0 引言

某型空空导弹能探测目标尾气流的红外辐射，并将能量转化为电信号，采用折返式光学系统会聚目标的辐射能量，使之成像于调制盘上。调制盘位于光学系统的焦平面上，将来自目标的连续红外辐射能流按一定规律遮挡成断续的辐射能流[1]。红外探测器的作用是将调制盘调制后的红外辐射转变为电信号。该型空空导弹采用了锑化铟探测器，属于光生伏特型探测器。

  

图1 目标模拟器工作原理图

要建立该型空空导弹红外探测系统输出音响电压的模型，必须充分考虑目标模拟器、导引头光学系统、红外探测器等装置的组成、结构及整个系统的工作原理。由于探测器输出信号不容易直接测量，需要通过前置放大器放大并进行信号处理后才能使用通用仪器检测，因此在模型设计中应考虑前置放大器的影响。

1 红外探测系统组成

该型空空导弹红外探测系统由目标模拟器、导引头光学系统、红外探测器及前置放大器等组成。目标模拟器由黑体、光阑孔及准直器组成，其原理如图1所示，图中虚线框部分为准直器。黑体产生的辐射能量经过孔径光阑到达光路平台，通过光路折返后至导引头。由于黑体产生的辐射到达导引头距离很近，可忽略大气对辐射的影响。

该型导弹导引头的光学系统是折返式光学系统，用来会聚目标的辐射能量，使之成像于调制盘上，并为旋转的调制盘所调制，给出含有目标方位信息的调制信号，其光路原理如图2所示。

目标模拟器产生的辐射能量透过多晶整流罩，由主次反射镜会聚和折射光线的方向，到达氟化镁多晶支撑透镜（透镜的作用是修正相差）。前后截止滤光片将探测器的响应波段限制在3～5μm的红外辐射波段内，增强了系统背景干扰源的抵抗能力。

  

图2 导引头光学系统工作原理图

目标辐射能经过调制盘后被分成四个环带信号。调制盘位于光学系统的焦平面上，将来自目标的连续的红外辐射能按一定的规律遮挡成断续的辐射能。在调制盘中心及中心附近，调制盘图案的花纹相对目标像点而言很小，不能对辐射流进行有效的遮挡，即调制度很低，探测器基本上没有输出信号。当误差角增大时，调制盘图案的花纹同目标像点大小可以比拟，直到第二个环带探测器输出信号出现峰值为止。一般而言第二环带输出的信号最大，因此以第二环带输出特性为标准进行相关研究。

在自动控制原理教学中，主要讲解根轨迹的绘制法则。但是法则绘制的是概略的根轨迹，并不能马上得到根轨迹上某一具体参数值所对应的闭环极点值，从而分析系统的性能。因此在课堂教学上引入了 MATLAB软件绘制根轨迹，只要将鼠标点击根轨迹即可得到该点的开环增益和闭环极点值。

最后，辐射能量通过场镜、杜瓦瓶窗口、后截止滤光片到达探测器。红外探测器的作用是将经过调制盘调制后的红外辐射转变为电信号。探测器的探测能力是决定导引头对目标探测距离的主要因素。该型导弹采用的红外探测器为锑化铟探测器，属于光生伏特型探测器，光谱响应范围是1～5.5μm，工作状态在77K。

图1中黑体为朗伯黑体源，其辐射亮度L为

其中，c1为第一辐射常数，c2为第二辐射常数，T为黑体温度，λ为波长。

2 模型建立与计算

2.1 模型的建立

前置放大器是红外探测器处理电路的重要组成部分，将探测器转换的电信号放大，再与后面信号处理电路对接。前置放大器在整个红外探测系统中非常重要，其性能好坏直接决定着整个系统性能的精度[2]。探测器产生的信号很微弱，前置放大器不仅要将所需信号放大，还要尽可能减少噪声。前置放大器是由低噪声四运放组成的多级放大器，包含跨阻放大级、陀螺旋转频率陷波器以及高通、低通有源滤波器。为避免电磁干扰，前置放大器电路板被包覆在由导磁材料制成的屏蔽盒内，接线由玻璃粉绝缘子和穿心电容引出，用以吸收可能引入的高频干扰。

 

语文教材中的文章都是作者基于现实生活的基础上，凝结出的高于生活层面的智慧结晶。因此在语文阅读教学中，教师要善于发现教材与生活的结合点，搭建生活与语文阅读之间的桥梁，帮助学生从生活层面上对文章进行还原，从而提升学生的阅读热情，帮助学生更加准确地把握文章的精髓，对文章形成独到的见解。

黑体光阑孔面积为A0，黑体与导引头距离为l，则导引头接收辐射照度为[3]

 

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为了更好地说明本文方法的合理性和适用性，本文选择2种类型的滑坡体的工程案例进行分析，工程案例一的滑坡体为黏土和粉质黏土，工程案例二的滑坡体为碎石土。具体计算如下：

 

探测器采用锑化铟探测器（InSb），在黑体辐射源照射下，该探测器产生电压Vs为

 

其中，k为调制系数，τ2为光学系统透过率，A为光学系统有效接收面积。

结合式（1）、式（2），导引头所接收幅值照度为

由于光学系统中前后滤光片将黑体辐射波长范围限制在3～5μm范围，且剔除背景辐射影响，结合式（3）和式（4），可以得出该探测器产生的电压为

也被称作《DOTA2》，由《DOTA》的地图核心制作者Icerog（冰蛙）联手美国Valve公司研发的一款游戏，于2013年4月28日开始测试，发布中文名为“刀塔”，是该系列的第二部作品。

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其中，α为探测器光敏面入射角, τ1为准直器的光学反射率。

 

其中，T0为背景温度。

由于探测器产生的信号很小，可以通过前置放大器将探测器产生的信号放大，前置放大器电路原理图如图3所示，探测器产生的信号经过跨阻放大级、125Нz陀螺旋转频率陷波器、600Нz高通和2800Нz低通有源滤波器后，从АС输出端输出音响信号。

 

假设前置放大器放大倍数为β，那么前置放大器输出端输出电压V为其中， f 为信号的频率， f 的值与调制盘及调制盘旋转速率有关。

将前置放大器相关电路通过Multisim软件绘出，在输入端输入相应的探测器信号及频率，可以计算出该频率下前置放大器的放大倍数。

2.2 模型仿真计算与讨论

导引头接收目标辐射并产生电压的计算过程如图4所示。图中参数设定部分包含目标模拟器、准直器、导引头光学系统和探测器相关参数。将所有参数代入红外探测器输出电压模型中，计算得到Vs。Multisim软件模拟的是前置放大器电路部分，将Vs及调制盘调制后的频率通过Multisim软件进行模拟计算，最终得到导引头红外探测系统输出音响电压V。

美国是一个移民国家，在意识形态上深受唯意志论和自由主义的影响，强调发挥个人力量和承担个人责任，在不具有悠久历史与继承传统的情况下，其社会融合度和社会认同度比不上西欧的许多单一民族国家。不过，看似不具备福利国家条件的美国却是世界上最早实行系统的社会保障制度的国家［1］99。事实上，自从20世纪30年代以来，美国社会保障模式就地位和意义而言已经成为一种与欧洲社会保障模式并列的资本主义福利模式。笔者认为美国的社会保障制度经过一个漫长的发展过程后更加成熟完善，在西欧模式陷入低潮的今天，它或许能更好地给各国社会保障改革提供借鉴。

  

图3 前置放大器电路原理图

  

图4 音响电压输出模型计算流程图

在黑体温度463K、光阑孔径0.206mm的条件下，导引头接收到的辐射照度为7.45×10-10W/cm2，大于导引头辐射照度的有效灵敏阈值3.6×10-10W/cm2，这表明该红外探测系统模型计算的辐射照度是符合要求的，导引头能够探测目标辐射源并产生有效的电压信号。

在黑体温度为773K条件下，通过式（6）的数学模型和图4中的计算方法可以对不同光阑孔径条件的该型导弹红外探测系统进行仿真计算，表1列出了计算得到的第二环带前置放大器输出电压值与实际值对比。其中，编号1、编号2的输出值为两枚导弹红外探测系统在不同光阑孔径下的实测结果。

从表1可以直观看出，在相同光阑孔径下，仿真计算的前置放大器输出电压与实际测量值较吻合，验证了该型导弹红外探测系统输出电压模型的正确性，因此可以在不同条件下对该模型进行拓展计算与讨论。

 

表1 模型计算结果与实际值对比

  

光阑孔径(mm)计算结果(mV)0.206 120 125 123.1 0.358 355 380 359.2 0.650 1180 1220 1198编号1输出(mV)编号2输出(mV)

  

图5 光阑孔径及黑体温度与导引头接收照度关系图

  

图6 黑体温度及光阑孔径与前置放大器输出电压关系图

图5所示为不同黑体温度条件下光阑孔径与导引头接收的有效照度之间的关系。从图中可以看出，当光阑孔径一定时，照度随着黑体温度增大而变大；当黑体温度一定时，光阑孔径越大则照度越大，且呈指数式增长。

图6所示为三种不同光阑孔径条件下黑体温度与前置放大器输出电压的关系。从图中可以看出，当光阑孔径一定时，黑体温度对系统产生电压的影响较大，即温度越高前置放大器输出电压越大。当黑体温度一定时，光阑孔径越大，到达导引头整流罩的照度越大，探测器产生的电压与照度成正比，因此产生电压越大。

3 总结

空空导弹红外探测系统产生的音响电压信号是导弹修理及测试过程中必须测量的参数，通过对导引头音响信号电压产生过程的仿真计算，可清晰判明红外探测系统中每个组件对导引头产生的音响电压信号的影响。该模型的建立对导引头原理分析、维护及修理有着积极作用。

参考文献

[1] 郑志伟.空空导弹系统概论[M].北京：兵器工业出版社出版,1997.

[2] 胡涛,司汉英.光电探测器前置放大电路设计与研究[J].光电技术应用.2010,25(1)：52-55.

[3] 杨森.红外辐照度测量仪的研制[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学,2011.