红外搜索跟踪系统的仿真器设计

红外搜索跟踪系统的仿真器设计
1.
中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，洛阳，471009)摘要：
针对机载红外搜索跟踪系统工作模式复杂的特点，通过对红外搜索跟踪系统
内部一部分软件的复用并借助相关通信板卡，逼真地对红外搜索跟踪系统的功能
和接口等进行了模拟。

仿真器由IRST仿真工控机和PCI转1553B板卡组成。

将
红外搜索跟踪系统中的系统控制软件从VxWorks平台移植到Windows平台，然后
结合红外搜索跟踪系统中各个分系统仿真的代码形成IRST仿真软件，使其运行
在IRST仿真工控机上。

IRST仿真软件通过PCI转1553B板卡完成与IRST检测仪
的交互。

IRST仿真软件运行在MFC框架下，在基于MFC编写的显示与控制界面上，可方便地对IRST仿真软件的功能进行测试。

关键词：红外搜索跟踪系统；仿真
中图分类号: TP391.9 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1671-
637X.2021.06.025
1.
引言
红外搜索跟踪（Infrared Search and Tracking’IRST）系统是通过被动探
测目标红外辐射（中波或者长波）来获取目标角位置信息的一种系统。

与有源探
测器( 如机载雷达) 相比，IRST具有隐蔽性好、不怕电子干扰、精度高等多种优
点[1]，装备用于机载空空火控系统中，实现对空中目标的搜索和跟踪，可昼/夜
全天候使用，已经逐步成为战斗机必配的传感器［2］。

随着系统仿真技术的蓬勃发展，国内外多家科研机构分别研制了不同用途的IRST仿真系统，用于部分替代机载IRST开展相关的实验研究工作，以达到节约
科研成本、降低研发风险的目的 [3]。

但在国内外相关机载IRST仿真系统的研究成果中，模拟机载IRST工作逻辑的部分都为自主开发，很难做到与机载IRST 工作逻辑保持一致。

面向实际应用需求，本文采用对红外搜索跟踪系统各个分系统进行仿真并移植主控软件到Windows平台的方法实现对IRST的仿真，同时采用PCI转1553B 板卡实现对通信接口的模拟。

基于该方法研制的IRST仿真器能够逼真呈现真实机载IRST系统的功能和接口，可在航电联试阶段，代替真实产品，有力支撑航电系统任务机的仿真试验。

1.
仿真器架构设计
1.
典型红外搜索跟踪系统架构设计
典型红外搜索跟踪系统架构设计如图1所示。

图 1典型红外搜索跟踪系统架构设计
1.
红外搜索跟踪仿真器架构设计
IRST仿真器硬件由IRST仿真工控机和PCI转1553B板卡组成；IRST仿真工
控机上运行IRST仿真软件和战场环境仿真软件；战场环境仿真软件对本机和目
标机信息进行仿真，并将其发送给IRST仿真软件；IRST仿真软件接收检测仪发
出的指令等信息，对机载IRST的功能和性能进行仿真；IRST仿真软通过PCI转1553B板卡输出当前仿真的工作状态和探测到的目标信息。

其数据流如图2所示。

图 2仿真软件内部组成及数据流
1.
软件设计
战场环境仿真软件和IRST仿真软件运行在Window平台下，采用MFC进行开发,便于进行调试。

2.3.1战场环境仿真软件
战场环境仿真软件包括目标运动轨迹仿真模块、本机运动轨迹仿真模块和目
标特性与大气传输衰减仿真模块，三个模块功能分别如下所述。

目标和本机运动轨迹仿真模块，分别对目标与本机的位置和姿态信息进行实
时仿真；
目标特性与大气传输衰减仿真模块，根据本机和目标相关信息对目标的红外
特性及其大气传输衰减进行实时仿真，得到目标在本机机体系下的方位角、俯仰
角、距离、大气透过率和红外辐射特性等信息，并以20ms的周期将这些信息通过共享内存的方式发送给IRST仿真软件。

2.3.2 IRST仿真软件
IRST仿真软件由红外仿真模块、激光仿真模块、随动控制仿真模块、信息处理仿真模块、温补调焦仿真模块和主控仿真模块组成，各个仿真模块实现方式如下所示。

1.
红外仿真模块
主要对红外分系统的制冷时间进行仿真，通过定时器对制冷时间进行计时，从而实现制冷时间的仿真。

1.
激光仿真模块
根据目标的距离信息和当前IRST产品的实际测距性能进行判定，从而可实现对目标测距性能的仿真。

1.
随动控制仿真模块
根据主控模块软件下发的随动控制指令对随动瞄准线进行实时仿真。

随动控制指令决定了扫描路径的不同，根据扫描速度和程序运行时间对不同扫描路径下的瞄准线角度进行实时计算可实现随动控制功能的仿真。

1.
温补调焦仿真模块
主要对视场切换时间和整流罩开关时间进行仿真，通过多媒体定时器可实现对时间的精确控制。

1.
信息处理仿真模块
从战场环境仿真软件接收机体系下的目标角度、距离、红外特性等信息，根据光电探测模型对当前目标是否能被探测到进行判断，并将可被探测到的目标角度信息转换为图像偏差信息上报给主控模块。

1.
主控仿真模块
移植机载IRST主控软件到Windows平台下，通过Windows相关API实现对VxWorks相关API的替代，通过各个仿真模块输出数据实现对实际模块输出数据的替代，从而实现对IRST工作逻辑的逼真复现。

IRST仿真软件运行画面如图3所示。

控制参数设置
探测性能设置
工作状态显示
工作状态设置
态势及目标信息显示（机体系）
图 3 IRST仿真软件运行画面
1.
结论
针对IRST仿真器要求工作逻辑逼真的特点，IRST仿真器对其各个分系统上报给主控模块的数据进行仿真，并移植主控模块上的软件（即主控软件）到Windows平台下，从而保证仿真的工作逻辑与机载IRST基本一致。

同时设计了可编辑的战场环境仿真软件，为IRST仿真器提供了不同态势下的目标和本机输入信息，采用机载IRST的检测仪和验收试验程序对该仿真器进行了测试，测试结果与机载IRST测试结果一致。

IRST仿真器现已代替实际产品成功应用于航电系统试验室。

参考文献
1.
张靖，李迎旭，刘婧逸.球载雷达与红外联合探测系统研究［J］.现代雷达,2018 40( 5):8-12．
2.
杨百剑，万欣．新一代机载红外搜索跟踪系统技术发展分析［J］．激光与红外， 2011 41( 9) : 961-964．
3.
何杰．机载红外搜索跟踪系统研究与仿真实现［D］．南京: 南京航空航天大学， 2014．。