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  • 基于LightTools的激光四象限探測(cè)系統(tǒng)仿真

    作者:李福巍、張運(yùn)強(qiáng)等 來源:《應(yīng)用光學(xué)》 時(shí)間:2020-10-22 09:31 閱讀:6786 [投稿]
    本文采用LitghtTools軟件完成了一個(gè)激光四象限探測(cè)系統(tǒng)的建模,模型中包含了激光目標(biāo)模型、激光光學(xué)系統(tǒng)模型和激光四象限探測(cè)器模型。

    摘要:激光四象限探測(cè)系統(tǒng)是激光制導(dǎo)武器的重要組成部分,在設(shè)計(jì)階段對(duì)其性能的準(zhǔn)確評(píng)估有利于設(shè)計(jì)方案的迭代和優(yōu)化。采用LightTools軟件對(duì)四象限探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真建模。通過建立目標(biāo)模型、光學(xué)系統(tǒng)模型和四象限探測(cè)器模型,可以有效地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真,并結(jié)合四象限探測(cè)系統(tǒng)原理,得到角度偏差的和差比幅值;建立的模型可以對(duì)系統(tǒng)的雜散光進(jìn)行仿真,評(píng)估雜散光對(duì)系統(tǒng)的影響;另外,還可以模擬激光散斑效應(yīng),分析散斑特性對(duì)探測(cè)系統(tǒng)輸出和差比幅值的影響。通過LightTools軟件建模和仿真為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。最后,通過實(shí)驗(yàn)對(duì)仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證,在±15°范圍內(nèi)仿真得到的和差比幅值和實(shí)驗(yàn)得到的基本一致。

    關(guān)鍵詞:四象限探測(cè)系統(tǒng);LightTools;雜散光;激光散斑

    引言

    激光四象限探測(cè)系統(tǒng)是激光半主動(dòng)導(dǎo)引頭的核心器件,可應(yīng)用于多種激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)中。激光半主動(dòng)導(dǎo)引頭的工作原理是位于彈體之外的激光目標(biāo)指示器照射目標(biāo),彈上的激光制導(dǎo)導(dǎo)引頭跟蹤目標(biāo)反射的激光信號(hào),并根據(jù)此信號(hào)解算出目標(biāo)信息,再由彈上計(jì)算機(jī)綜合彈體姿態(tài)信號(hào)并按照給定的制導(dǎo)形式處理成制導(dǎo)信號(hào),輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu),使武器跟蹤目標(biāo)。其優(yōu)點(diǎn)是制導(dǎo)精度高,抗干擾能力強(qiáng),結(jié)構(gòu)簡單,武器系統(tǒng)成本低。如美國的銅斑蛇和俄羅斯的紅土地激光制導(dǎo)炮彈均采用半主動(dòng)激光導(dǎo)引頭,性能優(yōu)異。美國的海爾法激光制導(dǎo)導(dǎo)彈也采用半主動(dòng)激光導(dǎo)引頭。

    本文利用LightTools軟件仿真了激光半主動(dòng)導(dǎo)引頭中的四象限探測(cè)系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行有效地評(píng)估,為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。同時(shí),針對(duì)激光散斑現(xiàn)象進(jìn)行了分析,為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

    另外,本文還利用LightTools軟件對(duì)系統(tǒng)的雜散光情況進(jìn)行了分析,進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的性能。目前,國際上最常用的光學(xué)設(shè)計(jì)分析軟件有Code V,LightTools,Tracepro,Zemax等,其中LightTools在光機(jī)系統(tǒng)一體化仿真,雜散光分析等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

    1.   LightTools仿真模型建立

    1.1   四象限探測(cè)器建模

    四象限探測(cè)器是探測(cè)系統(tǒng)的主要部件,四象限探測(cè)器是把4個(gè)性能相同的探測(cè)器按照直角坐標(biāo)系的要求排列成4個(gè)象限并集成在同一芯片上,中間由十字形分劃線隔開,如圖1所示。圖1中φ為探測(cè)器光敏元的直徑,d為分劃線寬度,A、B、C、D代表4個(gè)光敏面,即4個(gè)象限。四象限探測(cè)器具有響應(yīng)頻率快,響應(yīng)波長寬,靈敏度高,工作溫度范圍大等優(yōu)點(diǎn)。


    圖1.四象限探測(cè)器示意圖

    本文仿真的四象限探測(cè)器參數(shù)如表1所示。


    表1.四象限探測(cè)器參數(shù)

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    hale1987:高手啊 牛逼(2020-10-29)