：不大于1㎡；e.温度范围：≥60℃，可根据背景环境温度进行控制。每块单个靶元的尺寸为500mm×500mm×50mm，根据指标要求8m*2m的船舰靶阵系统，需要64块基础靶板拼装而成。船舰拼装靶阵的示意图如图5所示。同时，每一个模拟靶板下固定相应的温度控制盒，温度控制盒内包括一块温度采集板卡，一块隆盛定制ac/dc电源rv-z20181i，一块固态继电器ssp1a150bdt。温度控制盒的对外接口如表1所示，包括220v电源接入口、给靶元加热层供电的输出口、rs485通信口、温度传感器接入口和保险丝接口。表1温度控制盒对外接口表编号插座信号xs1220v电源入xs2加热层供电出xs3rs485通信xs4温度传感器接口fu保险丝相应温度控制盒的电路板结构图如图6所示，接口插座均采用防水防锈的航空插头，可以适应各种严酷环境条件下的实验要求，发电机产生的220v交流电通过航插xs1接入温度控制盒，经过电源rv-z20181i转换成5v、3a直流电接入温度控制板，同时经过保险丝和固态继电器后接入航插xs2接出控制盒连接加热层，固态继电器的直流控制端连接温度采集控制板的控制输出。温度控制盒的xs4与嵌入靶元里的温度传感器相连，xs3为通信接口，用于跟温度监控计算机的组网通信。温度监控中心存储显示红外特性模拟靶阵中各靶元的实时温度值，并根据试验要求，将温度控制指令下达到相应红外模拟靶元的温度控制盒，从而控制输出功率，实现整个红外靶阵温度场的动态平衡。该计算机选用2u19寸加固计算机，外形图如图7所示。温度控制中心采用现有的计算机实现，此计算机标配coretmi5-520e/2.40ghzcpu，板载2gb内存，so-dimm最大扩展4gb，支持pci和pci-e扩展。整机采用模块化设计，兼容标准pc接口和航空插头。机箱采用优质不锈钢板成形，硬质铝合金面板，坚固可靠，电子部件全面三防处理，可适应各种靶标试验的恶劣环境要求，其主要配置性能如下表2：表2温度监控计算机的配置性能整个靶阵需要64块基础靶板拼接而成，因此也就对应的需要64个温度控制盒，温度监控中心与各温度控制盒之间的通讯经过一个lan-rs485的接口转换器完成，lan-rs485的接口转换器有四路485，每路485连接16个温度控制盒，靶阵通信网络组网参见图8所示。红外特性模拟系统供电由一个大功率35kw发电机提供，输出ac220v交流电。由于靶板数量较多，考虑到可维护性和安全性，采用分布式供电的方法，包括一个总配电箱(配电箱1)和四个分配电箱(配电箱2、3、4、5)，每个配电箱配备过流保护装置。总配电箱输出四路，分别连接四个分配电箱的输入。分配电箱输出四路，每一路给四块模拟靶板供电，四块模拟靶板依次串联。具体连接关系如图9所示。经试验，该红外特性模拟系统，具有可靠性高、可维护性强、可移植性好等特点。不仅可以用于大型船舰靶标的红外特性的模拟，亦可以广泛应用于各类陆基、空中靶标的红外特性模拟。该套系统解决了传统靶标的形状尺寸固化，重复利用性差的问题，能够真实可靠的模拟各类靶标的红外特性，能够有效的检验红外成像和红外制导武器的性能。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
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的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。当前第1页12