本發(fā)明涉及一種一體化的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索協(xié)調(diào)布局方法。

背景技術(shù)：

運動的航母、狹小的著艦甲板使得艦載機著艦任務(wù)的難度極大、風(fēng)險極高。菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置和阻攔索是艦載機著艦任務(wù)得以完成的關(guān)鍵輔助裝置。菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置在著艦下滑階段為艦載機飛行員提供高度偏差信息，引導(dǎo)艦載機追蹤運動的航母，準(zhǔn)確的落在航母甲板的降落區(qū)域。阻攔索由分布在航母甲板降落區(qū)域的四根阻攔鋼索組成，當(dāng)艦載機的尾鉤鉤掛其中一根阻攔索時，阻攔索依靠甲板下的阻攔制動系統(tǒng)向艦載機施加制動力，使艦載機在狹小的著艦甲板上完成制動。菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的布局決定了艦載機的理想降落區(qū)域，阻攔索布局決定了對艦載機實施阻攔的區(qū)域。為順利的完成艦載機著艦任務(wù)，需合理設(shè)計菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的布局和阻攔索的布局，使得理想降落區(qū)域與阻攔區(qū)域重合?，F(xiàn)有設(shè)計方法都是依據(jù)人為設(shè)定的準(zhǔn)則，從系統(tǒng)性能、著艦安全性、甲板空間和甲板其它設(shè)備布局的角度分別獨立設(shè)計菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的布局和阻攔索的布局。這種菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置和阻攔索布局分別獨立設(shè)計的方法忽略了菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置和阻攔索的適配性關(guān)系，容易導(dǎo)致試驗驗證中的不適配現(xiàn)象，而且這種方法依賴于人的經(jīng)驗，不客觀、準(zhǔn)確性低、泛化能力差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的一體化布局方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

(1)構(gòu)建菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)束層與艦載機著艦點縱向偏差的對應(yīng)關(guān)系，定義阻攔索布局與艦載機著艦點縱向偏差的對應(yīng)關(guān)系，以艦載機著艦點縱向偏差為媒介量，建立菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束；

一方面根據(jù)菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)束層的高度偏差意義以及艦載機著艦點縱向偏差與航跡高度偏差的比例關(guān)系，確定菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)束層與艦載機著艦點縱向偏差的對應(yīng)關(guān)系；另一方面根據(jù)四根阻攔索的設(shè)置目的，定義阻攔索布局與艦載機著艦點縱向偏差的對應(yīng)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，以艦載機著艦點縱向偏差為媒介量，建立菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)束層與阻攔索布局的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并將兩者的關(guān)聯(lián)關(guān)系作為菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束。

(1)(2)根據(jù)航母甲板設(shè)備布局情況初步設(shè)定菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的布局；

在航母艦島對側(cè)的航母甲板邊緣任意選取菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的初步布局，繪制菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束的光路圖，測繪航母甲板上著艦指揮官工作臺、武器等設(shè)備是否遮擋菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束的光路，如遮擋適當(dāng)調(diào)整菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的布局，得到光路不受遮擋的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置初步布局。

(3)根據(jù)步驟(2)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的初步布局，采用虛擬投影法，利用菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束關(guān)系，設(shè)計阻攔索在阻攔區(qū)域的初步布局；

根據(jù)步驟(2)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的初步布局，虛擬與菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束層相對應(yīng)的尾鉤引導(dǎo)光束層，獲得尾鉤引導(dǎo)光束層在甲板上的投影，建立菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束層與甲板投影區(qū)域的映射，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的布局適配約束，實現(xiàn)四根阻攔索在甲板投影區(qū)域的布局設(shè)計。

(4)針對步驟(2)和步驟(3)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置和阻攔索初步布局，在步驟(1)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局適配約束下，考慮著艦安全性、甲板空間、甲板其他設(shè)備布局、系統(tǒng)性能的要求協(xié)調(diào)調(diào)整兩者的布局，設(shè)計菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的一體化協(xié)調(diào)布局。

以保證步驟(1)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束關(guān)系為前提，為滿足如下要求，協(xié)調(diào)調(diào)整步驟(2)和步驟(3)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置和阻攔索初步布局：

①著艦安全性要求：為避免艦載機撞擊艦尾事故，菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置需保證艦載機在通過艦尾時距離甲板不小于3米。

②甲板空間要求：阻攔索需要保證艦載機在阻攔區(qū)域內(nèi)完成制動。

③甲板其他設(shè)備布局要求：保證菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束不受遮擋。

④阻攔制動系統(tǒng)性能要求：在現(xiàn)有阻攔制動系統(tǒng)性能約束下滿足②的要求。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明基于客觀的著艦幾何關(guān)系和光學(xué)投影原理，考慮菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置和阻攔索布局的適配關(guān)系，提出了一種菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的一體化布局設(shè)計方法。本發(fā)明方法客觀、泛化能力強，能夠?qū)崿F(xiàn)兩種裝置的一體化布局設(shè)計，可解決現(xiàn)有菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置布局方法和阻攔索布局方法的不適配問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的一體化布局方法流程圖；

圖2是本發(fā)明的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局適配約束示意圖；

圖3是本發(fā)明的虛擬投影法原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

本發(fā)明提供了一種菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的一體化布局方法。本發(fā)明采用先初設(shè)計再協(xié)調(diào)調(diào)整的分步布局設(shè)計的方式，通過建立菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束，綜合考慮系統(tǒng)性能、著艦安全性、甲板空間的約束以及菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束，利用虛擬投影法實現(xiàn)菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的一體化協(xié)調(diào)布局設(shè)計。本發(fā)明方法客觀、泛化能力強，可大大降低試驗驗證.

圖1是本發(fā)明的一種菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的一體化布局方法流程圖。

如圖1所示本發(fā)明提供的種菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的一體化布局方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

(1)構(gòu)建菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)束層與艦載機著艦點縱向偏差的對應(yīng)關(guān)系，定義阻攔索布局與艦載機著艦點縱向偏差的對應(yīng)關(guān)系，以艦載機著艦點縱向偏差為媒介量，建立菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束：

圖2是本發(fā)明的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局適配約束示意圖，如圖2所示菲涅耳引導(dǎo)光束是由菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置發(fā)出的五層引導(dǎo)光束，當(dāng)艦載機飛行員的眼睛分別處于圖2中菲涅耳引導(dǎo)光束的①～⑤層時，分別代表艦載機的當(dāng)前的航跡過高、偏高、適當(dāng)、偏低和過低；此外，由于艦載機以恒定的航跡角著艦下滑，因此艦載機的航跡高度偏差與艦載機著艦點縱向偏差比值(航跡角的正切值)恒定，由此可確定菲涅耳引導(dǎo)光束與艦載機著艦點縱向偏差的對應(yīng)關(guān)系。另一方面根據(jù)四根阻攔索的設(shè)置目的，如圖2，按照從艦尾到艦首的順序依次定義四根阻攔索的著艦點縱向偏差含義為：偏低、適當(dāng)、偏高、過高。綜合兩方面結(jié)論，以艦載機著艦點縱向偏差為媒介量，可實現(xiàn)菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)束層與阻攔索布局的關(guān)聯(lián)，將兩者的關(guān)聯(lián)關(guān)系作為菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束。

(2)根據(jù)航母甲板設(shè)備布局情況初步設(shè)定菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的布局：

在航母艦島對側(cè)的航母甲板邊緣任意選取菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的初步布局，繪制菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束的光路圖，測繪航母甲板上著艦指揮官工作臺、武器等設(shè)備是否遮擋菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束的光路，如遮擋適當(dāng)調(diào)整菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的布局，得到光路不受遮擋的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置初步布局。

(3)根據(jù)步驟(2)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置的初步布局，采用虛擬投影法，利用菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束關(guān)系，設(shè)計阻攔索在阻攔區(qū)域的初步布局：

圖3為虛擬投影法的原理圖，如圖3所示，光學(xué)引導(dǎo)下滑道是由菲涅耳透鏡虛焦點發(fā)出的艦載機理想下滑航跡，它位于菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束層的中心。定義尾鉤下滑道為艦載機尾鉤的理想下滑航跡，它與光學(xué)引導(dǎo)下滑道平行，位于光學(xué)引導(dǎo)下滑道正下方，與光學(xué)引導(dǎo)下滑道距離為鉤眼距。其中鉤眼距為艦載機處于標(biāo)準(zhǔn)著艦姿態(tài)時飛行員眼睛位置與艦載機尾鉤位置間的垂向距離。以尾鉤下滑道為中心虛擬與菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束層平行的尾鉤引導(dǎo)光束層。則當(dāng)艦載機艦載機飛行員的眼睛位于菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束的第n層時，艦載機的尾鉤將位于尾鉤引導(dǎo)光束的第n層，由此可建立菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束層與尾鉤引導(dǎo)光束層的對應(yīng)關(guān)系。虛擬投影法即根據(jù)步驟(2)所得菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置初步布局繪制尾鉤引導(dǎo)光束，令尾鉤引導(dǎo)光束與甲板的相交，從而獲得尾鉤引導(dǎo)光束在航母甲板上的投影，尾鉤引導(dǎo)光束在甲板上的投影區(qū)就是菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置引導(dǎo)艦載機著艦的目的區(qū)域。根據(jù)菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束層與尾鉤引導(dǎo)光束層的對應(yīng)關(guān)系，獲得菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束層與尾鉤引導(dǎo)光束投影區(qū)的映射關(guān)系。在此基礎(chǔ)上利用步驟(1)建立的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束關(guān)系，在尾鉤引導(dǎo)光束投影區(qū)內(nèi)實現(xiàn)四根阻攔索在阻攔區(qū)域的初步布局設(shè)計。

(4)針對步驟(2)和步驟(3)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置和阻攔索初步布局，在步驟(1)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局適配約束下，考慮著艦安全性、甲板空間、甲板其他設(shè)備布局、系統(tǒng)性能的要求協(xié)調(diào)調(diào)整兩者的布局，設(shè)計菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索的一體化協(xié)調(diào)布局。

以保證步驟(1)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置與阻攔索布局的適配約束關(guān)系為前提，為滿足如下要求，協(xié)調(diào)調(diào)整步驟(2)和步驟(3)得到的菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置和阻攔索初步布局：

①著艦安全性要求：為避免艦載機撞擊艦尾事故，菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)裝置需保證艦載機在通過艦尾時距離甲板不小于3米。

②甲板空間要求：阻攔索需要保證艦載機在阻攔區(qū)域內(nèi)完成制動。

③甲板其他設(shè)備布局要求：保證菲涅耳光學(xué)引導(dǎo)光束不受遮擋。

④阻攔制動系統(tǒng)性能要求：在現(xiàn)有阻攔制動系統(tǒng)性能約束下滿足②的要求。