[發(fā)明專利]一種基于量子成像的飛行器預(yù)測(cè)制導(dǎo)方案

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410324054.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN104063623A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊照華;蔣雯;彭宏韜;李大鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00;G05D1/12
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技術(shù)領(lǐng)域

一種基于量子成像的飛行器預(yù)測(cè)制導(dǎo)方案，涉及光學(xué)成像與飛行器制導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前在飛行器末制導(dǎo)領(lǐng)域主要使用及大力發(fā)展的成像制導(dǎo)技術(shù)是紅外成像制導(dǎo)和激光成像制導(dǎo)。紅外成像是一種實(shí)時(shí)掃描紅外成像技術(shù)，探測(cè)的是目標(biāo)和背景間微小的誤差或輻射頻率差引起的輻射分布圖像。隨著紅外探測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，紅外成像制導(dǎo)稱為發(fā)展的潮流，但同時(shí)其面臨的干擾環(huán)境也發(fā)展成熟。一是自然干擾，強(qiáng)烈的陽光輻射干擾紅外系統(tǒng)，使飛行器迷失目標(biāo)；二是人為干擾，如氣熔膠，隱身技術(shù)，誘餌彈，干擾機(jī)以及激光致盲等。激光成像也因?yàn)榧す饩哂袉紊院谩⒎较蛐詮?qiáng)、能量集中等物理特點(diǎn)得到了長足發(fā)展。但激光光束易受云、霧和煙塵的影響，不能全天候使用，同時(shí)它的成像分辨率低，極弱背景下難以成像，這也導(dǎo)致預(yù)警距離變短。制導(dǎo)方法主要采用的是基于比例導(dǎo)引及其擴(kuò)展方法，更適合固定目標(biāo)和移動(dòng)速度很慢的目標(biāo)。

量子成像技術(shù)是量子物理與成像技術(shù)的交叉前沿技術(shù)，自二十世紀(jì)九十年代被發(fā)現(xiàn)以來，因其具有高分辨率、非局域性的特點(diǎn)引起了極大的關(guān)注，在生命科學(xué)、信息技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著量子保密通信、量子隱形傳態(tài)、量子計(jì)算機(jī)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，量子成像技術(shù)這個(gè)融合了量子力學(xué)、量子光學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的技術(shù)成為了21世紀(jì)最具吸引力和魅力的前沿領(lǐng)域之一。目前尚未見到量子成像在制導(dǎo)領(lǐng)域中的相關(guān)應(yīng)用。

量子成像是通過輻射場(chǎng)分布的強(qiáng)度、位相和空間漲落關(guān)聯(lián)來得到物體的像。利用量子力學(xué)性質(zhì)，從量子成像機(jī)理上突破了衍射極限的限制，可以在極弱的光強(qiáng)、復(fù)雜的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)波譜段極窄條件下的成像，突破了傳統(tǒng)成像受云、霧和煙塵的影響較大，無法全天候工作的環(huán)境因素制約。

制導(dǎo)是指導(dǎo)彈、飛機(jī)、空間武器等飛行器在飛行過程中，克服各種干擾因素，使之按照選定的制導(dǎo)律或者預(yù)定的規(guī)定軌跡導(dǎo)引飛行器飛向目標(biāo)的過程。制導(dǎo)律描述的是飛行器接近目標(biāo)的整個(gè)飛行過程中所應(yīng)遵循的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，制導(dǎo)律的設(shè)計(jì)是飛行器實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)。設(shè)計(jì)制導(dǎo)律的目的是消除任何可能出現(xiàn)的視線角速度。最經(jīng)典的方法是比例導(dǎo)引法，在其基礎(chǔ)上有擴(kuò)展比例導(dǎo)引，廣義比例導(dǎo)引等。目前廣泛使用的是比例導(dǎo)引法及其改進(jìn)方法，這些方法更適用于固定目標(biāo)導(dǎo)引，對(duì)于大機(jī)動(dòng)目標(biāo)卻無能為力。而針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的制導(dǎo)律，應(yīng)在飛行器指令加速度中含一個(gè)與目標(biāo)加速度估計(jì)有關(guān)的比例項(xiàng)，以適應(yīng)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的制導(dǎo)，確保在快速跟蹤目標(biāo)的同時(shí)實(shí)施精確打擊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種全新的量子成像飛行器預(yù)測(cè)制導(dǎo)方案。方案解決步驟如下：(1)利用目標(biāo)反射波的輻射場(chǎng)分布的強(qiáng)度、相位的空間漲落進(jìn)行關(guān)聯(lián)成像，計(jì)算得到視線角速率；(2)制導(dǎo)方式采用基于隨機(jī)預(yù)測(cè)控制的制導(dǎo)方法。

(1)利用空間強(qiáng)度漲落的二階關(guān)聯(lián)進(jìn)行成像，并通過計(jì)算得到制導(dǎo)目標(biāo)的視線角。量子成像中的光源采用贗熱光成像，在地基的泵浦激光照射到旋轉(zhuǎn)的毛玻璃上進(jìn)行退相干后，照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo)反射后反射波透過飛行器的光學(xué)系統(tǒng)，通過分束器將光分成兩束，一路照射到物體上，利用沒有空間分辨能力的探測(cè)器D1進(jìn)行探測(cè)，另一路直接照射到具有空間探測(cè)能力的探測(cè)器D2上，通過后續(xù)的計(jì)算符合就能得到具高分辨率圖像。

激光器經(jīng)過毛玻璃的退相干處理之后，在輸出平面上光場(chǎng)的橫向分布為：

E_i(x_i)＝∫h_i(x_i,x₀)E₀(x₀)dx₀(i＝1,2)(1)

其中E₀(x₀)為光源平面的光場(chǎng)，輸出平面上的光場(chǎng)強(qiáng)度分布為：

I_i(x)＝＜E_i^*(x)E_i(x)＞＝∫h_i^*(x,x₀)h_i(x,x₀')＜E₀^*(x₀)E₀(x₀')＞dx₀dx₀'(2)

成像系統(tǒng)二階關(guān)聯(lián)符合的數(shù)學(xué)模型，描述如下：