一种高精度远距离激光制导子弹的制作方法

1.本发明属于子弹制造技术领域，具体涉及一种激光制导子弹。


背景技术：

2.随着高新技术的不断发展，武器装备的性能不断提高。战场环境的复杂性，对现代作战武器提出了更为严苛的要求。精确打击在军事领域非常重要，微电子技术等现代高科技的快速发展、成熟和突破，对中小口径武器进行精确制导提供了必要条件。
3.实现高可控、高精度、机动能力强的子弹，关键技术为制导方式的选择，现有的制导方式有三种：gps制导、红外制导、激光制导。这三种制导方式中，gps制导由于受到信号传输性能的影响，在实际运用过程中，可靠性能不高；红外制导需要目标产生红外信号才能攻击到目标，局限性也较大，相较于前两种制导方式，激光制导不会受到天气、风速、目标动向的影响，抗干扰性能极强。
4.传统子弹发射后是没有机动能力的，一旦被击发，它只能沿着直线或抛物线弹道飞行。同时，当子弹被赋予一个初速度从枪口射出后，飞行过程中，还受到重力、空气阻力等外力作用，子弹的飞行轨迹相对目标位置发生不可控制的偏移，目标距离越远，外力作用越明显，误差就越大；同时，考虑到目标的移动速度和枪械的机械精度，要求射击之前必须综合考虑风速大小、空气湿度等影响因素，设置最佳的枪口偏角、仰角等参数，以提高命中率。
5.因此，考虑到子弹的飞行过程中的多重误差，为提高子弹的准确命中率，本发明针对用于突击步枪、狙击枪等提出一种目标跟踪能力强、飞行方向灵活可控、高精度、体积小、可靠性高的精确激光制导子弹，可用于军事领域，实现对目标的高效打击，包括对静止目标、低速移动目标、高速移动目标以及姿态快速变化的目标，尤其可应用在狙击步枪等需要对目标一击必中的精确打击的军事器械中。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高精度远距离激光制导子弹，包括弹头和弹体两部分，弹头内部设置有激光探测器和高密度负重材料；弹体中设置有微处理器、电源、电机、减速器、尾舵、弹药、引信；激光探测器设置在弹头前端，当激光探测器发出激光照射在目标对象上，经目标反射后激光向各方向散射，部分散射光返回到激光探测器，被光学系统接收后转化为相应的电信号传送给微处理器，微处理器计算出弹体偏离照射激光束的程度，从而控制电机、减速器、尾舵发挥作用，不断调整飞行轨迹，使得弹头前进方向与目标位置一致，最终命中目标。本发明比传统子弹打击精度更高、开舵力度更大、可控性能更强并能够调整子弹的飞行姿态，防止子弹滚转偏移。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
8.一种高精度远距离激光制导子弹，包括弹头、弹体、弹头与弹体连接器；所述弹头呈圆锥形，内部设置有激光探测器和高密度负重材料；所述弹体呈圆柱状，弹体包括弹壳、a/d转换模块、紧固套、微处理器、电源、电机、减速器、尾舵、弹药储藏室和引信；
9.所述弹头与弹体通过弹头与弹体连接器机械连接；
10.所述激光探测器设置在弹头前端，在弹头的后端设置有一块高密度负重材料；
11.所述紧固套、微处理器、电源、电机、减速器、尾舵、弹药储藏室和引信都处于弹壳内，从弹头与弹体连接器后依次为微处理器、电源、电机、减速器、尾舵、弹药储藏室和引信；所述紧固套设置在微处理器、电源、电机和减速器外部，用于增强子弹在射出后的安全可靠性；
12.所述子弹在枪膛中激发时，撞针撞击子弹，引信和弹药储藏室启动工作，为子弹提供加速度，使得子弹从枪膛中射出；
13.所述激光探测器与微处理器电连接，在子弹飞行过程中，激光探测器发射激光，并感应从打击目标反射回的激光信号，从而获得弹目视线角信息；激光探测器将弹目视线角信息通过a/d转换模块转换为数字信号输入微处理器，微处理器对数字信号进行运算，生成电机的控制指令，控制电机工作，电机带动减速器和尾舵；所述尾舵根据弹目视线角实时调整尾舵翼片的张合程度及张合速度，与减速器一起控制子弹射出后的击打方向和速度，不断调整飞行轨迹，使弹头前进方向与目标位置一致，最终命中目标。
14.进一步地，所述弹目视线角是指子弹和目标之间的视线角。
15.进一步地，所述激光探测器包括导引头光学系统和四象限光电探测器；所述导引头光学系统发射激光，经过目标反射后，反射回来的激光通过导引头光学系统在四象限光电探测器上呈现一个圆形激光光斑，然后根据圆形激光光斑落在四象限光电探测器的位置检测目标相对于光轴的偏移量和偏移大小，进而探测目标方位，获得弹目视线角信息。
16.进一步地，所述四象限光电探测器是由四个完全相同的光电二极管按照直角坐标排列组成的光电探测器，反射回来的激光束在四象限光电探测器上呈现的圆形激光光斑在光电探测器的四个象限中被平均分成四个部分，当目标与导引头光学系统的光轴无偏差时，四象限光电探测器各个象限获得的圆形激光光斑的辐射通量均为总辐射通量的1/4，即各个象限输出的光电流相等；当目标与导引头光学系统的光轴有偏差时，各个象限获得的圆形激光光斑的辐射通量不等，从而引起各个象限输出的光电流不等，根据光电流的大小计算光斑在四象限中的位置，从而得到目标方位。
17.进一步地，所述激光探测器将弹目视线角信息经过激光探测器内部的放大器进行信号放大并转换为电信号，再将电信号经过a/d转换模块转换为供微处理器处理的数字信号。
18.进一步地，所述电机、减速器、尾舵依次同轴连接，电机的轴伸入减速器的圆形开槽，在电机轴上和减速器圆形开槽边上都刻有锯齿，从而保证电机与减速器连接牢靠；同样地，减速器的轴伸入尾舵的圆形开槽，在减速器轴上和尾舵圆形开槽边上都刻有锯齿，从而保证减速器与尾舵连接牢靠。
19.进一步地，所述a/d转换模块与微处理器之间电连接；所述电源给a/d转换模块、微处理器和电机供电。
20.一种高精度远距离激光制导子弹的制导方法，包括如下步骤：
21.步骤1：子弹在枪膛中激发，撞针撞击子弹，引信和弹药储藏室启动工作，为子弹提供加速度，使得子弹从枪膛中射出；
22.步骤2：在子弹飞行过程中，激光探测器发射激光，感应从打击目标反射回的激光
信号，从而获得弹目视线角信息；
23.步骤3：激光探测器将弹目视线角信息通过a/d转换模块转换为数字信号输入微处理器，微处理器对数字信号进行运算，生成电机控制指令，控制电机工作，电机带动减速器和尾舵；
24.步骤4：尾舵根据弹目视线角实时调整尾舵翼片的张合程度及张合速度，与减速器一起控制子弹射出后的击打方向和速度，不断调整飞行轨迹，使弹头前进方向与目标位置一致，最终命中目标。
25.本发明的有益效果如下：
26.1、本发明所述的激光制导子弹，激光探测器中设置有四象限光电探测器，四象限光电探测器作为光传感器其捕捉范围更宽阔，能够捕捉到反射回来的激光，确保激光制导能够稳定工作。
27.2、本发明的激光制导子弹在电机后方设置有减速器，使得传动比分级精细，选择范围广，转速型谱宽，从而打击精度更高、开舵力度更大、可控性能更强。
28.3、本发明的激光制导子弹，在减速器后端设置有尾舵，通过微处理器的控制指令，可以控制尾舵开合，调整子弹的飞行姿态，防止子弹滚转偏移。
附图说明
29.图1为本发明的激光制导子弹整体结构示意图。
30.图2为本发明的激光制导子弹整体剖面图。
31.图3为本发明的激光制导子弹的工作原理图。
32.图中：1
‑
激光探测器，2
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高密度负重材料，3
‑
弹头与弹体连接器，4
‑
弹壳，5
‑
紧固套，6
‑
微处理器，7
‑
电机，8
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减速器，9
‑
尾舵，10
‑
弹药储藏室，11
‑
引信。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
34.本发明的目的在于提供一种精确制导的子弹，将传统的子弹技术与先进的探测制导技术作创新性突破性的融合，将制导系统和飞控装置集合于一颗子弹，通过精确制导技术，使子弹飞行过程中具有机动能力，实现子弹的飞行路径可控和目标动态实时跟踪，提高了精确打击能力。该发明可应用于军事领域的枪械设备，可以实现远距离、高精度、可控性强的目标打击。
35.一种高精度远距离激光制导子弹，包括弹头、弹体、弹头与弹体连接器3；所述弹头呈圆锥形，内部设置有激光探测器1和高密度负重材料2；所述弹体呈圆柱状，弹体包括弹壳4、a/d转换模块、紧固套5、微处理器6、电源、电机7、减速器8、尾舵9、弹药储藏室10和引信11；
36.所述弹头与弹体通过弹头与弹体连接器3机械连接；
37.所述激光探测器1设置在弹头前端，在弹头的后端设置有一块高密度负重材料2；
38.所述紧固套5、微处理器6、电源、电机7、减速器8、尾舵9、弹药储藏室10和引信11都处于弹壳内，从弹头与弹体连接器3后依次为微处理器6、电源、电机7、减速器8、尾舵9、弹药储藏室10和引信11；所述紧固套5设置在微处理器6、电源、电机7和减速器8外部，进一步增
强子弹在高速射出时，微处理器与电源6、电机7、减速器8连接的稳固定程度；
39.所述子弹在枪膛中激发时，撞针撞击子弹，引信11和弹药储藏室10启动工作，为子弹提供巨大的加速度,使得子弹在极短的时间内达到极高的速度，从枪膛中射出；
40.所述激光探测器1与微处理器6电连接，在子弹飞行过程中，激光探测器1发射激光，经目标反射后激光向各方向散射，部分散射光返回到激光探测器，激光探测器感应从打击目标反射回的激光信号，从而获得弹目视线角信息；激光探测器1将弹目视线角信息通过a/d转换模块转换为数字信号输入微处理器6，微处理器6对数字信号进行运算，生成电机7的控制指令，控制电机7工作，电机7带动减速器8和尾舵9；所述尾舵9根据弹目视线角实时调整尾舵9翼片的张合程度及张合速度，与减速器8一起控制子弹射出后的击打方向和速度，不断调整飞行轨迹，使弹头前进方向与目标位置一致，从而达到精确命中远距离目标的目的。
41.进一步地，所述弹目视线角是指子弹和目标之间的视线角。
42.进一步地，所述激光探测器1包括导引头光学系统和四象限光电探测器；所述导引头光学系统发射激光，经过目标反射后，反射回来的激光通过导引头光学系统在四象限光电探测器上呈现一个圆形激光光斑，然后根据圆形激光光斑落在四象限光电探测器的位置检测目标相对于光轴的偏移量和偏移大小，进而探测目标方位，获得弹目视线角信息。
43.进一步地，所述四象限光电探测器是由四个完全相同的光电二极管按照直角坐标排列组成的光电探测器，反射回来的激光束在四象限光电探测器上呈现的圆形激光光斑在光电探测器的四个象限中被平均分成四个部分，当目标与导引头光学系统的光轴无偏差时，四象限光电探测器各个象限获得的圆形激光光斑的辐射通量均为总辐射通量的1/4，即各个象限输出的光电流相等；当目标与导引头光学系统的光轴有偏差时，各个象限获得的圆形激光光斑的辐射通量不等，从而引起各个象限输出的光电流不等，根据光电流的大小计算光斑在四象限中的位置，从而得到目标方位。
44.进一步地，所述激光探测器1将弹目视线角信息经过激光探测器1内部的放大器进行信号放大并转换为电信号，再将电信号经过a/d转换模块转换为供微处理器6处理的数字信号。
45.进一步地，所述电机7、减速器8、尾舵9依次同轴连接，电机7的轴伸入减速器8的圆形开槽，在电机7轴上和减速器8圆形开槽边上都刻有锯齿，从而保证电机7与减速器8连接牢靠；同样地，减速器8的轴伸入尾舵9的圆形开槽，在减速器8轴上和尾舵9圆形开槽边上都刻有锯齿，从而保证减速器8与尾舵9连接牢靠。
46.进一步地，所述a/d转换模块与微处理器6之间电连接；所述电源给a/d转换模块、微处理器6和电机7供电。
47.本发明所述的四象限光电探测器，是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件，主要原理是通过辐射来改变被照射材料的电导率。四象限光电探测器是由四个性能完全相同的按照直角坐标要求排列而成的光电探测器构成，主要材料是pin光电二极管，光电二极管中由光产生的自由载流子就形成了电流信号，常被应用于激光制导或激光准直中。
48.本发明选用具有高运算速度、体积小、功耗低，具有多位数模转换器特征的芯片作为微处理器。
49.在控制系统中，电机7作为弹体的执行机构。电机转子前端呈锯齿状，与后端减速器紧密配合。它接收微处理器发送的控制信号，驱动电机转动并带动后端减速器8，增大扭矩，从而便于尾舵9的开合。本发明电机7具有体积小，耗电低，重量轻，扭力大，转速快，控制简单的特点。
50.一种高精度远距离激光制导子弹的制导方法，包括如下步骤：
51.步骤1：子弹在枪膛中激发，撞针撞击子弹，引信11和弹药储藏室10启动工作，为子弹提供加速度，使得子弹从枪膛中射出；
52.步骤2：在子弹飞行过程中，激光探测器1发射激光，感应从打击目标反射回的激光信号，从而获得弹目视线角信息；
53.步骤3：激光探测器1将弹目视线角信息通过a/d转换模块转换为数字信号输入微处理器6，微处理器6对数字信号进行运算，生成电机7控制指令，控制电机7工作，电机7带动减速器8和尾舵9；
54.步骤4：尾舵9根据弹目视线角实时调整尾舵9翼片的张合程度及张合速度，与减速器8一起控制子弹射出后的击打方向和速度，不断调整飞行轨迹，使弹头前进方向与目标位置一致，最终命中目标。