题目：光学探测陀螺稳定系统及其在飞机着舰导引中的应用研究

光学探测陀螺稳定系统是近十年来发展极为迅速的一种新型实时图像侦察设备，它是一个集光、机、电于一体的复杂系统。本文首先以理论与实验为基础，对双框架光学探测陀螺稳定系统进行了研究，分别研制了原理样机、试验样机以及产品样机。然后考虑到当前舰载机着舰的实际情况，根据光学探测陀螺稳定系统的分辨率高、反应快的特点，将其应用于飞机着舰导引中。同时研制了一种事先按照红外探测器的需求和应用环境制作的、具有合适大小、适宜材料、适当温度、合理外形、成像清晰红外合作目标和一种航母甲板运动仿真系统。这三者组成了一个红外光电/惯导组合导引着舰的半实物仿真环境。对飞机红外光电/惯导组合导引着舰进行仿真研究。本论文针对上述问题开展了如下研究：首先，本文首先概述了国内外光学探测陀螺稳定系统的结构和视轴稳定方法以及光电平台的发展概况。进而从理论上分析了两轴光学探测陀螺稳定系统隔离载体角运动的原理，提出了光学探测陀螺稳定系统的性能指标要求，从而为伺服系统的设计提供了依据。陀螺稳定系统采用力矩电机直接驱动，以光纤陀螺作为惯性速率敏感元件构成视轴稳定内回路，以旋转变压器和图像板分别作为位置反馈和目标偏差检测反馈元件组成跟踪回路，采用高速DSP运动控制模块为核心建立了具有开放式结构、标准模块化的伺服控制系统及系统的软硬件设计。系统实验表明，系统具有良好的动、静态性能指标，达到了设计要求。其次，基于实现舰载机全天候自主着舰的目的，根据光学探测陀螺稳定系统的特点，将其应用在光电/惯导组合导引着舰中。本文构建了一种舰载机红外光电/惯导组合导引着舰的半实物仿真环境，通过用红外合作目标模拟甲板跑道，控制合作目标的运动，使其构成的平面的运动规律和航母发生升沉和纵摇时航母的甲板的运动规律相同，光学探测陀螺稳定系统的红外视觉系统就可以远距离探测、识别。在与惯导组合下，利用此半实物仿真环境预测出航母在垂直方向上的运动规律，实时解算出着舰点的位置，实现舰载机的全天候自动着舰的精确导引。本文根据光电/惯导组合导引着舰半实物仿真环境及着舰实际情况，研究了一种舰载机光电/惯导组合导引着舰用红外合作目标，用于配合着舰光电导引。首先根据大气窗口、红外辐射在大气中的传输特性和待选波段对应的最佳辐射温度对合作目标温度控制的影响，确定了8～14μm 波段为合作目标对应的辐射波段。然后根据摄像机的探测距离的估算以及实际要求确定了合作目标的大小。并讨论了合作目标中心像素误差对预测精度的影响。最后通过试验表明所设计的合作目标成像清晰，易于识别，满足光电/惯导组合导引着舰半实物仿真环境的要求。最后，采用缩比实验，进行了舰载机光电/惯导组合导引着舰地面车载实验，实验结果表明红外光电/惯导组合导引着舰半实物仿真环境运行正常，并配合光电导引算法较好的预测出航母在垂直方向上的运动规律及舰载机着舰点位置，具有较高的精度，从而验证了红外光电/惯导组合导引着舰这一技术的可行性。