導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)原理

導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)原理第一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日第二章

基于點目標(biāo)跟蹤的紅外導(dǎo)引系統(tǒng)原理第二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日第二章

基于點目標(biāo)跟蹤的紅外導(dǎo)引系統(tǒng)原理§2.1導(dǎo)彈自動導(dǎo)引系統(tǒng)的組成及工作原理§2.2紅外導(dǎo)引頭基本原理§2.3紅外探測器極其制冷§2.4光學(xué)調(diào)制與調(diào)制盤§2.5誤差信號處理電路圖§2.6紅外目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)§2.7十字叉及L型系統(tǒng)第三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日§2.1導(dǎo)彈自動導(dǎo)引系統(tǒng)的組成

及工作原理一、導(dǎo)彈自動導(dǎo)引的分類

自動導(dǎo)引方法精度比較高，因此在空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈的控制中得到廣泛采用。自動導(dǎo)引的導(dǎo)彈有三種方法。第四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日自動導(dǎo)引的導(dǎo)彈的三種方法1、跟蹤法2、平行接近法3、比例導(dǎo)引法跟蹤法導(dǎo)彈的過載大平行接近法過載小，實現(xiàn)困難比例導(dǎo)引法過載小，裝置簡單第五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日導(dǎo)彈制導(dǎo)視頻第六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日二、自動導(dǎo)系統(tǒng)的組成1、導(dǎo)引頭

X-59導(dǎo)引頭雷達導(dǎo)引頭第七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2、舵機俄R-73空空導(dǎo)彈前衛(wèi)-3激光導(dǎo)引頭與舵機第八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日3、導(dǎo)彈外形及工作原理（1）導(dǎo)彈外行圖導(dǎo)引頭舵機發(fā)動機尾翼第九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日（2）紅外導(dǎo)引頭工作原理測角系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)uq△qqt第十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日一、導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)組成方塊圖§2.2紅外導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)基本原理導(dǎo)引頭方位探測系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制盤探測器信號處理電路1、組成圖第十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2、導(dǎo)引頭工作原理

導(dǎo)引頭的各部分相互協(xié)調(diào)工作，其關(guān)系如下圖所示；（1）結(jié)構(gòu)組成第十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日目標(biāo)輻射光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制盤探測器電子線路陀螺跟蹤系統(tǒng)（2）工作原理第十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日二、紅外光學(xué)系統(tǒng)

紅外光學(xué)系統(tǒng)是紅外導(dǎo)引的一個重要組成部分。紅外導(dǎo)引通過光學(xué)系統(tǒng)來收集目標(biāo)輻射的紅外線。紅外光學(xué)系統(tǒng)是根據(jù)光的基本傳播規(guī)律進行成象的。右圖：采用紅外光學(xué)系統(tǒng)的天文望遠(yuǎn)鏡第十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日1、基本組成元件：光學(xué)系統(tǒng)的基本組成元件是反射鏡、棱鏡、及光欄。尼科耳棱鏡

第十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2、紅外成象技術(shù)的基本原理第十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日3、光學(xué)系統(tǒng)的功能（1）聚集光能以探測目標(biāo)

（2）利用象點的位置反映目標(biāo)偏離光軸的大小和方位⊿q⊿qMy1x1yRO1OM’O’f光學(xué)系統(tǒng)等效的凸透鏡第十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日4、光學(xué)系統(tǒng)幾個主要的外形結(jié)構(gòu)參數(shù)

（1）有效接收口徑D

有效接收口徑D決定了光學(xué)系統(tǒng)有效接收面積的大小。（2）焦距

光學(xué)系統(tǒng)的焦距是決定系統(tǒng)成象位置及大小的基本參量，焦距還影響系統(tǒng)視角的大小。第十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日（3）視角

視角的大小決定了系統(tǒng)所能觀察到的有效空間的大小。為了消除背景的干擾，系統(tǒng)的視角不能太大。

（4）相對孔徑、f／數(shù)

有效接收口徑與焦距的比值稱為光學(xué)系統(tǒng)的相對孔徑。第十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日5、影響象質(zhì)的因素

一個物點成象并不是一個幾何點，而是一個亮的擴散圓斑，通常稱為彌散圓。彌散圓的大小對信號有相當(dāng)大的影響。

彌散圓第二十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

由于彌散圓的大小對信號有相當(dāng)大的影響，因此需要了解影響彌散圓大小的影響因素。影響彌散圓大小的因素有兩種，一是衍射，二是象差。左圖：衍射及其強度分布第二十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日（1）、衍射對象質(zhì)的影響

衍射是由光的波動性而引起的。即使是位于光軸上的幾何點源，通過有光欄的光學(xué)系統(tǒng)后成的象也不是一個幾何點，而是一個明亮的中心圓斑，中心圓斑一般稱為艾利(Airy)圓。

艾利(Airy)圓

第二十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日(2)、象差對象質(zhì)的影響

象差是影響彌散圓大小的主要因素。象差可分為色差和單色象差兩類。色差是主于透鏡的折射系數(shù)隨波長而變化引起的，單色象差指光學(xué)系統(tǒng)對單色光產(chǎn)生的象差。右圖：測量象差的原理圖第二十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日§2.3紅外探測器及其制冷

紅外探測器實際上是一種紅外線輻射能的轉(zhuǎn)換器。它把輻射能轉(zhuǎn)換成另一種便于測量的能量形式，多數(shù)情況下轉(zhuǎn)換成電能，因為從近代的測量技術(shù)看，電量的測量最方便最精確。第二十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日庭院燈型紅外探測器吸頂式智能紅外探測器無線被動式紅外探測器第二十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日一、紅外探測器的分類

對于探測和跟蹤目標(biāo)的探測器，按照探測過程的物理機理，可分為兩類，即熱探測器和光子探測器，熱探測器是利用紅外線的熱效應(yīng)而工作的。第二十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

1、熱探測器

當(dāng)紅外線輻射到熱探測器上后，探測器材料的溫度會上升，溫度的變化會引起某些物理特性相應(yīng)發(fā)生改變，利用測量這些物理特性的改變程度來確定紅外輻射的強弱，這樣的探測器稱為熱探測器。第二十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日（1）熱探測器的特點

熱探測器要利用材料受到熱輻射后溫度的上升來測量的，因而反應(yīng)時間較長，時間常數(shù)一般在毫秒級以上，這類探測器的另一個特點是對全部波長的熱輻射基本上都有相同的響應(yīng)。右為電阻式熱探測器

第二十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日(2)熱探測器工作原理

熱探測器是利用入射紅外輻射引起敏感元件的溫度變化，進而使其有關(guān)的物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過測量有關(guān)物理參數(shù)的變化可確定探測器所吸收的紅外輻射。一熱釋電型熱探測器工作原理圖第二十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2、光子探測器

光子探測器是利用紅外線中的光子流射到探測器上后，和探測器材料中的束縛態(tài)電子作用后，引起電子狀態(tài)的變化，從而產(chǎn)生能逸出表面的自由電子，以此來探測紅外線。四象限光電探測器

第三十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日（1）光子探測器的特點

光子探測器的反應(yīng)時間短，但要使物體內(nèi)部的電子改變運動動態(tài)，入射的光子能量必須足夠大。當(dāng)光子能量小于某一值時，就不能使束縛狀態(tài)電子變成載流子或能逸出材料表面的自由電子。日本濱松光子--光電管探測器

第三十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日熱探測器和光子探測器優(yōu)缺點的比較名稱優(yōu)點

缺點熱探測器不需冷卻，全波段有平坦響應(yīng)靈敏度較低，反應(yīng)較慢光子探測器靈敏度高，反應(yīng)時間短只適用于一定的波長范圍，需冷卻第三十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

在導(dǎo)彈的紅外制導(dǎo)系統(tǒng)中，由于要求靈敏，反應(yīng)快。一般采用光子探測器。PL-9C紅外空空導(dǎo)彈掛裝在武裝直升機上的TY90導(dǎo)彈第三十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日二、光子探測器分類及工作原理

光子探測器是基于入射光子對探測器材料內(nèi)的電子作用而產(chǎn)生的光電子效應(yīng)而工作的。光電子效應(yīng)有外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩種。光電探測器光電導(dǎo)探測器光生伏特探測器光磁電探測器光子探測器外光電內(nèi)光電第三十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

1．光電探測器

當(dāng)光照射到某些材料的表面上時，如果入射光子的能量足夠大，就能夠使電子逸出材料的表面，這種現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。利用這種效應(yīng)制成的探測器，稱之為光電探測器。光電效應(yīng)原理圖第三十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

常用的光電探測器有光電二極管和光電倍增管。光電倍增管常用于激光制導(dǎo)系統(tǒng)中作為紅外激光探測器。光電二極管光電倍增管第三十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

光電探測器，存在一個長波限。長波限的存在可以從光量子理論得到解釋。根據(jù)光量子理論，認(rèn)為輻射能量是以粒子形式存在的，這種粒子稱為光子。其公式為：光電探測器的工作原理第三十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

當(dāng)入射光子與材料中的電子相遇碰撞時，光子就消失而將其全部能量轉(zhuǎn)給了電子。若光子的能量大于探測器材料的電子逸功率，電子就可逸出材料的表面。根據(jù)此原理愛因斯坦提出了光電發(fā)射公式：第三十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

當(dāng)光照射到某些半導(dǎo)體材料上后，光子與半導(dǎo)體內(nèi)的電子作用后，會形成載流子，載流子會使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)現(xiàn)象。2、光電導(dǎo)探測器半導(dǎo)體材料第三十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

利用光電導(dǎo)現(xiàn)象制成的探測器叫光電導(dǎo)探測器。常見的光電導(dǎo)器件由硫化鉛、硒化鉛、銻化銦等材料制成。這是紅外技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一類探測器。第四十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

在純凈半導(dǎo)體中，當(dāng)價電子受到熱或光子的激發(fā)而跳到導(dǎo)帶后，在價帶中就留下了一個空穴，電子和空穴對材料導(dǎo)電率都有提高作用。這種在純凈半導(dǎo)體中一個電子被激發(fā)而在導(dǎo)帶和價帶分別發(fā)生電子的過程叫本征激發(fā)。第四十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日本征激發(fā)第四十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

為了使探測器能在較長的波段工作，需要增大探測器的截止波長。一般在純凈半導(dǎo)體中摻入少量其他雜質(zhì)，根據(jù)摻入的雜質(zhì)不同，可以做成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體.第四十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日3．光生伏特探測器

在P型，N型半導(dǎo)體接觸面處會形成一個阻擋層。在阻擋層內(nèi)存在內(nèi)電場E，如果光照射在結(jié)附近，由光子激發(fā)而形成光生載流子，由于內(nèi)電場的作用，光生載流子的電子就會跑到N區(qū)，而空穴就跑到P區(qū)，這時在P-N結(jié)兩側(cè)就會出現(xiàn)附加電位差，這一現(xiàn)象稱為“光生伏特”效應(yīng)。第四十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日++++++++++PNEU阻擋層內(nèi)存在內(nèi)電場E如圖下所示

第四十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

4．光磁電探測器

光磁電探測器由一薄片本征導(dǎo)體材料和一塊磁鐵組成。當(dāng)入射光子產(chǎn)生電子空穴對時，它們被外加磁場分開形成電動勢。這類探測器不需要致冷，可響應(yīng)到7微米，時間常數(shù)也小。但由于其靈敏度較前兩種低，故目前應(yīng)用較少。

第四十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日二、探測器的主要特性參數(shù)

導(dǎo)引頭所用的探測器大部分都是光電導(dǎo)探測器和光生伏特探測器，由于它們都是光子探測器，所以又都稱為光敏元件。光敏元件有一系列根據(jù)實際應(yīng)用需要而制定的特性參數(shù)。用這些參數(shù)可以區(qū)別一個光敏元件在應(yīng)用中的優(yōu)劣。第四十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日1．電壓靈敏度

電壓靈敏度反映了光敏元件對入射輻射能的轉(zhuǎn)換能力。2．馳豫時間

馳豫時間是表征光敏元件對光照反映快慢的物理量，是進行系統(tǒng)設(shè)計選用元件時必須考慮的重要參數(shù)。第四十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日矩形脈沖光照弛豫過程圖正弦光照弛豫過程圖第四十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日4．噪聲：

由以上的討論，我們知道，光照射到光敏元件上后，就會有一個有用的信號產(chǎn)生，但光敏元件工作時除了有用信號之外，還有噪聲存在。

5．噪聲等效功率于探測度：

光敏元件存在著噪聲，噪聲限制了光敏元件對微弱信號的探測能力。第五十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日三、紅外探測器的致冷1．致冷的必要性

目前性能較好的探測器均需要冷卻，致冷可以降低熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子，從而降低探測器的噪聲；致冷在一定程度上也可減少禁帶寬度，從而加大載止波長。第五十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2．致冷的方法

目前對紅外探測器的致冷有多種方法，按照換熱方式，可大體分為:(1)利用低溫液體或氣體進行對流換熱而致冷探測器。(2)利用固體傳導(dǎo)換熱而致冷探測器的固體致冷器。(3)利用輻射散熱而致冷的輻射致冷器。(4)利用珀爾貼效應(yīng)而致冷的半導(dǎo)體致冷器。(5)其他。第五十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

§2.4光學(xué)調(diào)制與調(diào)制盤

一、對輻射能進行調(diào)制的意義

來自目標(biāo)的紅外輻射能，一般是不能直接利用的因此就需要對光能進行某種形式的調(diào)制，這種調(diào)制的類型要適合信號處理的有利型式。第五十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

連續(xù)激光束需要斬光才能變成脈沖激光束，高溫物體的紅外輻射也需要調(diào)制成脈沖光才便于測量。為此，設(shè)計出了如圖3所示的調(diào)制盤，該調(diào)制盤的旋轉(zhuǎn)速度為2400轉(zhuǎn)/分，同時具有激光束斬光、紅外輻射調(diào)制這兩種功能。調(diào)制盤結(jié)簡圖構(gòu)

第五十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日二、調(diào)制盤基本功用1．使恒穩(wěn)的光能轉(zhuǎn)變成交變的光能2．產(chǎn)生目標(biāo)所在空間位置的信號編碼

3．空間濾波——抑制背景的干擾

光的調(diào)制第五十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

調(diào)制盤按調(diào)制方式來分類，可以分為調(diào)幅、調(diào)頻和脈沖編碼式調(diào)制盤。前兩種與電學(xué)上的調(diào)幅和調(diào)頻是一致的，即它們分別用調(diào)制信號幅度、頻率的變化來反映目標(biāo)的位置。脈沖編碼式調(diào)制盤是用一組組脈沖的頻率和相位來反映目標(biāo)的方位。三、調(diào)幅調(diào)制盤的工作原理及特性分析第五十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

由于調(diào)幅式調(diào)制盤的信號處理系統(tǒng)較簡單、可靠，其性能可以滿足導(dǎo)引系統(tǒng)的要求，因此在一些小型空空彈和地空彈上都采用了調(diào)幅式調(diào)制盤。第五十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

§2.5誤差信號處理電路框圖

紅外探測器輸出的電信號包含了目標(biāo)的位置信息，通常稱之為誤差信號。此誤差信號極其微弱，且為調(diào)制信號，因此必須經(jīng)過誤差信號處理電路進行放大、解調(diào)等處理以后，方可形成控制陀螺跟蹤目標(biāo)的進動電流及輸給自動駕駛儀的控制信號以操縱導(dǎo)彈飛行。第五十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日紅外傳感器工作原理紅外線光電傳感器第五十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

1．對目標(biāo)誤差信號進行電壓放大和電流放大；2．對誤差信號作解調(diào)變換；3．使導(dǎo)引頭跟蹤系統(tǒng)的工作不受導(dǎo)彈與目標(biāo)間距離變化的影響；4.導(dǎo)引頭捕獲目標(biāo)時，給射手或載機飛行員提供音響信號；5.使導(dǎo)彈在未發(fā)射前陀螺轉(zhuǎn)子軸與彈軸相重合。一、誤差值號處理電路的功用

第六十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

某型地——空導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭，調(diào)制盤為調(diào)幅式調(diào)制盤，其圖案如圖2—31所示，調(diào)制盤隨陀螺轉(zhuǎn)子以100轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，因此調(diào)幅信號載波頻率為：f=12fT=1200Hz式中為調(diào)制盤轉(zhuǎn)動頻率fT，即為調(diào)制信號包絡(luò)頻率。二、誤差信號處理電路工作原理第六十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日§2.6紅外目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)一、跟蹤系統(tǒng)的功用

跟蹤系統(tǒng)用來對運動目標(biāo)進行跟蹤。當(dāng)目標(biāo)運動時，便出現(xiàn)了目標(biāo)相對于系統(tǒng)測量基準(zhǔn)的偏離量，系統(tǒng)測量元件測量出目標(biāo)的相對偏離量，并輸出相應(yīng)的誤差信號送入跟蹤機構(gòu)，跟蹤機構(gòu)便驅(qū)動系統(tǒng)的測量元件向目標(biāo)方向運動，消除其相對偏離量，使測量基準(zhǔn)對準(zhǔn)目標(biāo)，從而實現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤。第六十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

紅外跟蹤系統(tǒng)可以對點源目標(biāo)和擴展源目標(biāo)進行跟蹤。紅外跟蹤系統(tǒng)與測角機構(gòu)組合在一起，便組成紅外方位儀。紅外跟蹤系統(tǒng)在導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。紅外跟蹤系統(tǒng)在導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。紅外制導(dǎo)最早應(yīng)用于空空導(dǎo)彈，近三十年來在技術(shù)上不斷改進.第六十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日美國的AIM-9薩姆-7

目前已出現(xiàn)了以美國的AIM－９L,法國的R550等為代表的典型格斗導(dǎo)彈,紅外地空導(dǎo)彈，如蘇聯(lián)的薩姆-7、美國的針刺型.第六十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日美國導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星

紅外跟蹤還可用于預(yù)警探測裝置中，如七十年代后開始出現(xiàn)的預(yù)警衛(wèi)星。預(yù)警裝置中的紅外跟蹤系統(tǒng)，可對入侵的飛機和彈道導(dǎo)彈進行捕獲和跟蹤，對其他測量系統(tǒng)和測距系統(tǒng)實施引導(dǎo)，從而測量飛行目標(biāo)的相對位置和飛行軌跡。第六十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日“幼畜”(Maverick)AGM-65空地導(dǎo)彈

以美國幼畜型為代表的空地導(dǎo)彈采用了紅外成象制導(dǎo)，它可在一定惡劣氣候下晝夜使用。第六十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日二、跟蹤系統(tǒng)的組成及工作原理1．跟蹤系統(tǒng)的組成

紅外跟蹤系統(tǒng)包括方位探測系統(tǒng)和跟蹤機構(gòu)兩大部分。方位探測系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制盤、探測器和信號處理電路四部分組成.

方位探測系統(tǒng)跟蹤機構(gòu)第六十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2、跟蹤系統(tǒng)工作原理

當(dāng)目標(biāo)位于光軸上時，方位探測系統(tǒng)無誤差信號輸出。由于目標(biāo)的運動，使目標(biāo)偏離光軸，系統(tǒng)便輸出與失調(diào)角相對應(yīng)的方位誤差信號。該誤差信號送入跟蹤機構(gòu)，跟蹤機構(gòu)便驅(qū)動位標(biāo)器向著減小失調(diào)角的方向運動.qmqtq位標(biāo)器基準(zhǔn)線第六十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日三、對跟蹤系統(tǒng)的基本要求對跟蹤系統(tǒng)的主要要求有以下四點：

1．跟蹤角速度及角加速度

跟蹤角速度及角加速度是指跟蹤機構(gòu)能夠輸出的最大角速度及角加速度。它表明了系統(tǒng)的跟蹤能力。第六十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2．跟蹤范圍

3．跟蹤精度

跟蹤范圍是指在跟蹤過程中，位標(biāo)器光軸相對跟蹤系統(tǒng)縱軸的最大可能偏轉(zhuǎn)范圍。它由系統(tǒng)使用要求提出，由系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)進行限制。一般可達+30°，有些竟達+65°左右。

系統(tǒng)的跟蹤精度即指系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)時，系統(tǒng)光軸與目標(biāo)視線之間的角度誤差。第七十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

紅外自動跟蹤系統(tǒng)同其他自動跟蹤系統(tǒng)一樣，是一個閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。為使整個系統(tǒng)穩(wěn)定，動態(tài)性能好及穩(wěn)態(tài)誤差小，同時為了滿足前述跟蹤角速度及精度要求，則對方位探測系統(tǒng)的輸出誤差特性曲線應(yīng)有一定要求。這些要求是對盲區(qū)、線性區(qū)、捕獲區(qū)的要求．

4．對系統(tǒng)誤差特性的要求調(diào)制盤特性曲線第七十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日四、調(diào)制盤跟蹤裝置結(jié)構(gòu)

調(diào)制盤跟蹤裝置的測量元件為采用調(diào)制盤的方位探測系統(tǒng)。由跟蹤機構(gòu)驅(qū)動位標(biāo)器跟蹤目標(biāo)。下面介紹幾種結(jié)構(gòu)型式。1．電機跟蹤

這種型式的跟蹤裝置用電動機或力矩電機作跟蹤機構(gòu)。光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制盤、探測器、次鏡旋軌電機一起組成鏡筒組合件。第七十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2．陀螺跟蹤

采用三自由度陀螺作為跟蹤機構(gòu)，光學(xué)系統(tǒng)裝于陀螺轉(zhuǎn)子上，光軸與轉(zhuǎn)子軸重合。轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)子的進動運動跟蹤目標(biāo)。陀螺第七十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

轉(zhuǎn)子可繞自身軸轉(zhuǎn)動，又可與內(nèi)框架一起繞水平軸轉(zhuǎn)過一個角度，也可以與外框架一起繞垂直軸轉(zhuǎn)過一個角度，這樣轉(zhuǎn)子就有三個自由度，可向空間任意方向運動。第七十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日二、陀螺跟蹤系統(tǒng)工作原理

陀螺跟蹤原理即為它的進動原理，關(guān)鍵是進動力矩是如何產(chǎn)生的，以及進動力矩的大小和方向是怎樣確定的。根據(jù)陀螺儀的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)就下面幾個問題討論其工作原理。陀螺儀結(jié)構(gòu)第七十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日1．進動電流的形式2．在進行電流作用下，陀螺轉(zhuǎn)子的受力分析

反饋式速率陀螺儀工作原理示意圖第七十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日5．陀螺轉(zhuǎn)子在電磁力矩作用下的運動分析陀螺儀原理圖第七十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日3．求轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個周期內(nèi)轉(zhuǎn)子受到的平均電磁力矩4．在平均力矩作用下轉(zhuǎn)子的運動

陀螺的進動第七十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日§２.7十字叉及L型系統(tǒng)

十字叉及L型系統(tǒng)，是指探測器排列成十字叉型或L型的方位探測系統(tǒng)。而十字叉系統(tǒng)與L型系統(tǒng)工作原理基本相同。因此以下著重敘述十字叉系統(tǒng)的基本工作原理，對L型系統(tǒng)只指出其與十字叉系統(tǒng)的不同特點。十字叉跟蹤目標(biāo)圖第七十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日一、結(jié)構(gòu)組成情況

十字叉系統(tǒng)由光學(xué)系統(tǒng)，探測器及信號處理電路三大部分組成。光學(xué)系統(tǒng)可為反射式、折射式或折反式，其工作方式為圓錐掃描式，在象平面上產(chǎn)生象點掃描圓。象平面上放置十字型探測器陣列，目標(biāo)象點以圓的軌跡掃過十字形探測器列陣。第八十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日二、目標(biāo)位置信號的形式

當(dāng)目標(biāo)位于光軸上時，掃描圓中心與十字叉探測器陣列中心重合，各通道信號脈沖等間隔。當(dāng)目標(biāo)不在光軸上，產(chǎn)生的信號脈沖不等間隔出現(xiàn)。隨著目標(biāo)偏離光軸的大小和方向不同，信號脈沖出現(xiàn)的時間先后及脈沖間隔都不相同。顯然十字叉探測系統(tǒng)的位置信號為脈沖位置調(diào)制信號，簡稱脈位調(diào)制信號。第八十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日三、基準(zhǔn)信號形式

次反射鏡轉(zhuǎn)動電機驅(qū)動次鏡旋轉(zhuǎn)的同時，帶動基準(zhǔn)信號發(fā)生器轉(zhuǎn)動，基準(zhǔn)信號發(fā)生器為兩個旋轉(zhuǎn)變壓器，分別產(chǎn)生相位相差的兩個基準(zhǔn)電壓。主鏡基準(zhǔn)信號產(chǎn)生器探測器驅(qū)動電機次鏡第八十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日四、影響測角精度的因素1．光學(xué)系統(tǒng)的影響

光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，即彌散圓的大小，直接影響信號脈沖的寬度和形狀，它將直接影響采樣輸出波形相對于基準(zhǔn)信號的位置，因而也就影響最后輸出的直流誤差電壓的大小。為保證一定的測角精度，通常取元件的寬度為光學(xué)系統(tǒng)彌散圓直徑的1～3倍。彌散圓第八十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2．掃描電機穩(wěn)定性的影響

次鏡旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性以及它本身的晃動，都影響測角誤差。因此對電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性有一定要求，對軸向串動、徑向跳動誤差都有一定的限制。軸承對稱安裝行掃描電機示意圖多面體棱；定子；軸；4.軸承。第八十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日3．紅外探測器制做誤差的影響

紅外探測器陣列每一臂窄邊(即長邊)互相不平行或每一窄邊呈鋸齒狀，以及同一通道兩探測器不在一條直線上或兩通道探測器互相不垂直等，也都直接影響測量精度。4．基準(zhǔn)信號的影響

基準(zhǔn)信號本身波形失真，兩通道基準(zhǔn)信號相位差偏離的誤差也影響測角精度。第八十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日五、L型系統(tǒng)的特點

L型方位探測系統(tǒng)，是指探測器陣列排列成L型，L型系統(tǒng)的目標(biāo)信號形式、基準(zhǔn)信號形式以及方位誤差信號提取的原理都與十字叉系統(tǒng)相同，區(qū)別僅在于，光點轉(zhuǎn)動一周一個通道內(nèi)只產(chǎn)生一個脈位調(diào)制脈沖，因此對基準(zhǔn)信號一個周期內(nèi)只采樣一次。第八十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日哈特曼（Hartman）光欄

哈特曼（Hartmann,JohannesFranz）德國天文學(xué)家。1904年，他研究了獵戶座δ星的光譜，哈特曼得出了這樣的結(jié)論：存在著以塵?；驓怏w形式出現(xiàn)的星際物質(zhì)，其中包含著鈣；在恒星與地球之間的遙遠(yuǎn)距離上，這種氣體和塵埃吸收的光多得足以產(chǎn)生可探測的暗光譜線。這是存在著星際物質(zhì)的第一個征兆。返回第八十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日紅外光學(xué)系統(tǒng)1.26米紅外望遠(yuǎn)鏡。

R-C光學(xué)系統(tǒng)，口徑為1.26米，焦比f/30。利用副鏡擺動技術(shù)可以從很強的天空背景光中探測出微弱的紅外天體輻射，于1986年在北京天文臺投入觀測。

1989年獲中科院科技進步一等獎,1991年獲國家科技進步二等獎。返回第八十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

棱鏡

棱鏡是透明材料（如玻璃、水晶等）做成的多面體。在光學(xué)儀器中應(yīng)用很廣。棱鏡按其性質(zhì)和用途可分為若干種。例如，在光譜儀器中把復(fù)合光分解為光譜的“色散棱鏡”，較常用的是等邊三棱鏡；在潛望鏡、雙目望遠(yuǎn)鏡等儀器中改變光的進行方向，從而調(diào)整其成像位置的稱“全反射棱鏡”，一般都采用直角棱鏡。返回第八十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日象差（aberration）

象差指透鏡或反射鏡所呈的像與原物面貌并非完全相同的現(xiàn)象。造成球面象差的原因是由于一點光源發(fā)散的光線被分聚在不同的點上的緣故。色彩象差的原因是透鏡的折光指數(shù)隨光波的長短而變化，從而引起象的邊緣呈現(xiàn)色彩。返回第九十頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日彌散圓CircleofConfusion

CircleofConfusion

又譯為彌散圈、彌散環(huán)、散光圈,模糊圈;散射圓盤

物點成像時，由于像差，其成像光束不能會聚于一點，在像平面上形成一個擴散的圓形投影，成為彌散圓。

如果此圓形足夠小，肉眼依然可被視為點的合焦成像。這個可以被接受的最大直徑被稱為容許彌散圓直徑。返回第九十一頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日Airy

(1801-1892)BACK第九十二頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日外光電效應(yīng)效應(yīng)

金屬或半導(dǎo)體受光照時，如果入射的光子能量hν足夠大，它和物質(zhì)中的電子相互作用，使電子從材料表面逸出的現(xiàn)象。它是真空光電器件光電陰極的物理基礎(chǔ)。第九十三頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日光電效應(yīng)在光的照射下，使物體中的電子脫出的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)(Photoelectriceffect)。下頁外光電效應(yīng)的兩個定律第九十四頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日外光電效應(yīng)的兩個基本定律1．光電發(fā)射第一定律——斯托列托夫定律：

當(dāng)照射到光陰極上的入射光頻率或頻譜成分不變時，飽和光電流（即單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目）與入射光強度成正比：

Ik=SkF0Ik：光電流Sk：光強F0：該陰極對入射光線的靈敏度返回下一頁第九十五頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日2．光電發(fā)射第二定律——愛因斯坦定律

光電子的最大動能與入射光的頻率成正比，而與入射光強度無關(guān)：Emax=(1/2)mυ2max=hν-hν0=hν-AEmax：光電子的最大初動能。h：普朗克常數(shù)。ν0：產(chǎn)生光電發(fā)射的極限頻率，頻率閾值。A：金屬電子的逸出功

入射光子的能量至少要等于逸出功時，才能發(fā)生光電發(fā)射。返回第九十六頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日阿爾伯特·愛因斯坦

AlbertEinstein

1879年3月14日出生于德國烏爾姆－1955年4月18日逝世于美國普林斯頓，著名理論物理學(xué)家，相對論的創(chuàng)立者，1921年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者。

1905年，愛因斯坦在科學(xué)史上創(chuàng)造了一個史無前例奇跡。這一年他寫了六篇論文，在三個領(lǐng)域做出了四個有劃時代意義的貢獻，他發(fā)表了關(guān)于光量子說、分子大小測定法、布朗運動理論和狹義相對論這四篇重要論文。愛因斯坦返回第九十七頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日光生伏特效應(yīng)

當(dāng)用適當(dāng)波長的光照射光電半導(dǎo)體薄片上時，由于內(nèi)建電場的作用（不外加電場），半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動勢（光生電壓）；如將p-n結(jié)短路，則會出現(xiàn)電流（光生電流）。這種內(nèi)建電場引起的光電效應(yīng)，稱為光生伏特效應(yīng)。第九十八頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日PN結(jié)光生伏特效應(yīng)原理圖返回第九十九頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日

光電倍增管

photomultiplier

基于外光電效應(yīng)和二次電子發(fā)射效應(yīng)的電子真空器件。它利用二次電子發(fā)射使逸出的光電子倍增，獲得遠(yuǎn)高于光電管的靈敏度，能測量微弱的光信號。光電倍增管包括陰極室和由若干打拿極組成的二次發(fā)射倍增系統(tǒng)兩部分（見圖）。返回第一百頁，共一百零九頁，編輯于2023年，星期日紅外探測器方向性幕簾紅外探頭返回

當(dāng)紅外線輻射到熱探測器上后，探測器材料的溫度會上升，溫度的變化會引起某些物理特性相應(yīng)發(fā)生改變，利用測量這些物理特性的改變程度來確定紅外輻射的強弱，這樣的探測器稱為熱探測器。