红外成像导引头的结构设计

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红外成像导引头闭环注入式仿真试验可行性分析

ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｃｌｏｓｅｄ — ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｉｏｔｎｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｏｆＩＲｓｅｅｋｅｒｗａｓｒｅｐｌａｃｅｄｂｙ
王敏１，２，邹前进１，２，王彦斌１，２，黄成功１，２，李慧１，２
（中国洛阳电子装备试验中心，河南洛阳４７１００３）摘要：针对红外成像导引头复杂战场环境适应性测试，提出了一种采用数字图像注入式的闭环半实物仿真试验方法，并分析了闭环注入式仿真试验系统的组成及工作原理。由于仿真测试时红外成
像导引头的传感器被图像仿真计算机和图像注入接口设备取代，导致数字图像生成及脱靶量计算环节存在延迟和误差，使伺服控制系统的性能与实际工作情况可能不一致，从而影响仿真试验结果精度
和置信度，因此，在建立导引头伺服控制系统模型的基础上，研究了仿真时间延迟ｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆＩＲｓｅｅｋｅｒｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄ
ｏｎｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
ＷａｎｇＭｉｎ，ＺｏｕＱｉｎｊａｉｎ，ＷａｎｇＹａｎｂｉｎ，ＨｕａｎｇＣｈｅｎｇｇｏｎｇ ’ 。，ＬｉＨｕｉ・。

太赫兹导引头

太赫兹导引头以太赫兹导引头（Terahertz waveguide header）是一种用于引导以太赫兹波的装置，它具有很高的波导传输效率和较低的传输损耗。

以太赫兹波（Terahertz wave）是介于红外与微波之间的电磁波，具有非常重要的潜在应用价值。

以太赫兹波的频率范围从100 GHz 到10 THz，波长范围从3000微米到30微米。

以太赫兹波在无线通信、生物医学成像、安全检测等领域都具有广阔的应用前景。

以太赫兹波的引导与传输一直是个难题，由于其波长较短，穿透深度有限，容易受到空气中吸收、散射和反射等因素的影响。

因此，设计高效的以太赫兹导引头对于以太赫兹波的应用具有重要意义。

以太赫兹导引头的设计需要考虑以下几个方面：波导材料的选择、波导结构的设计和优化、波导之间的连接等。

波导材料的选择是基础，常见的材料有金属、介质和半导体。

金属具有良好的导电性能，但会引起较大的损耗；介质材料通常具有较低的损耗，但需要满足一定的折射率和介电常数要求；半导体材料由于其特殊的电学性质，在以太赫兹波导中也有广泛应用。

波导结构的设计和优化是提高以太赫兹导引头性能的关键。

常见的波导结构有矩形波导、金属隧道波导和光子晶体波导等。

矩形波导是一种简单的结构，具有较高的传输效率和较低的传输损耗，但在实际应用中需要注意尺寸和制备工艺的限制；金属隧道波导通过金属纳米结构形成的隧道来引导波导，具有较大的传输带宽和较低的传输损耗；光子晶体波导则是利用周期性结构的光子晶体来引导波导，具有较高的传输效率和较低的传输损耗。

波导之间的连接也是以太赫兹导引头设计的重要考虑因素。

常见的连接方式有直接焊接、光纤连接和微带线连接等。

直接焊接是一种常用的连接方式，可以实现较低的传输损耗和较高的耦合效率；光纤连接可以实现远距离传输和较大的传输带宽，但需要注意光纤与波导之间的匹配问题；微带线连接是一种简单、灵活的连接方式，适用于小尺寸和集成化的应用。

除了以上几个方面，以太赫兹导引头设计还需要考虑波导的模式耦合和优化、波导的阻抗匹配、传输损耗的补偿等问题。

红外成像／毫米波雷达复合导引头信息融合研究

中图分类号：Ｊ６．３Ｔ７５３文献标识码：Ａ
Ｓｕｄｎｄｔｕｉｎｏｎｒｒｄｉａｉｇｔｙｏａａｆｓｏｆｉｆａｅｍｇｎ／ｍｉｉｅｅｖｌｍｔｒｗａｅｌ
ｒｄｒｃｍｂｎｄｓｅｅａａｏｉｅｅｋｒ
红外成像／米波雷达复合导引头信息融合研究毫
章蕾，高志峰，李黎明，耿满足
（西南技术物理研究所，四川成都６０４）１０１
摘
要：析了红外成像／分毫米波复合导引头的技术特点和工作状态，绍一种红外成像传感介
第４０卷第２期
２１００年２月
激光与红外 ‘
ＬＥＲ＆ＩＦＡＳＮＲＡＲＥＤ
Ｖｏ．１４０，．Ｎｏ２
Ｆｂｕｒ，００ｅｒａｙ２１
文章编号：０－７（０００－５－１１０８２１）２１８４０５００
・外技术・红
ｄｅｓｔｅｍｅｈｄｏａｃｌｔｇｔｅａｇｅｂｔｅｎｔｒｅｎＲｉｇｎｅｓｒＳｎｅｔｅｐａｅＭＭＷｄａｎｔｕｅｔｏｆｌｕａｉｈｎｌｅｗｅａｇｔｄＩｍａｉｇｓｎｏ．ｉｃｌｎｈｃｎａｈＲａａｃｎｏｒｓｐｌｅｐｔｈａｇｅｏａｇｔｉｈｓｐｐｒｕｉｇｔｅａｔｕｅｓｐｌｙａｔｕｅｉｄｃｔｒｉｅｍｉｉ，ｅｕｐｙｔｉｎｌｆｔｒｅ，ｎｔｉａｅ，ｓｎｈｉｄｕｐｙｂｉｄｎｉａｏｎｔｓｌａｎｗｈｃｌｔｌｔｈｓｅｍｅｏｓｐｅｅｔｄｔａｃｌｔｈｉｈａｇｅａｄｆｓｈｎｏｍａｉｎｇｔｆｍＲａｄＭＭＷｙｔｍｈｏｇｈｈｔｄｉｒｓｎｅｏｃｕａｅｔｅｐｔｎｌ，ｎｕｅｔｅｉｆｒｔｏｒｌｃｏｏＩｎｓｓｅｔｒｕｈｔｅｌｏｉｍｆｏｔａｇｒｈｏｐｉｌｅｇｔｄｍｅｎｓｕｙｓｏｈｔｅｔｒｒｓｌｃｎｂｅｈｏｇｈｓｗｙｔｍａｗｉｈｅａ，ｔｄｈｗｓｔａｂｔｅｕｔａｅｇｔｔｒｕｈｔｉａ．ａｅＫｅｒｓｄｔｕｉｎ；Ｒｉｇｎ／ｙｗｏｄ：ａａｆｓｏＩｍａｉｇＭＭＷａａｏｉｅｕｄｎｅ；ｐｉｌｓｉｔｎｒｄｒｃｍｂｎｄｇｉａｃｏｔｍａｔｅｍａｉｏ

红外跟踪系统

第五章红外跟踪系统1．红外跟踪系统的基本原理：如图5-1所示，由无穷远目标辐射来的红外辐射能量透过整流罩照射到主反射镜上，经聚焦并反射到次反射镜子上，由次反射镜反射后，再经校正透镜进一步聚焦，最后成像于调制盘上，红外福射经调制盘调制后成为调制信号，目标像点在调制盘上所处的位置与目标在空间相对光轴的位置是一一对应的，因此，通过光学系统聚焦以及调制盘制后的信号，可以确定目标偏离光轴的大小和方位。

非制冷红外焦平面VO X（如VO2等）图5-1 光学系统结构示意图2．红外跟踪系统的组成如图5-1所示，红外跟踪系统由整流罩，主反射镜，次反射镜，校正透镜，调制盘，浸没透镜，光敏电阻和伞型光栏等元件组成，其各元件的主要功能如下：1）、整流罩：是一个半球形同心透镜，作为导弹头部的外壳。

它是一块负透镜，其作用为校正主反射镜的球差及作导引头的密封。

整流罩在导引头工件波段内有高的透过性能，亦即吸收、反射作用很小。

这种导弹的整流罩采用氟化镁多晶制成。

耐高温、机械强度高。

2）、主反射镜：起聚焦作用，它给整个光学系统带来正球差。

焦距f＇=41.18mm，直径47.2mm，材料为K8玻璃，凹面上真空镀铝以减少入射辐射能损失。

3）次反射镜：用来折叠光路，同样为K8玻璃，表面镀铝。

4）校正透镜：用来把伞形光阑、平面反射镜等零件与镜筒连接在一起，起支撑作用。

另一方面因消除像差的需要而在次镜之后加入这样一个凸透镜，可以进一步消除剩余像差。

支撑透镜材料为氟化镁多晶。

5）伞形光阑：限制目标以外的杂散光线直射入系统光敏元件上的辅助光阑。

为了更有效地消除杂散光，伞形光阑上设有消光槽，各元件不通光部分都进行黑化处理。

6）场镜：可把通过调制盘的辐射能会聚到探测器光敏层上；另一方面，加入场镜后原来经物镜聚焦的照度不均匀的目标像斑，经焦面后发散的光线折向光轴，使光能均匀地分布在探测器的光敏层上。

场镜采用平凸透镜。

场镜材料为氟化镁单晶，在工作波段内有良好的透过率（一般紧贴调制盘后面）。

激光干扰红外成像型导引头的效能研究

７
创新与实践
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴＶｏｌ．３１，Ｎｏ．４，２０２４
图３激光定向对抗系统对红外导引头的干扰效果图（部分图像饱和和完全饱和）
激光定向对抗系统的具体优点如下。
量和发散角。为增加进入导引头的有效干扰激光能
１）激光干扰源为相干光源，光束发散角很小（毫量，激光定向对抗系统中的激光通常会尽量减小激光
创新与实践
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴＶｏｌ．３１，Ｎｏ．４，２０２４
激光干扰红外成像型导引头的效能研究
李林林
中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南洛阳４７１００９
摘要基于激光干扰的激光定向红外对抗系统是目前对抗第１代、第２代点源制导红外导引头最有效的手段。然而，随着红外制导技术的持续发展，最新一代红外成像导引头用目标更加稳定、更丰富多维的图像信息取代了简单的调制信号来进行抗干扰设计，大幅提升了其对抗激光干扰的能力，这就使对激光干扰红外成像导引头的效能研究变得十分必要。通过分析激光成功干扰红外成像导引头的条件和能量要求，指导激光定向对抗系统进行干扰性能提升，最终达到对抗红外成像制导导弹的目的。首先阐述了红外成像型导引头和激光干扰的工作原理；然后分析得到了激光成功干扰红外成像型导引头的条件，并通过试验，完成对激光干扰成像型导引头的效能分析，得到激光成功干扰成像型导引头的能量等要求；最后对未来的技术发展方向进行了阐述。关键词红外成像型导引头；激光干扰；效能分析
６
技术比较成熟，且调制干扰参数在实验室即可获得，条件②中的干扰与信号能量比在目前技术条件下也易于达到。因此，激光定向对抗系统能够成功干扰第１、第２代红外点源制导导引头，实现对该类红外制导导弹的有效对抗。然而，最新一代的红外成像型导引头不再通过点源调制的方式获取目标位置信息，而是先通过对目标成像，然后利用多帧图像处理的方式检测目标在图像中的像素位置得到目标角位置信息，实现精确跟踪［６７］，其跟踪和抗干扰措施均依靠内置的图像处理软件算法实现，对干扰信号本身调制与否并不敏感，这就导致针对点源制导导引头设计的激光干扰方法对红外成像型导引头的干扰效能大幅下降。

弹载红外图像实时编码器的设计

Ｄｅｉｎｏｉｓｌ－ｒｅＲｅｌｔｅＩｆａｅｍａｅＥｎｏｅｓｇｆＭｓｉｂｏｎａ－ｉｎｒｒｄＩｇｃｄｒｅｍ
ＧＮｈ—ｏｇＣＥＧＺ－ｎＯＧＺｉｎ，ＨＮｉｉｇｈｊ
（．ｈｌａｙＲｐｅｅｔｏＬｉＦｒｅｉＨａＢｉｒａＢｉｎ００３１ＴｅＭｉｔｅｒｓｎｓｆＡＡｒｏｕｅＡｅ，ｅｉｇ１０１；ｉｒＰｃｎｊ
ａｔｒｗｉｏｈｒｗａｅｃｍｐｅｉｓｌｌｖｌｍｅｉｈｉｈｎｏｏｅｏｕｔｎＩｈｒｃｉａｐｌａｃｅｔａｄｌｗｐｗｒｃｍｓｍｐｉ．ｎｔｅｐａｔｌａｐｉ－ｈｙ，ｇｏｃｃ
２ＳｔｌｅＡｐｉａｏｙｔｍＤｐｒｅｔＣＳ，Ｂｉｎ０００，ｈｎ）．ａｌｔｐｌｔｎＳｓｅａｔｎ，ＡＴｅｉｇ１０８Ｃｉｅｉｃｉｅｍｊａ
ＡｂｔａｔＩｈｓｐｐｒａｒａ — ｍｅｉｆａｅｍａｅｅｃｄｒｗｉｈｉｔｅｋｙｐｒｆｓｍｅｍｉｓｅｂｒｅｄｇｔｍａｅｓｒｃ：ｎｔｉａｅ，ｅｌｔｎｒｒｄｉｇｎｏｅ，ｈｃｓｈｅａｔｏｓｉ－ｏｎｉｉｉｇｉｏｌｌａ
ｔｎ，ｈｔｂｌｙａｄｒｌｂｌｙｏｅｅｃｄｒａｅｖｒｉｈｉｓｔｅｓａｉｔｎｅｉｉｔｆｔｎｏｅｒｅｙｈｇ．ｏｉａｉｈＫｅｒｓｉｆｒｄｉｇ；ａａｃｍｐｅｓｎ；ｅ — ｍｅｐｏｅｓｎ；ｎｏｅｙｗｏｄ￣ｎｒｅｍａｅｄｔｏｒｓｉｒａｔｒｃｓｉｇｅｃｄｒａｏｌｉ

红外成像制导技术

总第１６期５２００６年第６期
舰船电了丁程
ＳｉｌｃｒｎｃＥｇｎｅｇｈｐＥｅｔｉｎｅｍ￣ｏ９
Ｖｏ．６Ｎｏ．１２６
２７
红外成像制导技术
王敏徐 ’ 锦郭利松李江涛徐世录 ’ ’ ’ ）
１引言［１］
第一代红外制导导弹（如美国的“ 响尾蛇” ＩＡＭ邸、国的“ 英天空闪光 ” 均采用非制冷的硫化等）铅探测器，工作波段在１３ ∞，用距离近，１．作在Ｏ
一
境下自主搜索、获、捕识别和跟踪目标的能力。红外成像探测实现了对飞机的全向攻击，因为这时机
维普资讯
２８
＝敏等：ｌ红外成像制导技术
总第１６期５
的温差图像，而实现对目标的识别、捉、定、从捕测
跟踪。
小、量轻。信号处理过程分为三个阶段：重预处理、视频信弓处理和目标位置数据处理。预处理就是
Hale Waihona Puke 身蒙皮的气动加热辐射将成为不可忽视的辐射源。机身蒙皮的气动加热辐射的特点是辐射面积大，与环境的辐射对比度较小，以点源热点制导为模式的第一、二代导弹对其几乎构不成任何威胁，目但标与背景问微小的温差或自辐射率引起的热辐射分布图像却很适合红外成像探测。本文就美国红外成像制导技术作进一步的探讨和研究。
ｖｌｐｎｅｄｍｙａａａｙｅｅｏｍｅｔｎｍ坪ｎｌｚｄ．ｔ

基于PXI体系结构的红外图像采集系统设计

１１系统设计思想．
导引头系统将图像数据按照一定的时序逻辑与产品的各种状态信号形成ＬＳ串行数据，ＶＤＶＤＬＳ
帧尾识别、时序转换及匹配、４２卡相机图像格式１２生成等功能；信号调理器为一单片机模块，主要实现
数据和状态数据编码到同一数据帧内，过设计专用图像数据转换板和相机文件，用ＩＡ通使ＭＱ
Ｐ一４２图像采集卡将数据采集到计算机内，ＸＩ１２实现对红外图像及导引头各状态变量并行的高速采集。通过在某型红外导引头实验平台上的测试，系统在极大缩减测试仪器规模的情况下，该能有效
导引头是导引控制系统中的关键设备，接影直响导弹控制信号的产生，产品的性能有重大的影对
模拟量信号放大及转换、字输入输出信号逻辑判数
断、压过流保护；端ＰＩ机箱为主要的采集单过前Ｘ
处理后再重新由电平信号转换为串行ＬＳ数据ＶＤ接入图像数据格式转换器，图像数据格式转换器利用串行信号的位时钟和象素时钟识别数据的帧头和
帧尾，并且对于转换后的并行数据进行实时判断，得到每一帧图像数据的开始和结束位置，后转换为最Ｐ一４２可识别的格式进入图像采集卡，ＸＩ１２同时导引

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第8章红外成像导引头的结构设计
8.1红外成像导引头对结构的要求及结构设计内容与原则
1.红外成像导引头对结构的要求
好的总体方案要靠好的结构设计来实现，特别是对于小体积红外成像导引头来说，结构设计至关重要，结构设计方面的一小步突破可能就会为优良的红外成像导引头总体方案提供技术基础。

红外成像导引头对结构有如下要求：
（1）严格限制体积和重量。

红外成像导引头一般装在导弹的前端，必须严格限制体积和质量。

为了增加有效载荷，一般都要求红外成像头质量轻，把有效的载荷让给战斗部，但在某些场合为了增加导弹的静稳定度反而希望红外成像导引头有比较大的质量，小质量固然不容易实现，在体积受限的条件下实现大质量也十分困难。

另外保证红外成像导引头的质心满足要求也是十分必要的。

结构设计时必须选择紧凑的组装方式，电子舱结构设计时尽可能提高装填密度，随动平台设计时尽量避免笨重的实体结构。

（2）环境适应能力强、可靠性高。

红外成像导引头要承受导弹飞行过程中的冲击、振动、过载等各种恶劣力学环境条件，特别是需要具备高加速能力的导弹，红外成像导引头要承受大过载。

同时，红外成像导引头的成像探测器抗冲击、抗振动能力极其有限，需要采取特殊措施，如减振设计等。

除了要承受飞行时的恶劣环境外，还需要承受运输过程中的振动和冲击、高低温工作环境、盐雾和霉菌等。

所有这些都要求红外成像导引头的结构必须具备很强的环境适应能力。

结构设计时要保证红外成像导引头在承受各种静、动、热载条件下有足够的强度、刚度和稳定性，并满足各项动力学性能要求。

（3）高精度。

成像系统安装在随动平台上，成像系统的安装精度直接影响红外成像导引头的测量精度；陀螺安装时要保证测量轴与导弹各轴保持平行；红外光学整流罩安装在红外成像导引头壳体上，光学系统是活动的，红外光学整流罩与光学系统必须紧密配合才能可靠成像，因而对红外光学整流罩的安装精度要求较严；印制电路板与总线板之间也要求足够的连接精度，否则不能保证有效的电气连接。

所有哲学都对结构设计提出了高精度的要求。

（4）气动性能要求。

红外成像导引头是导弹的一个舱段，除了搜索跟踪目标外还必须维持导弹气动外形的完整性。

导引头接受设计时应尽量保持与理论外形的一致性，减少设计外形与理论外形的误差并提高表面品质，尽量不出现凸起、缝隙等影响气动性能的外形结构。

2.红外成像导引头结构设计内容与原则
红外成像导引头结构总体设计的任务是按照导弹总体对红外成像导引头性能参数的要求和红外成像导引头自身的使用环境条件，将电子部件、电气元器件和机械部件合理布局并组装成完整的红外成像导引头，使其在规定的条件下实现规定的功能。

结构总体设计包括机械设计和物理设计。

机械设计包括整机组装结构设计，如结构单元的划分、总体布局方式的选择等；随动执行机构设计，如执行机构形式选择、平衡设计等；抗振缓冲设计，如结构件强度和刚度计算、稳定性分析、隔振和缓冲措施选择等。

物理设计包括热设计（如散热和隔热设计）；电磁兼容设计（如屏蔽设计、接插件选择以及合理布线等）及三防设计等。

红外成像导引头结构设计一般遵循以下原则：
（1）模块化原则。

根据导引头系统要求和各分机的功能、几何特征，在结构上进行模块化设计，同时尽可能提高单元模块的安装密度。

（2）简单化原则。

尽可能使结构简单、质量轻，减少零部件的品种、数量，提高产品通用化、系列化、组合化水平。

（3）加工和装配方便原则。

考虑具有成熟工艺的结构设计形式以及导引头系统结构的
装配、调试的简便性和维护、维修的可达性。

8.2红外成像导引头结构总体设计
1.结构总体布局
导引头的结构形式一般有整体结构形式、离散式结构形式和轴向分段式结构形式。

整体结构形式可分为机箱机柜式和主体机架式。

各种结构形式的结构特点如表8.1所示。

非制冷红外成像导引头通常为圆柱形结构，径向尺寸小，采用轴向分段式结构形式比较合适。

为了使红外成像导引头搜索视场尽肯能大，且不受弹体遮挡，结构总体布局时将随动平台布置在导引头的前端，信号处理电路板按轴向分段的形式布置在圆柱段，或者将电路板扣在一起，外面再用壳体连接。

轴向分段式布置时可以将电路板封装在金属壳体内，有利于电磁兼容设计，并且可以方便地对单个部件进行调试，出现故障时维修和更换方便；电路板扣成整体安装有利于减小轴向尺寸和径向尺寸，设计时应根据实际情况来选择。

随动平台上的电器和信号处理电路的电气连接通常采用电缆连接方式，便于安装调试。

2.振动和冲击的隔离设计
红外成像导引头飞行时动力学环境恶劣，在结构设计时要进行振动和冲击隔离，确保部件或组件不因承受过大的振动、冲击而损坏，在不便于进行减振设计时要尽量提高整体结构刚度及元部件的安装刚度。

成像探测器是红外成像导引头里最薄弱的部分，承受振动冲击能力十分有限。

常用探测器承受振动冲击的能力为80g，6~8ms，远远小于红外成像导引头的环境条件要求，必须采取振动和冲击的隔离设计。

振动隔离有减振式（机械过滤式）和阻尼式两种。

减振是在设备和壳体之间安装减震器以减小振动冲击对设备的影响；阻尼是在空间体积不允许安装减震器时采用阻尼材料来消除振动，以减小设备的振幅。