一种红外新型靶标装置及使用方法与流程

本发明涉及红外成像系统设备领域，特别涉及一种红外新型靶标装置及使用方法。

背景技术：

红外是红外线的简称，它是一种电磁波。它可以实现数据的无线传输。自1800年被发现以来，得到很普遍的应用，如红外线鼠标，红外线打印机，红外线键盘等等。红外的特征：红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过，几乎无法控制信息传输的进度。

自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度(-273℃)就存在分子和原子无规则的运动，其表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波，它的波长范围为760nm-1mm，不为人眼所见。红外成像设备就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备。它反映物体表面的红外辐射场，即温度场。

红外辐射是一切物体的固有特性,由于红外线有着普通电磁波和可见光无法比拟的优点,因此目标红外辐射特征的模拟技术也就成为国内外各大科研机构争相研究的技术领域。近年来,随着红外成像技术的日趋成熟,其在各军事领域中的应用也日益广泛。随着红外制导技术的发展,为了提高武器的性能,在武器的设计和研制阶段就必须对红外导引头的各项指标进行检测,这时需要提供目标红外特性的模拟。红外靶标的出现成为了技术发展的必要产物。

在红外成像制导武器大量装备的今天,对红外制导和红外成像制导武器的目标识别及目标跟踪的技术要求越来越高,为了在武器的设计和研制阶段对真实客观地评估各种红外成像搜索和跟踪系统的动态性能,例如进行导引头红外响应及目标识别的试验,以验证设计的正确性。为进行这些实验,就必须为导引头提供目标和背景的真实的红外景象。如果将导引头置于真实的环境中,利用真实的目标进行实验,实验费用非常昂贵,且由于受到实际情况的限制,不可能对所有的气象状况、不同的目标和不同的环境进行测试,若利用一个简单的热电阻,作为热源来测试导引头的性能,对于点目标制导的武器系统来说是可行的,但对具有识别红外假目标能力的武器系统则失去了测试作用。

利用红外靶标,有利于对红外制导武器进行有效地测试。如:应用于红外制导武器的导引头在研发设计阶段进行单项性能测试(识别算法、跟踪算法等，以便对某一单项性能加以升级改进;应用于红外制导武器的实弹打靶来检验红外制导武器的综合性能等。此外,红外靶标装置还能节省经费开支和缩短武器研制周期。因此,红外靶标的研制在导弹武器系统研制中具有极其重要的意义。

现阶段的红外靶标多数为固定式靶标，在试验时将靶标固定在指定位置，无法自如的根据需要调整靶标的位置，如果需要调整靶标位置，需靠人力去调整靶标的角度，造成了工作量增加，可操作性差等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种红外新型靶标装置及使用方法，其解决了调整靶标位置，需靠人力去调整靶标角度的问题，该红外靶标装置不仅可以通过控制器对靶标主体进行旋转（x轴向和z轴向）、达到试验所需的位置并实时监测靶标当前位置、也可对红外靶标的温度进行实时设置及监测，摒弃了以往单一的使用方式，大大节省了人力，更准确、更简便的操作方式对试验结果提供了更可靠的保障。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种红外新型靶标装置，它至少包括控制系统和靶标主体两部分；

所述靶标主体包括靶标支架、x轴转动系统、z轴转动系统和红外加热板；

所述靶标支架的顶部与z轴转动系统连接，所述x轴转动系统、红外加热板分别于z轴转动系统连接；

所述控制系统用于控制x轴转动系统和z轴转动系统启停；

所述控制系统与x轴转动系统通过电连接方式进行信号通讯；

所述控制系统与z轴转动系统通过电连接方式进行信号通讯。

进一步：所述控制系统包括控制台台体，所述控制台台体上方固定有显示器，所述显示器的一侧安装有角度数显表和温控仪表，所述数显角度表位于温控仪表上方；

所述pc机安装在控制台台体内部，所述显示器与pc机电连接，作为控制系统参数设置及参数反馈的软界面；

所述角度数显表与控制器通过485通讯口进行连接，控制器中有一路485通讯口x轴转动系统和z轴转动系统实时位置（角度）反馈信号，达到监测x轴转动系统和z轴转动系统旋转角度的功能；

角度数显表分别可以监测两个独立的角度信号及x轴转动系统和z轴转动系统的实时位置；

所述温控仪表与控制器通过485通讯口进行连接，控制器中另外一路485通讯口为红外加热板温度反馈信号，对红外加热板温度阈值进行设定并实时监测；

所述控制器作为控制系统的主控单元安装在控制台台体内部，分别与pc机、角度数显表、温控仪表、x轴转动系统和z轴转动系统通过电连接方式连接，用于信号的发送及反馈。

进一步：所述温控仪表和角度数显表均采用异步串行通信接口，其通信方式为rs-485。

进一步：所述靶标支架包括底板和四个地角，所述底板与四个地角通过螺栓连接。

进一步：所述z轴转动系统包括电机架，所述电机架通过螺栓固定在底板上，所述电机架顶部连接有第二电机，所述第二电机上连接有第二减速机，所述第二减速机上通过键连接有支板，所述支板中心设置有支板接头，所述支板通过支板接头和第二减速机的输出轴固定，所述支板接头两侧分别连接有压板；

第二电机与控制器电连接，用于信号的发送及反馈；

所述支板两端分别连接有两个对称的立柱，所述立柱与x轴转动系统连接。

进一步：所述支板与立柱之间设置有直角连接件，所述直角连接件通过螺栓分别与支板和立柱连接。

进一步：所述x轴转动系统包括第一电机，所述第一电机上连接有第一减速机，所述第一减速机固定在支板左侧的立柱上，所述第一减速机上连接有靶盘，所述靶盘上连接有配重，所述配重固定在支板右侧的立柱上；

所述第一电机与控制器电连接，用于信号的发送及反馈；

所述红外加热板固定在靶盘上。

进一步：一种红外新型靶标装置的使用方法，具体包括以下步骤：

1）系统上电，包括pc机、显示器、角度数显表、温控仪表、控制器、第一电机和第二电机；

2）通过pc机设置需要发出指令的参数，其中参数包括靶盘上红外加热板温度、第一电机和第二电机的启/停、转速和角度；

3）控制器接收到pc机发出的指令信号、将信号通过电连接方式传送至第一电机、第二电机和靶盘上红外加热板；

4）第一电机接收到控制器传输的指令信号后带动第一减速机、连接件和靶盘以设定速度开始向设定位置进行旋转；

5）第二电机接收到控制器传输的指令信号后带动第二减速机、支板接头、压板、支板、直角连接件和立柱以设定速度开始向设定位置进行旋转；

6）第一电机和第二电机在旋转过程中会将转速及角度信号通过电连接方式反馈至控制器，通过485通讯口反馈至pc机、角度数显表和温控仪表上。

综上所述，本发明具有以下有益效果：控制系统主要功能为系统上电，用于控制靶标主体第一电机和第二电机的起停（靶标主体旋转），第一电机和第二电机的旋转速度（靶标主体转速），靶标主体旋转角度监测，红外加热板温度并进行实时监测。具体展开如下：

1）所述控制系统与所述靶标主体之间通过电连接方式进行信号通讯，其中包括电机控制信号（启/停及转速）、电机反馈信号（转速及位置）、红外加热板控制信号（温度设置）、红外加热板反馈信号（温度反馈）；信号的接收和发出由控制器完成；

2）控制器接收到pc机2发出的指令（靶盘上红外加热板温度阈值设置、第一电机、第二电机的启/停信号、转速和角度控制信号）将信号以电连接方式发送到靶盘上红外加热板、靶标主体第一电机、第二电机，并将靶盘上红外加热板的反馈信号（温度）、第一电机和第二电机的反馈信号（转速及角度）通过485通讯方式反馈至控制台台体1上温控仪表和角度数显表上；

3）显示器与pc机连接，作为控制系统参数设置及参数反馈的软界面；

4）角度数显表与控制器通过485通讯口进行连接，控制器中有一路485通讯口为电机实时位置（角度）反馈信号，达到监测电机旋转角度的功能。角度数显表分别可以监测两个独立的角度信号及第一电机和第二电机转子的实时位置；

5）温控仪表与控制器通过485通讯口进行连接，控制器中另外一路485通讯口为靶盘上红外加热板温度反馈信号，对红外加热板温度阈值进行设定并实时监测。

附图说明

图1是实施例该装置的原理图；

图2是实施例该装置的控制系统示意图；

图3是实施例该装置的靶标主体示意图。

图中，1、控制台台体；2、pc机；3、显示器；4、角度数显表；5、温控仪表；6、控制器；7、地角；8、底板；9、电机架；10、第二电机；11、第二减速机；12、支板；13、第一电机；14、第一减速机；15、直角连接件；16、立柱；17、支板接头；18、压板；19、配重；20、连接件；21、靶盘。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1-2所示，一种红外新型靶标装置，至少包括控制系统和靶标主体两部分；

所述靶标主体包括靶标支架、x轴转动系统、z轴转动系统和红外加热板；

所述靶标支架的顶部与z轴转动系统连接，所述x轴转动系统、红外加热板分别于z轴转动系统连接；

所述控制系统用于控制x轴转动系统和z轴转动系统启停；

所述控制系统与x轴转动系统通过电连接方式进行信号通讯；

所述控制系统与z轴转动系统通过电连接方式进行信号通讯。

在本实施例中，控制系统主要功能为系统上电，通过用于控制靶标主体x轴转动系统和z轴转动系统的启停（靶标主体旋转），x轴转动系统和z轴转动系统的旋转速度（靶标主体转速），靶标主体旋转角度监测，红外加热板温度并进行实时监测。

靶标支架是系统的支撑部分，z轴转动系统用于完成系统绕z轴按一定速度转动的功能（转动角度为±180°），x轴转动系统用于完成系统绕x轴按一定速度转动的功能（转动角度为±180°）。

实施例2

如图1-2所示，在实施例1的基础上，所述控制系统包括控制台台体1，所述控制台台体1上方固定有显示器3，所述显示器3的一侧安装有角度数显表4和温控仪表5，所述角度数显表4位于温控仪表5上方；

所述pc机2安装在控制台台体1内部，所述显示器3与pc机2电连接，作为控制系统参数设置及参数反馈的软界面；

所述角度数显表4与控制器6通过485通讯口进行连接，控制器6中有一路485通讯口x轴转动系统和z轴转动系统实时位置（角度）反馈信号，达到监测x轴转动系统和z轴转动系统旋转角度的功能；

角度数显表6分别可以监测两个独立的角度信号及x轴转动系统和z轴转动系统的实时位置；

所述温控仪表5与控制器6通过485通讯口进行连接，控制器6中另外一路485通讯口为红外加热板温度反馈信号，对红外加热板温度阈值进行设定并实时监测；

所述控制器6作为控制系统的主控单元安装在控制台台体1内部，分别与pc机2、角度数显表4、温控仪表5、x轴转动系统和z轴转动系统通过电连接方式连接，用于信号的发送及反馈。

在本实施例中，通过pc机2的串口与控制器6通讯，通讯由pc机2触发开始，首先由上位机发送握手信号，控制器6接收到握手信号后，发送回握信号；上位机收到回握信号，则开始发送请求指令，控制器6收到指令后发送数据给上位机，上位机收到数据进行校验，出错则要求控制器6重发，没有错误则处理输出显示。

控制器6自带一个rs485串口，需要再配置一个sbcm01通信信号板。通过modbus协议，cpu向伺服电机发送脉冲信号，控制其转动，同时向角度数显仪表4发送电机的转动角度值。调节温控仪表5并实时反馈当前温度。cpu的两个rs485口是不会互相干扰的，注意区分port0和port1。

实施例3

如图1-2所示，在实施例1或2的基础上，所述温控仪表5和角度数显表4均采用异步串行通信接口，其通信方式为rs-485。

在本实施例中，在通信之前，角度数显表4与控制器6通过485通讯口进行连接，控制器6中有一路485通讯口为电机实时位置（角度）反馈信号，达到监测电机旋转角度的功能。角度数显表6分别可以监测两个独立的角度信号及x轴转动系统和z轴转动系统的实时位置。

实施例4

参照图3，在实施例1或2或3或4的基础上，所述靶标支架包括底板8和四个地角7，所述底板8与四个地角7通过螺栓连接。

在本实施例中，底板8与四个地角7起到支撑的作用。

实施例5

参照图3，在实施例1或2或3或4或5的基础上，所述z轴转动系统包括电机架9，所述电机架9通过螺栓固定在底板8上，所述电机架9顶部连接有第二电机10，所述第二电机10上连接有第二减速机11，所述第二减速机11上通过键连接有支板12，所述支板12中心设置有支板接头17，所述支板12通过支板接头17和第二减速机11的输出轴固定，所述支板接头17两侧分别连接有压板18。

所述第二电机10与控制器6电连接，用于信号的发送及反馈。

所述支板12两端分别连接有两个对称的立柱16，所述立柱16与x轴转动系统连接。

在本实施例中，控制器6控制第二电机10转动，第二电机10转动带动第二减速机11转动，用于控制第二电机10的启停。

电机架9稳定连接第二电机10和第二减速机11，并使第二电机10和第二减速机11悬空，即与底板8不接触，使第二电机10和第二减速机11不受轴向力，轴向力直接传至底板8，保护第二电机10和第二减速机11。

实施例6

参照图3，在实施例1或2或3或4或5或6的基础上，所述支板12与立柱16之间设置有直角连接件15，所述直角连接件15通过螺栓分别与支板12和立柱16连接。

在本实施例中，为了使支板12和立柱16更可靠稳定的连接。

实施例7

参照图3，在实施例1或2或3或4或5或6或7的基础上，所述x轴转动系统包括第一电机13，所述第一电机13上连接有第一减速机14，所述第一减速机14固定在支板12左侧的立柱16上，所述第一减速机14上连接有靶盘21，所述靶盘21上连接有配重19，所述配重19固定在支板12右侧的立柱16上。

所述第一电机13与控制器6电连接，用于信号的发送及反馈。

所述红外加热板固定在靶盘21上。

在本实施例中，控制器6用于控制第一电机13的启动和停止，配重19是为了平衡圆周对边的第一电机13和第一减速机14的重量和，且为靶盘21x向转动提供转轴。

实施例8

在实施例1或2或3或4或5或6或7或8的基础上，一种红外新型靶标装置的使用方法。具体包括以下步骤：

1）系统上电，包括pc机2、显示器3、角度数显表4、温控仪表5、控制器6、第一电机13和第二电机10；注：系统上电均为市电220v。

2）通过pc机2设置需要发出指令的参数（包括靶盘21上红外加热板温度、第一电机13和第二电机10的启/停、转速和角度）；

3）控制器6接收到pc机2发出的指令信号、将信号通过电连接方式传送至第一电机13、第二电机10和靶盘21上红外加热板；

4）第一电机13接收到控制器6传输的指令信号后带动第一减速机14、连接件20和靶盘21以设定速度开始向设定位置进行旋转；

5）第二电机10接收到控制器6传输的指令信号后带动第二减速机11、支板接头17、压板18、支板12、直角连接件和立柱16以设定速度开始向设定位置进行旋转；

6）第一电机13和第二电机10在旋转过程中会将转速及角度信号通过电连接方式反馈至控制器6，通过485通讯口反馈至pc机2、角度数显表4和温控仪表6上。

实施例9

如图1-2所示，在实施例1或2或3或4或5或6或7或8的基础上，一种红外新型靶标装置至少包括控制系统和靶标主体两部分。

参照图3，所述的靶标主体包括底板8和四个地角7，底板8与四个地角7通过螺栓固定。

底板8上通过螺栓连接有电机架9，电机架9顶部通过螺栓连接有第二电机10，所述第二电机10上通过螺栓连接有第二减速机11，所述第二减速机11上通过键连接有支板12，所述支板12中心设置有支板接头17，所述支板12通过支板接头17和第二减速机11的输出轴固定，所述支板接头17两侧分别通过螺栓连接有压板18。

支板12两端分别连接有两个对称的立柱16，立柱16由80×80×δ3规格的槽铝制作，具有足够的强度且槽内部可以布置电缆通过。

支板12与立柱16之间设置有直角连接件15，所述直角连接件15通过螺栓分别与支板12和立柱16连接。

支板12左侧的立柱16上通过螺栓连接有第一减速机14，第一减速机14的一端输出轴上连接有第一电机13，第一减速机14的另一端通过连接件20连接有靶盘21，靶盘21通过连接件20连接有配重19，配重19通过螺栓固定在支板12右侧的立柱16上。

靶盘21的主体是φ500mm、δ2mm的铝板，其中一面粘贴红外靶标元件，靶盘21周边是两件圆周型橡胶护角。

底板8和四个地角7组成靶标支架，是系统的支撑部分。

电机架9、第二电机10、第二减速机11、支板12、支板接头17、压板18、立柱16、直角连接件15等部件组成z轴转动系统，完成系统绕z轴按一定速度转动的功能（转动角度为±180°）。

靶盘21、连接件20、第一电机13、第一减速机14、配重19等部件组成x轴转动系统，完成系统绕x轴按一定速度转动的功能（转动角度为±180°）。

控制系统包括控制台台体1，所述控制台台体1上方固定有显示器3，所述显示器3的一侧安装有角度数显表4和温控仪表5，所述数显角度表位于温控仪表5上方。

所述控制台台体1下方安装有控制器6和pc机2。

显示器3与pc机2连接，作为控制系统参数设置及参数反馈的软界面。

角度数显表4与控制器6通过485通讯口进行连接，控制器6中有一路485通讯口为电机实时位置（角度）反馈信号，达到监测电机旋转角度的功能。角度数显表6分别可以监测两个独立的角度信号及第一电机13和第二电机10转子的实时位置。

温控仪表5与控制器6通过485通讯口进行连接，控制器5中另外一路485通讯口为靶盘21上红外加热板温度反馈信号，对红外加热板温度阈值进行设定并实时监测。

控制器6作为控制系统的主控单元安装在控制台台体内部，分别与pc机2、角度数显表4、温控仪表5、第一电机13和第二电机10通过电连接方式连接，用于信号的发送及反馈。

所述pc机2的串口与控制器6通讯，所述通讯由pc机2触发开始。

控制器6包括plc。

首先由上位机发送握手信号，plc接收到握手信号后，发送回握信号；上位机收到回握信号，则开始发送请求指令，plc收到指令后发送数据给上位机，上位机收到数据进行校验，出错则要求plc重发，没有错误则处理输出显示。

plc自带一个rs485串口，需要再配置一个sbcm01通信信号板。通过modbus协议，cpu向伺服电机发送脉冲信号，控制其转动，同时向角度传感器数显仪表发送电机的转动角度值。调节温控仪表5并实时反馈当前温度。cpu的两个rs485口是不会互相干扰的，注意区分port0和port1。

温控仪表5和角度数显表4均采用异步串行通信接口，其通信方式为rs-485。在通信之前，plc端通过改写smb30或smb130来选择通信模式，设定波特率以及数据长度和校验位。

所述控制器6还包括机械控制和温度控制两部分功能，其中机械控制部分首先要确认上位侧的指令类型。指令的种类有脉冲、模拟电压、ｉ/ｏ、串行通信数据等。通过这些指令的形态来决定驱动器的种类。

温度控制部分分为三部分：测温回路、a/d转换电路和控温回路。测温电路由温度传感器、信号放大电路、低通滤波电路及外围器件组成，实现温度-电压变换，经放大至适当电压进行a/d转换。

在温度传感器选定以后，信号放大电路和低通滤波电路是测温电路关键，在设计中采用了低噪声、低失真的仪表放大器和rc滤波网络，组成有源低通滤波信号放大电路来实现有效信号的放大和噪声滤除功能。控温电路由可控硅、加热丝等组成。微处理器通过a/d转换感测到热电阻上电压随温度的变化，当温度低于设定值下限时，微处理器控制可控硅导通对加热丝进行控制，使温度升高，当感测到的温度高于设定值上限时，控制可控硅关断，使温度降低，实现闭环控制温度的作用。

工作原理：所述控制系统与所述靶标主体之间通过电连接方式进行信号通讯，其中包括电机控制信号（启/停及转速）、电机反馈信号（转速及位置）、红外加热板控制信号（温度设置）、红外加热板反馈信号（温度反馈）。

信号的接收和发出由控制器6完成。控制器6接收到pc机2发出的指令（靶盘21上红外加热板温度阈值设置、第一电机13、第二电机10的启/停信号、转速和角度控制信号）将信号以电连接方式发送到靶盘21上红外加热板、靶标主体第一电机13、第二电机10，并将靶盘21上红外加热板的反馈信号（温度）、第一电机13和第二电机10的反馈信号（转速及角度）通过485通讯方式反馈至控制台台体1上温控仪表6和角度数显表4上。

具体包括以下步骤：

1）系统上电，包括pc机2、显示器3、角度数显表4、温控仪表5、控制器6、第一电机13和第二电机10；注：系统上电均为市电220v。

2）通过pc机2设置需要发出指令的参数（包括靶盘21上红外加热板温度、第一电机13和第二电机10的启/停、转速和角度）；

3）控制器6接收到pc机2发出的指令信号、将信号通过电连接方式传送至第一电机13、第二电机10和靶盘21上红外加热板；

4）第一电机13接收到控制器6传输的指令信号后带动第一减速机14、连接件20和靶盘21以设定速度开始向设定位置进行旋转；

5）第二电机10接收到控制器6传输的指令信号后带动第二减速机11、支板接头17、压板18、支板12、直角连接件和立柱16以设定速度开始向设定位置进行旋转；

6）第一电机13和第二电机10在旋转过程中会将转速及角度信号通过电连接方式反馈至控制器6，通过485通讯口反馈至pc机2、角度数显表4和温控仪表6上；

本实施例中的该装置不仅可以通过控制器对靶标主体进行旋转（x轴向和z轴向）、达到试验所需的位置并实时监测靶标当前位置、也可对红外靶标的温度进行实时设置及监测，摒弃了以往单一的使用方式，大大节省了人力，更准确、更简便的操作方式对试验结果提供了更可靠的保障。

需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。