一种基于动态功率闭环控制的红外辐射强度调节系统的制作方法

本发明涉及红外辐射控制，尤其涉及一种基于动态功率闭环控制的红外辐射强度调节系统。

背景技术：

1、在红外成像制导武器的半实物仿真系统中，红外目标模拟器需要根据仿真指令，精确复现目标在不同距离、姿态和工作状态下的红外辐射特征。这对辐射强度的控制精度、响应速度和长期稳定性提出了极为严苛的要求。辐射强度的任何偏差都可能导致导引头做出错误的判断，从而使整个仿真验证失去意义。

2、目前，主流的红外辐射控制方案大多采用“温控”逻辑，即通过控制辐射源的表面温度来间接控制其辐射强度。这类方案通常使用热电偶或红外测温仪测量辐射源温度，并构成温度闭环控制系统。其基本假设是，在辐射源发射率和散热环境恒定的前提下，辐射强度仅由温度决定。

3、然而，上述假设在实际应用中难以成立，导致现有温控方案存在固有缺陷。首先，辐射源在长期使用过程中，其表面会因氧化、污染或材料老化而导致发射率发生变化，而温控系统无法观测也无法补偿这种变化，造成“同温不同辐射”的控制误差。其次，辐射源本身具有较大的热惯性，温度响应是一个缓慢的过程，这使得基于温度控制的系统难以满足动态场景下对辐射强度快速变化的需求。此外，环境温度、气流等扰动会改变辐射源的散热条件，现有反馈控制方式存在滞后性，抗干扰能力不足。最后，辐射源的老化是一个渐进过程，其光电转换效率会逐渐下降，现有技术缺乏在线监测和补偿老化的有效手段，导致系统长期稳定性差。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于动态功率闭环控制的红外辐射强度调节系统，用以通过直接以辐射强度为闭环被控量并结合功率内环跟踪与映射表在线自校准克服现有技术中由于依赖温度间接推算辐射强度导致的因热惯性引发动态响应滞后以及因辐射源效率衰减引发长期输出偏差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于动态功率闭环控制的红外辐射强度调节系统，包括：

3、标定模块，其用以对辐射源施加预设功率序列，并采集对应的稳定辐射强度，以建立基准映射表，并记录初始基准辐射强度值；

4、检测模块，其用以采集所述辐射源发出的红外辐射并输出实际辐射强度值；

5、外环控制模块，其用以基于基础功率与补偿功率生成功率指令，其中，基础功率基于辐射强度设定值和所述基准映射表确定，补偿功率基于辐射强度设定值与所述实际辐射强度值之间的偏差确定；

6、内环控制模块，其用以基于所述功率指令与对所述辐射源实际施加的驱动功率之间的差异，调节所述驱动功率，以改变所述实际辐射强度值并使其跟踪所述辐射强度设定值；

7、校准模块，其用以根据所述辐射强度设定值与所述实际辐射强度值之间的持续偏差情况确定是否满足校准触发条件，响应于满足校准触发条件，控制所述辐射源以基准功率值工作，得到当前基准辐射强度值，基于所述当前基准辐射强度值与所述初始基准辐射强度值之间的差异确定老化补偿程度，并根据所述老化补偿程度更新所述基准映射表。

8、进一步地，所述系统还包括容错控制模块，容错控制模块包括信号监测单元和开环切换单元：

9、信号监测单元，其用以获取所述辐射源发出的红外辐射时的检测信号，并判断检测信号是否满足预设异常特征条件，其中，异常特征条件包括信号开路、信号短路、信号超出量程或信号在连续预设周期内无变化；

10、开环切换单元，其用以响应于所述检测信号满足所述异常特征条件，判定所述检测模块发生故障并触发开环控制模式，在开环控制模式下，停止执行生成所述功率指令的功能，基于所述辐射强度设定值查询所述当前的基准映射表，以确定与所述辐射强度设定值对应的开环驱动功率，并将开环驱动功率作为所述辐射源施加的驱动功率。

11、进一步地，所述外环控制模块包括：

12、偏差分级单元，其用以根据所述辐射强度设定值与所述实际辐射强度值之间的强度偏差的绝对值大小，将偏差区间划分为大偏差区、中偏差区以及小偏差区三个控制区域；

13、补偿计算单元，其用以基于所述大偏差区，根据所述辐射源的短时过载允许上限确定所述补偿功率，并清零历史偏差累积量，基于所述中偏差区，根据所述强度偏差、强度偏差的变化趋势以及历史强度偏差记录确定所述补偿功率，以及，基于所述小偏差区，根据历史强度偏差记录确定所述补偿功率。

14、进一步地，所述内环控制模块包括：

15、功率采集单元，其用以通过实时采集驱动电路的电压和电流以计算对所述辐射源实际施加的驱动功率；

16、功率调节单元，其用以基于所述功率指令与所述驱动功率之间的差异调节所述驱动电路，以使驱动功率跟踪功率指令。

17、进一步地，所述系统还包括环境温度前馈补偿模块，其用以根据当前环境温度与参考环境温度的偏差，确定前馈补偿功率值，并将前馈补偿功率值叠加至所述功率指令，以生成最终功率指令，并基于最终功率指令调节对所述辐射源施加的驱动功率。

18、进一步地，所述环境温度前馈补偿模块包括：

19、环境温度传感器，其用以采集当前环境温度；

20、补偿表存储单元，其用以存储预先建立的环境温度补偿表，其中，所述环境温度补偿表通过温箱标定法或自然昼夜温差法之一的方式预先建立；

21、补偿计算单元，其用以根据所述当前环境温度与所述参考环境温度的偏差，查询所述环境温度补偿表以确定所述前馈补偿功率值。

22、进一步地，所述校准模块还包括限幅保护单元，其用以判断所述老化补偿系数是否处于预设安全区间内，若否，则将所述老化补偿系数限制为预设安全区间的上限值。

23、进一步地，所述校准模块在确定所述老化补偿系数前，还包括环境解耦单元，其用以获取当前环境温度与参考环境温度的环境温度偏差，基于所述环境温度偏差确定对应的环境影响修正量，并根据所述环境影响修正量修正所述基准辐射强度值，得到经过环境补偿后的基准辐射强度值。

24、进一步地，所述系统还包括智能诊断模块，智能诊断模块包括状态监测单元、校验触发单元以及判决分类单元：

25、状态监测单元，其用以持续监测实际驱动功率与理论应需功率的功率比值，并确定功率比值是否持续处于预设正常范围内；

26、校验触发单元，其用以响应于所述功率比值持续超出所述预设正常范围达到预设诊断时长，在后台触发一次快速老化校验以获取最新老化补偿系数；

27、判决分类单元，其用以基于所述最新老化补偿系数更新所述理论应需功率并重新计算更新后的功率比值，若所述更新后的功率比值恢复至所述预设正常范围，则判定为辐射源加速老化；若所述更新后的功率比值仍超出所述预设正常范围，则判定为所述检测模块的性能下降或污染。

28、进一步地，所述判决分类单元还包括：在判定为所述辐射源加速老化时，利用所述最新老化补偿系数更新所述当前的基准映射表，并将本次快速校验视为一次有效的常规校准；在判定为所述检测模块的性能下降或污染时，生成检测模块维护提示信号，暂时禁用所述校准模块，直至接收到清洁确认信号。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明针对红外辐射源存在热滞后与易受环境扰动的物理特性，通过查询当前映射表获取前馈基础功率并叠加环境前馈与偏差补偿形成指令，交由功率内环快速执行，从而绕开热惯性直接调节辐射强度；考虑到辐射源长期运行必然伴随电光转换效率衰减，系统在后台依据偏差累积状态触发环境解耦校准以动态更新映射表，使前馈基准自适应辐射源的真实衰减状态；进一步地，由于直接辐射闭环高度依赖反馈链路，为防止单点硬件故障引发控制崩溃，系统实时判别传感器信号异常，一旦确认便切停反馈，转而利用最新映射表构建开环控制路径，通过这种从复合前馈执行到模型在线自校正再到故障降级容错的递进协同机制，克服了红外辐射控制中响应滞后，长期漂移与单点失效交织的技术难题。