远程火光红外探测系统技术研究

摘要

在靶场测试中，同一种测试环境下的一些测试设备，需要使用相同的时间标准，让测试设备同时开始测试，此时得出的测试数据才是有用的。为了获得时间基准信号，需要对弹丸出膛瞬间产生的火光进行探测，以火光的出现时间作为众多测试设备的时间基准。
　　为了能够探测远程的火光，对枪口火光做了详细的分析，包括火光的光谱特性以及火光的频率特性。提出了使用红外探测器探测火光中的红外线的原理进行探测，并设计了相应的远程火光红外探测系统。为探测器设计了外围电路，由于电路自身以及外界环境对电路的干扰，在电路中加入了滤波电路，由于探测到的火光信号十分微弱，在电路中设计了放大电路，同时为探测系统设计了供电电源。建立了探测系统的模型，从而可以更加方便、准确的设计符合设计要求的远程火光红外探测系统。火光距探测系统距离较远时，探测系统的探测将十分困难。为了解决这个问题，一方面增加探测系统本身的探测能力并提高系统的性能，另一方面在探测系统中引入了光学系统。通过光学系统汇聚火光的光线来达到火光探测系统探测远程火光的要求。在光学系统的设计中，对平凸透镜进行了详细的分析，根据平凸透镜的视场、焦距以及硫化铅红外探测器的感光面大小等因素选取了合适的平凸透镜作为光学系统的光学元件，通过平凸透镜汇聚光线的作用增加红外探测器的感光面接收到的火光信号的强度。选取了合适的平凸透镜后设计了整个光学系统的光路，完成了火光探测系统的光学系统的设计。同时由于远距离探测时通过肉眼将探测器与远程火光对准难度太大，为火光探测系统设计了瞄准系统。在对瞄准镜进行了分析的基础上，选取了合适的瞄准镜将红外探测器对准远程火光。同时对在使用瞄准镜时会产生的误差进行了分析。最后对火光探测系统的性能进行了分析，包括空间电磁对火光探测系统的干扰，外界环境对火光探测系统产生的干扰，在分析了这些干扰的基础上提出了相应的解决办法。
　　通过对远程火光红外探测系统的理论研究与实际实验测试，设计的远程火光红外探测系统能够在远距离下出现火光信号时探测到火光信号，能够达到提供时间基准信号给后端的待触发测试设备的要求。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 系统总体结构设计

1．3．2 火光探测系统设计

1．3．3 远程火光红外探测系统模型

1．3．4 远程火光红外探测系统光学部分的研究与设计

1．3．5 红外探测器系统的性能分析

1．4 本章小结

2 系统总体结构设计

2．1 系统设计要求

2．2 系统原理与结构设计

2．3 系统组成

2．3．1 火光探测系统

2．3．2 远程火光探测系统光学系统的设计

2．3．3 远程火光探测系统性能分析

2．4 本章小结

3 火光探测系统设计

3．1 火光信号分析

3．1．1 火光分析

3．1．2 瞬态火光的频率特性

3．2 火光探测器的选取

3．3 火光采集电路设计

3．3．1 信号采集电路设计

3．3．2 放大电路的设计

3．3．3 噪声分析

3．3．4 电路仿真

3．4 电路电源模块

3．4．1 开关电源供电

3．4．2 开关电源噪声分析

3．4．3 电池供电

3．5 本章小结

4 远程火光红外探测系统模型

4．1 探测系统作用距离模型

4．2 基于有限元的火光探测模型

4．3 探测系统模型仿真仿真

4．4 本章小结

5 远程火光红外探测系统的光学系统的研究与设计

5．1 光学系统设计

5．1．1 光学元件参数的确定

5．1．2 光路设计

5．2 红外探测系统的光学系统性能分析

5．3 光学系统干扰分析

5．3．1 障碍物的干扰

5．3．2 障碍物遮挡影响仿真

5．4 瞄准系统的研究与设计

5．4．1 肉眼瞄准误差分析

5．4．2 瞄准系统设计

5．4．3 瞄准镜误差分析

5．4．4 瞄准系统的校准设计

5．5 本章小结

6 远程火光红外探测系统的性能分析

6．1 空间电磁干扰

6．1．1 空间电磁干扰分析

6．1．2 空间电磁干扰屏蔽

6．1．3 屏蔽效能

6．1．4 屏蔽效果实验

6．2 大气对火光信号的影响

6．3 环境对电路干扰

6．3．1 阳光的影响

6．3．2 地面辐射的影响

6．4 本章小结

7 实验与分析

7．1 室内环境下火光探测系统实验

7．2 室外环境下火光探测系统实验

7．3 室外环境下远程火光探测系统实验

7．4 本章小结

8 总结与展望

8．1 全文工作总结

8．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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