一种模拟火箭平台棱镜光电准直回路的瞄控等效装置的制造方法
【专利摘要】为了满足地面瞄准系统自检和部队操作手仿真瞄准训练的需求，本发明提供了一种能模拟火箭平台棱镜光电准直回路的瞄控等效装置，包括测发控等效器和平台等效器，所述测发控等效器电气地连接平台等效器，所述测发控等效器包括电源板、控制板和显示板，所述平台等效器包括驱动板和功放板，其中平台等效器等效火箭平台棱镜，在瞄控等效装置的“扫描”信号下实现电机±15°限定范围内的扫描，在瞄准控制器准直电流的控制下实现平台闭环自准直。
【专利说明】
一种模拟火箭平台棱镜光电准直回路的瞄控等效装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及瞄准技术和闭环准直控制技术领域，更具体地，涉及一种模拟火箭平台棱镜光电准直回路的瞄控等效装置。
【背景技术】
[0002]方位瞄准由地面瞄准部分和火箭瞄准回路部分组成。通过地面瞄准系统中的光电瞄准仪与火箭瞄准回路中的棱镜准直，将大地方位基准传递到箭上，从而完成瞄准流程。例如，在运载火箭的发射之前需要对火箭方位位置进行调节，使其精确的对准要发射的方向，这就需要一套精密的实时测量系统，通过对方位角度的实时测量来完成方位的定位调整。
[0003]现有的瞄准测量系统中，多采用目视瞄准法进行。该系统包括直角棱镜、标杆仪、两个目视瞄准单元和两个二维导轨。直角棱镜水平安装在火箭平台上，标杆仪安置于经过大地测量后的标杆仪固定点，两二维导轨分别安置于经过大地测量后的二维导轨固定点，三个固定点在一条直线上;两个目视瞄准单元分别设置在两个二维导轨上。
[0004]采用目视瞄准法进行瞄准测量时，需要反复多次进行二维导轨平移和目视瞄准才能使之瞄准目标，导致测量时间长，工作步骤繁琐。这使得火箭平台的棱镜光电准直回路的瞄控操作要求极高，对操作手的操作技巧、娴熟程度和心理素质都是极大的考验。而实际上，瞄控训练的场合和机会是非常有限的。另外，瞄准系统在使用前的自检以及联试等环节也都是必须的，但这种检测和测试无法也不适宜在实际场景中应用。因此，急需一种能够模拟火箭平台棱镜光电准直回路的瞄控等效装置，以满足地面瞄准系统自检和部队操作手仿真瞄准训练的需求。
【发明内容】
[0005]为了满足地面瞄准系统自检和部队操作手仿真瞄准训练的需求，本申请提供了一种能模拟火箭平台棱镜光电准直回路的瞄控等效装置，包括测发控等效器和平台等效器，所述测发控等效器电气地连接平台等效器，所述测发控等效器包括电源板、控制板和显示板，所述平台等效器包括驱动板和功放板，其中平台等效器等效火箭平台棱镜，在瞄控等效装置的“扫描”信号下实现电机±15°限定范围内的扫描，在瞄准控制器准直电流的控制下实现平台闭环自准直。
[0006]进一步地，所述控制板包括CPU和通讯电路，其中通讯电路以RS-422的方式完成方位角值的通讯，发出“扫描”、“瞄准好”、“通讯”信号，并接收“准备好”、“敏区”、“准直电流”、“过零脉冲”信号，所述显示板是由8个七段数码管和显示驱动芯片组成，所述CPU将要显示的数据发送给显示驱动芯片，显示驱动芯片按规定的格式译码后直接驱动数码管显示，显示光电瞄准仪的测角数据。
[0007]进一步地，所述电源板由5V和12V的开关电源模块组成，所述12V的开关电源模块包括双极性的± 12V电源，该± 12V电源包括彼此组合连接的第一+12V的开关电源模块和第二+12V的开关电源模块，所述第一+12V的开关电源模块的Vout端连接+12V电源，所述第一+12V的开关电源模块的GND端与所述第二+12V的开关电源模块的Vout端连接并接地，所述第一+12V的开关电源模块的+Vin端与所述第二+12V的开关电源模块的+Vin端相连并连接+24V电源，所述第一+12V的开关电源模块的-Vin端和所述第二+12V的开关电源模块的-Vin端相连接并连接+24V电源的GND端，所述第二+12V的开关电源模块的GND端连接-12V电源。
[0008]进一步地，所述驱动板包括运算放大器，所述运算放大器用于电机的闭环自准直。
[0009]进一步地，功放板是由一块功率放大芯片组成，对驱动板输出的控制信号进行功率放大以驱动电机转动。
[0010]进一步地，所述瞄控等效装置被设置成包括单系统工作模式和全系统工作模式，在这两种工作模式中，所述瞄控等效装置与光电瞄准仪、瞄准控制器构成闭环控制回路，并且在单系统工作模式下，平台等效器正置，光电瞄准仪的光管为俯角状态，用于瞄准系统自检;在全系统工作模式下，平台等效器倒挂于仿真箭中，光电瞄准仪的光管为仰角状态，用于操作手完成仿真瞄准训练及系统联试。
[0011]进一步地，所述闭环控制回路中，所述测发控等效器在所述瞄控等效装置外部与24V供电电源和瞄准控制器相连接。
[0012]进一步地，所述测发控等效器还包括电源滤波器、电源开关、面板开关组和面板指示灯组，其中电源滤波器与电源开关相连接，电源开关与电源板相连接，所述电源板包括电源模块，所述显示板包括显示驱动电路，所述控制板还包括震荡电路、RS422驱动隔离电路、复位电路、时钟电路及控制输出电路，所述面板开关组和所述面板指示灯组分别连接所述控制板的CPU，且所述面板开关组将外部指令输入所述CPU，所述CPU向所述面板指示灯组发送状态指示信号，所述复位电路、震荡电路均向所述CHJ单向输出信号，所述CPU向所述输出控制电路单向输出信号，所述RS422驱动隔离电路经由所述通讯电路连接所述CPU，所述CPU、所述通讯电路和所述RS422驱动隔离电路彼此双向连接，以实现数据信号的双向通信，所述CPU向所述显示板单向地输出信号。
[0013]进一步地，所述通讯电路为串行通讯转换电路，且所述闭环控制回路为PID闭环控制回路。
[0014]进一步地，所述平台等效器还包括电机，其中所述驱动板、功放板和电极依次连接并依序单向地传输信号，所述电机还向所述驱动板输出反馈信号，并通过所述闭环控制回路以如下方式实现平台闭环自准直:准直零位信号与光电瞄准仪输出的实施角位置反馈信号相减后作为准直偏差角信号被输出到瞄准控制器和PID闭环控制回路，所述瞄准控制器和PID闭环控制回路输出准直电流信号，该准直电流信号被输入到测发控等效器，所述测发控等效器输出准直电压信号，该准直电压信号经过通过所述电机的测速反馈校正单元获得的实时速率电压反馈信号的校正，获得准直速率偏差电压，该准直速率偏差电压被输入到所述平台等效器和所述PID闭环控制回路，所述平台等效器和所述PID闭环控制回路以及所述电机的测速反馈校正单元输出的信号被输入到所述光电瞄准仪。
[0015]本发明的有益效果为:
[0016](I)该装置能模拟箭上平台、地面测发控系统，与地面瞄准设备构成闭环回路，在单系统工作模式下，能配合地面瞄准系统完成自检;在全系统工作模式下，倒装在仿真箭中模拟火箭平台棱镜准直闭合回路，帮助操作手完成仿真瞄准训练及系统联试，提高操作手的瞄准技能。为了能真实模拟火箭平台棱镜的准直回路状态，我们采用PID闭环回路控制法实现光电自准直。
[0017](2)通过模拟闭环PID控制算法及开关电源模块的组合使用，实现了在给定的不同阶跃电压情况下，闭环负反馈点偏差电压稳定在40mv内，速率跟踪稳态误差稳定在0.2V内。
[0018](3)通过开关电源模块的组合设计保证了闭环控制跟踪精度的稳定性，产品的体积重量成本也得以降低。
[0019](4)本发明作为自检设备已在地面瞄准系统中得到应用，并作为仿真设备在多个部队推广使用，产品的稳定性和实用性得到充分考核和验证。
【附图说明】
[0020]图1示出了平台等效器外部示意图。
[0021 ]图2示出了测发控等效器外部界面示意图。
[0022]图3示出了双极性电源组合电路图。
[0023]图4示出了瞄控等效装置硬件组成示意图。
[0024]图5示出了闭环控制算法流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合【附图说明】本发明的技术方案。
[0026]—种能模拟火箭平台棱镜光电准直回路的瞄控等效装置，包括测发控等效器和平台等效器，所述测发控等效器电气地连接平台等效器，所述测发控等效器包括电源板、控制板和显示板，所述平台等效器包括驱动板和功放板，其中平台等效器等效火箭平台棱镜，在瞄控等效装置的“扫描”信号下实现电机±15°限定范围内的扫描，在瞄准控制器准直电流的控制下实现平台闭环自准直。如图1所示，从外部结构看，平台等效器包括棱镜1、回转体2和底座3。
[0027]所述控制板包括CPU和通讯电路，其中通讯电路以RS-422的方式完成方位角值的通讯，发出“扫描”、“瞄准好”、“通讯”信号，并接收“准备好”、“敏区”、“准直电流”、“过零脉冲”信号，所述显示板是由8个七段数码管和显示驱动芯片组成，所述CPU将要显示的数据发送给显示驱动芯片，显示驱动芯片按规定的格式译码后直接驱动数码管显示，显示光电瞄准仪的测角数据。测发控等效器外部界面如图2所示。
[0028]所述电源板由5V和12V的开关电源模块组成，所述12V的开关电源模块包括双极性的±12V电源。
[0029]为了实现电机闭环控制，就需要使用具有足够功率的±12V的双极性电源。由于线性电源价格高，而且作为嵌入式系统来说体积大厚重占空间，我们采用同等规格的开关电源模块，这样既可以降低成本，又可以满足空间的要求。但是市场上的±12V的开关电源模块都是以+12V为设计主路，-12V为设计辅路，即主路如果空载或负载小的情况下，辅路就无法获得足够的功率驱动电机反转，这也使得电机反转时的闭环负反馈点偏差和速率稳态误差达不到设计要求，箭上的瞄准闭合回路状态就不能得到真实模拟。所以为了保证电机正反转时的控制指标都能满足设计要求，我们采用两块+12V的开关电源模块组合设计，从而保证正反转时电机的供电都彼此独立，不互相影响。
[0030]如附图3所示，该±12V电源包括彼此组合连接的第一+12V的开关电源模块和第二+ 12V的开关电源模块，所述第一+12V的开关电源模块的Vout端连接+12V电源，所述第一+12V的开关电源模块的GND端与所述第二+12V的开关电源模块的Vout端连接并接地，所述第一+12V的开关电源模块的+Vin端与所述第二+12V的开关电源模块的+Vin端相连并连接+24V电源，所述第一+12V的开关电源模块的-Vin端和所述第二+12V的开关电源模块的-Vin端相连接并连接+24V电源的GND端，所述第二+12V的开关电源模块的GND端连接-12V电源。
[0031]所述驱动板包括运算放大器，所述运算放大器用于电机的闭环自准直。
[0032]功放板是由一块功率放大芯片组成，对驱动板输出的控制信号进行功率放大以驱动电机转动。
[0033]所述瞄控等效装置被设置成包括单系统工作模式和全系统工作模式，在这两种工作模式中，所述瞄控等效装置与光电瞄准仪、瞄准控制器构成闭环控制回路，并且在单系统工作模式下，平台等效器正置，光电瞄准仪的光管为俯角状态，用于瞄准系统自检;在全系统工作模式下，平台等效器倒挂于仿真箭中，光电瞄准仪的光管为仰角状态，用于操作手完成仿真瞄准训练及系统联试。
[0034]所述闭环控制回路中，所述测发控等效器在所述瞄控等效装置外部与24V供电电源和瞄准控制器相连接。
[0035]瞄控等效装置硬件详细结构如图4所示。所述测发控等效器还包括电源滤波器、电源开关、面板开关组和面板指示灯组，其中电源滤波器与电源开关相连接，电源开关与电源板相连接，所述电源板包括电源模块，所述显示板包括显示驱动电路，所述控制板还包括震荡电路、RS422驱动隔离电路、复位电路、时钟电路及控制输出电路，所述面板开关组和所述面板指示灯组分别连接所述控制板的CPU，且所述面板开关组将外部指令输入所述CPU，所述CPU向所述面板指示灯组发送状态指示信号，所述复位电路、震荡电路均向所述CPU单向输出信号，所述CPU向所述输出控制电路单向输出信号，所述RS422驱动隔离电路经由所述通讯电路连接所述CPU，所述CPU、所述通讯电路和所述RS422驱动隔离电路彼此双向连接，以实现数据信号的双向通信，所述(PU向所述显示板单向地输出信号。
[0036]所述通讯电路为串行通讯转换电路，且所述闭环控制回路为PID闭环控制回路。
[0037]所述平台等效器还包括电机，其中所述驱动板、功放板和电极依次连接并依序单向地传输信号，所述电机还向所述驱动板输出反馈信号，并通过所述闭环控制回路以如下方式实现平台闭环自准直:准直零位信号与光电瞄准仪输出的实施角位置反馈信号相减后作为准直偏差角信号被输出到瞄准控制器和PID闭环控制回路，所述瞄准控制器和PID闭环控制回路输出准直电流信号，该准直电流信号被输入到测发控等效器，所述测发控等效器输出准直电压信号，该准直电压信号经过通过所述电机的测速反馈校正单元获得的实时速率电压反馈信号的校正，获得准直速率偏差电压，该准直速率偏差电压被输入到所述平台等效器和所述PID闭环控制回路，所述平台等效器和所述PID闭环控制回路以及所述电机的测速反馈校正单元输出的信号被输入到所述光电瞄准仪。上述反馈信号的流程如图5所示。
[0038]虽然已经参照特定实施例介绍了本发明，本领域技术人员将理解，可以在不脱离本发明范围的基础上进行各种改动或进行等效替换。另外，可在不脱离本发明范围的基础上对本发明教导的内容进行各种调整从而适应特定的环境或材料。因此，本发明不应限于所公开的特定实施例，而是应包括属于所附权利要求范围的所有实施方式。
【主权项】
1.一种能模拟火箭平台棱镜光电准直回路的瞄控等效装置，其特征在于，包括测发控等效器和平台等效器，所述测发控等效器电气地连接平台等效器，所述测发控等效器包括电源板、控制板和显示板，所述平台等效器包括驱动板和功放板，其中平台等效器等效火箭平台棱镜，在瞄控等效装置的“扫描”信号下实现电机±15°限定范围内的扫描，在瞄准控制器准直电流的控制下实现平台闭环自准直。2.根据权利要求1所述的瞄控等效装置，其特征在于，所述控制板包括CPU和通讯电路，其中通讯电路以RS-422的方式完成方位角值的通讯，发出“扫描”、“瞄准好”、“通讯”信号，并接收“准备好”、“敏区”、“准直电流”、“过零脉冲”信号，所述显示板是由8个七段数码管和显示驱动芯片组成，所述CPU将要显示的数据发送给显示驱动芯片，显示驱动芯片按规定的格式译码后直接驱动数码管显示，显示光电瞄准仪的测角数据。3.根据权利要求2所述的瞄控等效装置，其特征在于，所述电源板由5V和12V的开关电源模块组成，所述12V的开关电源模块包括双极性的± 12V电源，该± 12V电源包括彼此组合连接的第一+12V的开关电源模块和第二+12V的开关电源模块，所述第一+12V的开关电源模块的Vout端连接+12V电源，所述第一+12V的开关电源模块的GND端与所述第二+12V的开关电源模块的Vout端连接并接地，所述第一+12V的开关电源模块的+Vin端与所述第二+12V的开关电源模块的+Vin端相连并连接+24V电源，所述第一+12V的开关电源模块的-Vin端和所述第二+12V的开关电源模块的-Vin端相连接并连接+24V电源的GND端，所述第二+12V的开关电源模块的GND端连接-12V电源。4.根据权利要求3所述的瞄控等效装置，其特征在于，所述驱动板包括运算放大器，所述运算放大器用于电机的闭环自准直。5.根据权利要求4所述的瞄控等效装置，其特征在于，功放板是由一块功率放大芯片组成，对驱动板输出的控制信号进行功率放大以驱动电机转动。6.根据权利要求5所述的瞄控等效装置，其特征在于，所述瞄控等效装置被设置成包括单系统工作模式和全系统工作模式，在这两种工作模式中，所述瞄控等效装置与光电瞄准仪、瞄准控制器构成闭环控制回路，并且在单系统工作模式下，平台等效器正置，光电瞄准仪的光管为俯角状态，用于瞄准系统自检;在全系统工作模式下，平台等效器倒挂于仿真箭中，光电瞄准仪的光管为仰角状态，用于操作手完成仿真瞄准训练及系统联试。7.根据权利要求6所述的瞄控等效装置，其特征在于，所述闭环控制回路中，所述测发控等效器在所述瞄控等效装置外部与24V供电电源和瞄准控制器相连接。8.根据权利要求7所述的瞄控等效装置，其特征在于，所述测发控等效器还包括电源滤波器、电源开关、面板开关组和面板指示灯组，其中电源滤波器与电源开关相连接，电源开关与电源板相连接，所述电源板包括电源模块，所述显示板包括显示驱动电路，所述控制板还包括震荡电路、RS422驱动隔离电路、复位电路、时钟电路及控制输出电路，所述面板开关组和所述面板指示灯组分别连接所述控制板的CPU，且所述面板开关组将外部指令输入所述CPU，所述CPU向所述面板指示灯组发送状态指示信号，所述复位电路、震荡电路均向所述CPU单向输出信号，所述CPU向所述输出控制电路单向输出信号，所述RS422驱动隔离电路经由所述通讯电路连接所述CPU，所述CPU、所述通讯电路和所述RS422驱动隔离电路彼此双向连接，以实现数据信号的双向通信，所述(PU向所述显示板单向地输出信号。9.根据权利要求8所述的瞄控等效装置，其特征在于，所述通讯电路为串行通讯转换电路，且所述闭环控制回路为PID闭环控制回路。10.根据权利要求9所述的瞄控等效装置，其特征在于，所述平台等效器还包括电机，其中所述驱动板、功放板和电极依次连接并依序单向地传输信号，所述电机还向所述驱动板输出反馈信号，并通过所述闭环控制回路以如下方式实现平台闭环自准直:准直零位信号与光电瞄准仪输出的实施角位置反馈信号相减后作为准直偏差角信号被输出到瞄准控制器和PID闭环控制回路，所述瞄准控制器和PID闭环控制回路输出准直电流信号，该准直电流信号被输入到测发控等效器，所述测发控等效器输出准直电压信号，该准直电压信号经过通过所述电机的测速反馈校正单元获得的实时速率电压反馈信号的校正，获得准直速率偏差电压，该准直速率偏差电压被输入到所述平台等效器和所述PID闭环控制回路，所述平台等效器和所述PID闭环控制回路以及所述所述电机的测速反馈校正单元输出的信号被输入到所述光电瞄准仪。
【文档编号】G05D3/20GK105867437SQ201610208277
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】何欢, 孙煜, 王岩, 解英梅, 王超, 董彦维, 范毅, 麻广林
【申请人】北京航天发射技术研究所, 中国运载火箭技术研究院