模拟目标范文（精选10篇）
模拟目标 第1篇
本文搭建了基于FPGA的硬件平台并采用Xilinx的ISE可编程开发软件平台实现雷达目标模拟。一方面FPGA有丰富内部资源,集成度高,功耗低等优点,使得整体系统有着高精度和稳定度,另一方面。结合Matlab进行仿真,将发射信号和回波信号的数据导出以验证系统,对系统的性能进行有效的评估。
1 雷达目标模拟的基本理论
雷达目标模拟主要就是用于重现包含雷达目标信息的回波信号,通常包含距离信息、速度信息等[1]。雷达距离信息表现为回波信号和发射信号的时间延迟τd,设目标的距离为R,则。式中,R为目标和雷达间的单程距离,C为光速。速度信息表现为回波信号的多普勒频移fd,设目标的径向速度为V,发射信号的载频为f0,则。幅度的起伏常用Swerling的4 种模型,其具体模型的选择则与雷达系统相关[2]。
雷达的距离分辨力与信号带宽有关,带宽越宽,距离分辨力越好。信号在时域上的持续宽度越大,在频域上的分辨能力就越好,即速度分辨力越好。通过发射宽脉宽的信号以保证足够大的作用距离,且将接收到的回波信号通过脉冲压缩的方法获得窄脉冲信号,以提高距离的分辨力,解决作用距离和分辨力之间的矛盾。因此,为保证一定的信噪比的情况下,也为了解决检测能力、距离分辨力和测距精度之间的矛盾,应采用大时宽带宽积信号。而线性调频信号( LFM) 就是其中一种应用最广的信号形式。
2 雷达目标模拟的FPGA实现
2. 1 系统的整体结构
本文基于在FPGA中实现目标模拟的信号处理,将信号处理部分的设计框图如图1所示。
中频信号经A/D采样后送至FPGA内部,首先经过DDC模块,通过DDC模块完成数字正交下变频功能,根据上文中提及的基于多相滤波的算法[3]将中频信号下变频至基带信号,得到正交的两路I、Q解析信号s~( t) 。将这两路信号送入包络检波模块,通过包络检波提取信号包络p( t) ,并将此包络与门限比较后产生同比脉冲。同步脉冲的作用是存储、时延的控制。SPI通信接口,负责进行参数的传送,将母版接收到的串行数据,在FPGA内部转换为并行数据,以传递目标模拟过程中所需的时延信息 τ、频移信息fd等,即目标的距离信息、速度信息等。同步脉冲作为DDR3 的写使能,控制将信号存储到DDR3 内部。并将此脉冲经时延 τ 后的信号作为DDR3 的读使能,控制将DDR3中存储的信号读回FPGA内部。这样便实现了对DDR的读写控制,完成了对雷达发射波形的存储和读写功能,即对雷达回波延迟的实现。NCO模块用于产生两路信号,将读出的IQ解析信号s~( t) 和NCO产生的多普勒信号进行平衡正交混频得s~' ( t) ,以完成运动点目标的多普勒频移实现。最后将信号送回给D/A得到模拟信号,从而实现雷达目标回波的模拟。
2. 2 系统的硬件设计
系统硬件部分由时钟芯片、A/D采样芯片、FPGA、外接的DDR3 芯片、D/A芯片组成。硬件设计框图如图2 所示。
时钟发生器选取TI公司的CDCE62005,可为ADC、FPGA、DAC提供高质量的时钟输入信号。晶振提供板上工作时钟,通过FPGA配置时钟发生器产生时钟。A / D采样芯片型号为ADS42JB69,是带有高速串行协议JESD204B的A / D转换器,16 位分辨率,最大时钟速率250 MSample · s-1,采用高速串行接口和FPGA中的GTX连接。完成的是将采样到的信号通过其自带的高速串行接口发送给FPGA,而FPGA芯片采用Xilinx公司的Virtex-6 系列,具体型号为XC6VLX240TFF1156。根据要求,目标模拟存储资源,时宽最大20 ms,按照250 MHz采样率,存储位宽16 位,需10 MB容量,因此采用的为FPGA片外存储,本文中采用DDR3 作为波形的存贮介质以实现片外存储,进而实现回波信号的时延功能。D/A芯片的型号为AD9142,16 位分辨率,最大数据率为250 MSample·s-1,内插可到1 000 MSample·s-1,DAC输出的模拟信号再经过滤波器输出。
3 系统的性能测试及评估
3. 1 检测原理
本文选用LFM信号,因其具备突出的特点是匹配滤波器对多普勒频移不敏感[4],即使回波信号有较大的多普勒频移,匹配滤波器仍能起到压缩的作用。LFM信号的数学表达式[5]
其中,A为幅度; f0为载频;τ 为脉冲宽度;为矩形函数,即
调频斜率。故根据上式可知信号的瞬时频率f0+kt,其中,。接收到的目标回波信号则表示为
式中,td是信号回波的延迟时间。
在接收回波信号的同时不可避免的会接收到噪声以及各种干扰信号,为使信噪比最大、波形失真最小、鉴别出有用的目标,使用匹配滤波器以实现脉冲压缩。设发射信号为s( t) ,其频谱为S( w) ,则匹配滤波器在频率域的特性为
脉冲响应函数为
式中,S*( w) 为频谱的共轭值; k为滤波器的增益常数; t0是使滤波器能实现所必须的延迟时间,该匹配滤波器将在t0时刻有最大的信号输出,即输出信噪比NS最大。设匹配滤波的输出信号为u0( t) ,其频谱为U0( w) ,则[6]
代入式( 3) 可得输出信号[7]u0( t) 为
其中,D = Bτ 为脉冲压缩比[8,9],在此假设匹配滤波器在通带内的传输系数为1。设脉冲压缩后的脉冲宽度为 τ0,则
3. 2 仿真测试结果
本文结合仿真完成了对系统回波的测试。将模拟后从D/A输出的回波信号导出。由于本文中D/A输出的是基带信号,故此处将信号发生器送入的发射信号先导入Matlab并在该环境下进行数字正交下变频,产生理论上的基带发射信号,再与D/A输出的基带回波信号匹配滤波,以评估系统的性能[10,11]。
将Matlab产生的线性调频信号经Arb Express Application软件导入信号源。根据基于多相滤波的正交变换原理,选取载频f0满足式,m = 0,1,2,…[3],其中fs是A/D的采样频率为250 MHz,这样经过数字正交下变频后可至基带信号。
发射信号指标: 信号载频f0= 62. 5 MHz; 带宽B =30 MHz; 脉宽 τ = 10 μs。
经Arb Express Application软件导入信号源后的发射信号波形和频谱如图5 所示。
发射信号导入Matlab并在该环境下进行数字正交下变频,产生理论上的基带信号如图6 所示。
经过脉冲压缩后可得
图7( a) 为I路回波信号,图7( b) 为发射信号正交下变频后的I路和I路回波匹配滤波的结果。由图7可看出回波信号的延迟时间是8. 07 μs,即目标和雷达间的距离是1 211 m。,而理论距离是1 200 m,延迟时间8 μs,即误差为11 m。经验证,回波延迟的误差在本项目允许范围内。
4 结束语
本文通过提出基于FPGA的目标模拟的设计方法,论述了雷达目标模拟的基本原理,给出了硬件设计的思路、实现硬件平台的方法以及本文实现的器件和参数要求。结合Matlab,通过将电路板的输出信号经示波器导出数据与原始输入的发射信号数据进行脉冲压缩,以验证系统的性能。从仿真结果可以看出系统能够满足设计要求。
摘要：目标模拟在雷达的研制和生产中,不仅能加快项目开发的进度,还可降低研制成本。文中研究了基于FPGA实现雷达目标模拟系统的方法,搭建了以Xilinx公司Virtex-6系列芯片为核心的硬件平台。该系统可实时模拟点目标回波,能适应复杂调制波形。此外,文中还结合基于线性调频信号的验证,通过脉冲压缩等方法对系统的性能进行了测试,分析了雷达回波的信息。仿真结果表明,在理论的距离为1 200 m,延迟时间8μs的条件下距离误差仅为11 m,延迟时间误差0.07μs,在本项目允许范围内。系统可较好地实现雷达目标模拟。
模拟目标 第2篇
题目1 人们常说“管理是一门艺术”，强调的是（）。A.管理的变动性 B.管理的复杂性 C.管理的科学性 D.管理的实践性
题目2组织是管理的基本职能之一，它是由（）三个基本要素构成。A.目标、原则和结构 B.目标、部门和效率 C.目标、部门和关系 D.目标、部门和人员
题目3计划工作的核心环节是（）。A.控制 B.预测 C.组织 D.决策
题目4有些组织目标不是一成不变的，一般来说，（）应保持一定的稳定性。A.利润目标 B.短期目标 C.中期目标 D.长期目标
题目5企业目标具有变动性。第二次世界大战以后，（）的企业目标日益普及。
A.顾客之上 B.利润目标 C.融入社会责任 D.最大利润
题目6（）也叫思维共振法、畅谈会法。它是由美国创造学家奥斯本首创的一种预测 决策方法。
A.哥顿法 B.等概率法 C.头脑风暴法 D.德尔菲法
题目7企业采用大批量生产，如汽车装配线，需要高度集权，组织结构的设计应采用（）。A.有机式结构 B.复杂式结构 C.机械式结构 D.简单式结构
题目8M型结构又称为多部门结构，亦即（）。A.职能制结构 B.事业部制结构 C.直线职能制结构 D.矩阵制结构
题目9考评管理人员的协作精神主要通过向（）获取信息。A.上级部门 B.关系部门 C.下属部门 D.主管部门
题目10领导者以自身的专业知识、个性特征等影响或改变被领导者的心理和行为的力量是他的（）。A.自身影响力 B.法定权利 C.奖惩权力 D.组织权力
题目11成就需要理论一般适用于（）的研究。A.普通员工 B.技术人员 C.主管人员 D.一线员工
题目12（）的最大的优点在于它持久、有形、可以核实。A.非语言沟通 B.书面沟通
C.电子 媒介沟通 D.口头沟通
题目13在冲突发生后，管理者可以召集冲突的双方，通过开会等方式，让双方开诚布公地交流，积极倾听并理解对方的差异，解决冲突的方法是（）。A.妥协 B.强制解决 C.合作
D.树立更高目标
题目14控制是一种动态的、适时的信息（）过程。A.通报 B.下达 C.上报 D.反馈
题目15管理者的精力及其可以利用的资源都是有限的，因此，有效的控制要求管理者应将主要精力放在最为重要的事项、活动或环节上，这就是控制的（）原则。A.目标明确 B.及时性 C.灵活性
D.控制关键点
二、多项选择（下列选项有2-4个是正确的，请选择正确选项的序号填入括号中，多选或少选均不得分。每小题2分，共30分。）
题目16对某一特定社会中的所有组织都发生影响的环境因素就是宏观环境，它主要包括（）。A.技术环境 B.政治法律环境 C.经济环境 D.社会文化环境
题目17 1990年，美国麻省理工学院斯隆管理学院的彼得·圣吉教授出版了一本享誉世界之作--《第五项修炼－－学习型组织的艺术与实务》，下列选项中（）是其主要内容。A.系统思考 B.改变心智模式 C.超越自我
D.建立共同愿景
题目18按预测属性的不同，可将预测划分为（）。A.定性预测 B.定量预测 C.市场预测 D.财务预测
题目19根据拉·柯·戴维斯等学者的观点，组织目标可以分为以下类型：（）。A.主要目标 B.综合目标 C.并行目标 D.次要目标
题目20目标建立过程中应该注意下列事项：（）。A.尽可能量化企业目标 B.把目标控制在五个以内 C.目标期限应以长期目标为主 D.期限适中
题目21新希望集团从生产饲料起家，后来又进入了房地产、旅游等行业。这种发展战略属于（）。A.关联多元化 B.同心多元化 C.无关联多元化 D.复合多元化
题目22为了执行和实施战略目标而做出的决策，如财务决策、销售计划决策等，就是（）。A.战术性决策 B.策略性决策 C.战略性决策 D.业务性决策
题目23现代组织理论强调组织结构的设计应具有弹性，也就是说（）都要随环境的变化而变动。
A.组织的部门机构 B.职责的规定 C.利润的高低 D.职位的安排
题目24合理进行人员配备工作必须遵循以下原则：（）。A.因事择人 B.人事动态平衡 C.量才使用
D.程序化、规范化 题目25当一个人的需要得不到满足，会产生挫折感，受挫后的防范措施一般有（）。A.紧张不安的措施 B.积极进取的措施 C.消极防范的措施 D.寻求激励的措施
题目26信息沟通一般包含下列环节（）。A.信息源发出经过编码的信息 B.通过一定的媒介传递信息 C.接受者接受信息并解码 D.信息反馈
题目27按照组织系统划分，沟通方式分为（）。A.工具式沟通 B.情感式沟通 C.正式沟通 D.非正式沟通 题目28下列选项，（）属于没有确定的实物单位而只以一定的金额予以表示的控制标准类型。
A.销售额 B.耗电量 C.成本总额 D.工资总额
题目29单位产品的总成本一般由两部分构成：（）。A.单位成本 B.固定成本 C.平均成本 D.可变成本
题目30根据不同的分类标准，预算可以划分为不同的类别，包括（）。A.刚性预算和弹性预算 B.采购预算和成本预算 C.收入预算和支出预算 D.总预算和部门预算
三、判断正误（下列各题有对有错，对的打√，错的打×。每小题2分，共20分）题目31管理的艺术性就是强调管理的复杂性。（）
题目32权变理论认为，组织的管理没有绝对正确的方法，也不存在普遍适用的理论。采用哪种理论和方法进行管理，要视组织的实际情况和所处的环境而定。（）
题目33梅奥认为，在共同的工作过程中，人们相互之间必然发生联系，产生感情，形成一种行为准则或惯例，这就形成了正式组织。（）题目34目标管理强调的是以成果为目标的管理。（）题目35决策者所选择的方案一定是最优化的。（）
题目36目标实施过程中，管理者必须进行控制。积极的自我控制与有力的领导控制相结合是实现目标动态控制的关键。（）
题目37运用德尔菲法进行决策时，对专家成员的意见采用统计方法予以定量处理，所以说它是定量决策。（）
题目38贡献考评是决定管理人员报酬大小的主要依据。（）题目39表彰和奖励能起到激励的作用，批评和惩罚不能起到激励的作用。（）
题目40 采用轮盘式沟通模式时，每位成员都可以与其他每个人自由沟通，因此沟通快，但由于沟通渠道太多，容易造成混乱并且降低传递信息的准确度。（）
四、结合案例回答问题，共20分 题目41 准确决策与盲目投资
大平陶瓷厂是一家中型企业，由于种种原因，2013年停产近一年，亏损2500万元，濒临倒闭。2014年初，郑丙坤出任厂长。面对停水、停电、停工资的严重局面，老郑认真分析了厂情，果断决策：治厂先从人事制度改革人手，把科室及分厂的管理人员减掉3／4，充实到生产第一线，形成一人多用、一专多能的治厂队伍。老郑还在全厂推行了“一厂多制”的经营方式：对生产主导产品的一、二分厂，采取“四统一”的管理方法；对墙地砖分厂实行股份制改造；对特种耐火材料厂实行租赁承包。
改制后的企业像开足马力的列车急速运行，逐渐显示了规模跟不上市场的劣势，从而严重束缚了企业的发展。有人主张贪大求洋，贷巨款上大项目；有人建议投资上千万元再建一条大规模的辊道窑生产线，显示一下新班子的政绩。老郑根据职工代表大会的建议，果断决定将生产成本高、劳动强度大、产品质量差的86米明焰煤烧隧道窑扒掉，建成98米隔焰煤烧隧道，并对一分厂的两条老窑进行了技术改造，结果仅花费不足500万元，便使其生产能力提高了一倍。目前该厂已形成年产800万件卫生瓷、200万平方米墙地砖、5000吨特种耐火材料三大系列200多个品种的生产能力。2015年，国内生产厂家纷纷上高档卫生瓷，厂内外也有不少人建议赶“潮流”。对此，郑厂长没有盲目决策，而是冷静地分析了行情，经过认真调查论证，认为中低档瓷的国内市场潜力很大，一味上高档产品不符合国情。于是，该厂新上了20多个中低档产品，这些产品一投入市场便成了紧俏货。目前新产品产值占总产值的比例已提高到60％以上。
与大平陶瓷厂形成鲜明对比的是，上佳陶瓷公司，该公司也是一家中型企业，20世纪90年代初，它曾是全省建材行业三面红旗之一。然而近年来在市场经济大潮的冲击下，由于盲目轻率，导致企业重大决策失误，使这家原本红红火火的企业债台高筑。
2010年，该公司原计划投资1200万元建立大断面窑生产线，但是为赶市场潮流，公司管理层不经论证就将其改建为辊道窑生产线，共投资1700万元。由于该生产线建成时市场潮流已过，因此投产后公司一直亏损。在产销无望的情况下，只好重新投入1000多万元再建大断面窑，使公司元气大伤，债台高筑，仅欠银行贷款就达3000多万元。五年来，该公司先后做出失误的重大经营决策六项，资产损失近千万元。
大平陶瓷厂由衰变强和上佳陶瓷公司由强变衰形成了强烈的反差对比。问题：
模拟目标 第3篇
关键词：运动目标检测；3DGabor滤波器；环绕抑制；空间显著图；运动显著图
中图分类号：TP391.41
计算机视觉技术已经广泛应用到各行各业，而运动目标检测在其中有着重要的意义，现有运动目标检测算法依据使用的模型可以分为两大类：一是计算机视觉；二是仿生物模型。人类视觉感知的高效性促使一些研究人员设计仿生物的运动目标检测模型。F.Raudies和H.Neumann[1]通过模拟各个视皮层神经元的工作机制设计双通路结构模型，实现背侧通路和腹侧通路的相互作用，类似的还有其它学者提出的视觉模型[2-3]。也有些研究人员计算视频序列的显著性时融入运动特征。例如Mancas等人提出的异常检测模型。人眼在识别物体是否运动，是通过判断目标物体相对参照物产生的位移即相对速度。与之前方法的出发点不同，本文提出一种新的解决思路，通过模拟人眼的视觉特性感知物体的相对速度实现移动镜头下运动目标的检测。
1 方法
本文算法具体的实现步骤：采用3DGabor滤波器组提取场景中物体的运动能量；用大尺度的环绕抑制去除大量的同质区域；基于运动能量分别提取目标的运动和空间显著图，通过运动显著图与运动能量的交集得到目标的运动区域；将运动区域与空间显著性进行求和以增加目标轮廓的完整性。
1.1 运动信息的提取
1.1.1 模拟简单与复杂细胞。视觉感知系统中V1皮层包含的简单和复杂细胞对光栅刺激具有方向选择性，视网膜上光刺激能够使神经元兴奋的区域称为神经元的感受野或者是经典感受野（CRF）。本文采用Nicolat Petkov提出采用时空相结合的3DGabor滤波器模拟V1皮层的简单细胞响应
与图像序列I（x，y，t）进行卷积得到V1简单细胞的响应。将两个相位正交的简单细胞作为复杂细胞的输入，得到视频序列中物体的运动能量Ev，θ（x，y，t）。
1.1.2 环绕抑制。本文利用大范围的环绕去除图像序列中因镜头移动造成大部分的同质背景区域。同时本文还采用无方向的环绕提取目标的空间信息。
运动能量Ev，θ（x，y，t）与环绕抑制核函数wv，（θ），k1，k2卷积得到抑制项Sv，θ（x，y，t），环绕抑制运动能量 是由运动能量Ev，θ（x，y，t）与抑制项的差值经半波整流得到。为了能抑制分布范围较广的背景信息，本文在构建wv，（θ），k1，k2时乘以一个缩放因子η调节环绕在空间范围的尺寸。本文选用不同方向、速度的3DGabor滤波器进行多尺度的操作。将各个尺度下的 进行叠加得到最终的运动能量 。
1.2 提取目标显著性
本文基于多尺度运动能量提取4类特征信息，这些信息根据3DGabor速度大小分为：空间特性和运动特性。同时在提取环绕抑制能量时本文采用有方向与无方向两种时空滤波器，分别得到运动目标的方向特性和强度特性，综合上述两种特性分别得到四種特征信息。
本文采用动态权重相加的方式融合上述特征，将空间上的强度和方向信息叠加得到SI，运动方向和运动强度相加得到MI。权重WS，WM计算公式如下：
文本认为显著图Smap主要描述了目标的动态显著图，同时为了不丢失大量的空间特性，将空间强度TSI生成的显著图作为目标的空间信息。
1.3 目标检测
为了检测到移动镜头下的运动目标，本文将运动能量 和Smap分别进行二值化，由两个掩膜相与得到目标所处的运动区域MA，为了进一步得到目标完整的轮廓信息，将二值化后的空间显著图TSI与MA求并集作为最终的检测结果。
2 实验结果与分析
2.1 模拟实验
本文先采用人工光栅实验验证大尺度的环绕可以去掉大量的背景运动。本文将独立运动的小棒视为运动目标，分散的光栅模拟大量的背景运动（此时假设场景中任意位置的速度都是相同的），实验结果如图1所示实验中光栅的速度Gv=2，独立小棒的速度Bv=1，两者的速度方向均为0度。从实验结果中我们看出大范围的环绕可以去除分散的光栅，由于受到环绕抑制的影响，检测后的目标形状与原始的目标有所差别，但依然保留了目标大部分的信息，图1中最后一行是实验中采用的环绕。
图1 人工光栅实验
2.2 真实视频
本文除了采用人工光栅的模拟实验，同时利用自然环境下拍摄的车载视频进行实验。检测结果中发现本文的方法可以检测到与背景速度不相同的运动目标，然而目标轮廓依然存在“空洞”。本文通过3DGabor与环绕抑制相结合的方法提取目标的运动能量，由于环绕可以去除大量的同质区域，导致得到的运动能量只保留目标的边缘信息，同时文中通过无方向的环绕得到空间显著图，该显著图中最突出的是目标的边缘信息，因此根据上述两个因素依然无法保证目标轮廓信息的完整性。
3 结束语
本文通过模拟人的视觉感知系统实现移动镜头下的运动目标检测，人工光栅和真实视频实验表明本文方法的有效性，然而文本的方法不能保证目标轮廓的完整性，同时镜头中由于景深造成某些运动目标无法检测到，这些问题在以后的工作中将继续解决。
参考文献：
[1]Raudies，Florian，and Heiko Neumann."A neural model of the temporal dynamics of figure–ground segregation in motion perception."Neural Networks，（2010）：160-176.
[2]Andrew Browning，N，Stephen Grossberg，and Ennio Mingolla."Cortical dynamics of navigation and steering in natural scenes：Motion-based object segmentation，heading，and obstacle avoidance."Neural Networks，2009：1383-1398.
[3]Culibrk，Dubravko，et al."Salient motion features for video quality assessment."Image Processing，IEEE Transactions on，2011：948-958.
模拟目标 第4篇
利用激光高定向性、小束散角、强亮度的优点,将其应用到制导武器领域,产生了高命中率、强抑制背景能力的激光制导武器,而且具有作战效能高、作战效费比高的优势,因此受到各军事大国重视[1,2,3,4]。为了降低研发成本,且较好的反映系统实物部件及模拟外界因素对激光制导武器的影响,接近实际的半实物仿真实验需要被进行[5]。
激光目标模拟系统是激光制导武器半实物仿真实验中重要的环节,该系统通过对激光光斑的控制来模拟导弹投射、跟踪到击中目标的过程,从而完成对导引头的测试工作。导引头探测器上的成像光斑尺度会直接影响跟踪范围和跟踪精度,最终影响导弹的制导精度[6]。实战过程中,激光光斑尺度既会随着目标指示器发射的激光束发散角变化而变化,又会随着目标指示器、导引头和目标之间的相对运动而变化,因此对光斑的动态性能要求较高[7,8]。这种对动态性能的要求进而转化到控制单元上。本文对光斑尺度的控制进行了研究,对各个伺服环节进行了讨论,对控制单元进行了设计,最后进行了实验测试,测试结果验证了对伺服控制单元设计的合理性。
1激光光斑尺度模拟系统光学原理
激光光斑尺度模拟系统光学原理如图1所示,激光光束经过准直扩束光学系统后,出射光为平行光。 在准直扩束光学系统后加变发散角光学系统,通过镜片轴向移动来实现发散角的变化。采用开普勒望远光学系统以使镜片移动较小行程产生较大发散角[9],变发散角光学系统中发散角θ 与镜片移动距离p关系为
式中:f1′ 为移动透镜焦距, D为移动透镜直径, p为移动距离,f2′ 为固定透镜焦距。
通过移动前组镜来改变光束的发散角,最终改变探测到的光斑尺度。组镜有效移动范围为12.1 mm, 该单元在结构上采用直流力矩电机作为转动控制执行元件,经过凸轮调焦结构,将电机的非直线运动转化为镜片的直线运动,从而实现镜片的水平移动。其整体结构如图2所示,其内包括准直扩束光学系统。
2光斑尺度模拟单元控制系统建模与设计
2.1直流力矩电机及负载传递函数
光斑尺度伺服控制系统工作原理如图3所示,输入为电枢电压ua,输出为轴角速度ωm,系统工作时受摩擦力矩Mf与电机轴上线阻转矩Mc干扰,将这些干扰因素考虑在内,建立其数学模型:
电枢回路电压平衡方程:
式中:ua为输入电枢电压;ia为电枢回路电流;Ra为电枢回路总电阻;La为电枢回路总电感;Ea为电枢反电势。
式中Ce为反电势系数。
根据刚体旋转的力矩平衡关系与力学原理,电机轴上的转矩平衡方程如下:
式中:Jm电机轴上转动惯量;Mm为电枢电流产生的电磁转矩。
式中:Cm电机转矩系数,fm为电机轴上的粘性摩擦系数,If为励磁电流。
由于本文所讨论的平台为稳定平台,电机与负载为纯刚性连接,电机轴和负载轴角速度相同,电机轴阻力矩即为负载轴驱动力矩,电机负载转矩ML为干扰转矩[10]:
式(4)变为
联立式(2)、(5)、(9)求解并整理后得到伺服系统微分方程为
对式(10)进行Laplace变换,得到变发散角组镜伺服控制系统的动态结构框图如图4所示。整理得系统传递函数为
式中:Ta为电机电枢回路时间常数,Ta=La/ Ra;Tm为电机时间常数,Tm=JmRa/CmCe,一般情况下,
本系统对动态和稳定性能均有较高要求,为了降低扰动作用下的误差,提高系统精度,采用双惯性环节对速度环进行校正,采用滞后-超前校正环节对位置回路进行校正[11,12]。速度回路一般设计为0型系统, 双惯性校正环节构成速度闭环回路,主要改善伺服系统动态性能,其速度回路校正传递函数为
工程上一般采用对数幅频特性渐近线设计原则,选择T1>T2>T3>T4。
伺服控制系统位置回路一般设计为I型系统,在速度环闭环回路前、后分别加入超前-滞后校正环节与积分环节1 /s构成位置环闭环回路,主要提高伺服系统稳态精度,其位置回路校正传递函数为
工程上一般采用对数幅频特性渐近线设计原则,选择T5>T6。
校正后,伺服控制系统将满足系统的速度范围和位置回路所要求的动态特性,同时满足速度回路转矩误差对速度回路的要求[13,14]。
2.2光斑尺度控制单元设计
对变发散角组镜进行控制以改变激光光束的束散角,进而可以对成像在固定位置透射式投影屏上的光斑尺度进行控制。系统硬件组成框图如图5所示,采用STM32微控制器为伺服控制器,ELMO驱动控制器为驱动兼协调单元,上位机发送目标位置信号给STM32,STM32通过CANopen总线与ELMO进行通信,驱动直流力矩电机带动光机结构开始运动,光电编码器检测轴角位置误差,通过ELMO反馈给STM32构成闭环回路。
变发散角系统执行部件采用ACD系列中ACD62-84-D型号的中空直流力矩电机,其机械空载最大转速2 500 r/m,连续堵转力矩0.34 N/m,力矩常数0.07 Nm/A,电枢转动惯量4.149E-05Kgm2,可快速响应且低速平滑平稳运动,具有力矩大、力矩波动小、高精度机械定位的优点,并可在多种程序下工作,满足设计要求。采用NJ-2048数字光电编码器作为电机闭环反馈单元,精度±16″,重复精度1.6 ″,分辨力81 920 cnt/r,与电机同轴连接,避免了装校引起的非同轴误差,可提高系统精度。
3光斑尺度控制系统测试实验结果与分析
3.1测试实验平台
为了验证光斑尺度控制单元设计的可行性,搭建了测试实验平台,如图6所示,其主要组成为:STM32微控制器、ELMO驱动控制器、1 064 nm DPL激光器、输入光纤、光学扩束准直系统、焦距调节单元、 PZT振镜、反射镜、漫散射屏、光学扩束投影系统、探测器。激光器发出1 064 nm激光束经过光纤传输到光学扩束准直系统,经其准直为平行光束后入射到光学单元,ELMO驱动控制器控制电机运动致使焦距调节,从而光斑尺寸改变。改变后的光斑再经过光学扩束投影系统以近似平行光束投射到探测器上。
3.2测试实验结果与分析
将直流力矩电机参数及数字光电编码器参数配置到ELMO驱动控制器中,并对电机的电流环、位置环、 速度环增益进行整定。电流环使用PI调节,改善控制系统稳态性能,电机整定后KP为0.816 V/A,KI为2 278 Hz;速度环同样使用PI调节,电机整定后KP为2.78E-5 V/A,KI为43.6 Hz。最终得到变发散角组镜伺服控制单元位置环闭环情况下的幅频特性曲线如图7所示,由图中可知控制系统伺服带宽为82.1 Hz, 满足系统动态性能的指标要求。
根据激光目标模拟系统对光斑尺度随目标距离远近的变化要求,系统设计有如下指标:光斑张角在连续可调的情况下变化范围为0.5~90 mrad;根据投影系统可确定投影屏上光斑尺度范围为0.1~18 mm,所以整个调焦组镜的焦距变化范围是很大的;变化最大速率Vmax不小于8倍/秒;整个变焦时间控制在10 s以内。以上指标最终转化成控制单元运行轨迹如图8所示,该曲线反应的是电机运行距离与运行时间之间的关系。由图8中电机运行曲线可以看出,电机在时间段0~9 s内运行比较缓慢,对其控制精度与稳定性要求较高,电机在时间段9~10 s内运行距离变化非常大,这对控制系统的动态性能要求较高。综上所述, 在实验过程中,需要电机在运行时间0~9 s内,保证其有较高的精度与稳定性,9~10 s内应保证其有较高的动态特性,以保证在较短时间内有较大的速率变化。系统设计对光斑张角变化的控制精度要求为:光斑张角在0.5~5 mrad变化范围内控制精度为0.15 mrad,光斑张角在5~90 mrad变化范围内控制精度为0.5mrad。
变发散角光学单元移动前组镜有效移动范围为12.1 mm,电机转动一周组镜移动约为6 mm,所以整个变焦过程电机需要运动约为165 205 cnt。实验过程中,控制电机按照图8中轨迹运行,监测其运动位置误差如图9所示,电机运动之前1.7 s已开始监测,所以整个运行时间为1.7~11.69 s。由图9可以看出,光斑张角在0.5~5 mrad范围内变化其最大误差为114 cnt,在5~90 mrad范围内变化其最大误差为507 cnt。 由于实验所采用的数字光电编码器精度为±16 ″,约为77.6 μrad,折算成光斑张角变化的静态误差为0.05mrad,所以光斑张角在0.5~5 mrad范围内变化其最大误差为将静态误差计算在内, 为112.1 μrad ; 在5 ~ 90 mrad范围内变化其最大误差为,将静态误差计算在内,为326.1μrad。在相应的光斑张角变化范围内,误差均小于设计要求。
4结论
本文给出了制导弹激光目标模拟系统中光斑尺度模拟单元的光学原理,对光斑尺度伺服控制单元进行建模与方案设计,此方案具有模拟范围大、动态特性高、控制精度高的特点。最后搭建实验平台,通过对实验结果的数据分析表明:光斑尺度控制系统伺服带宽为82.1 Hz,光斑张角在0.5~5 mrad变化范围内其最大误差为112.1μrad,在5~90 mrad范围内变化其最大误差326.1μrad,在相应光斑张角变化范围内小于系统要求的0.15 mrad与0.5 mrad,能够保证调焦系统控制精度,且满足控制系统对动态性能的要求,最终投影屏上可控制的光斑尺度范围为0.1~18 mm。对探测器探测到的光斑尺寸变化量的标定与分析将是后续工作中要研究的内容。
摘要：针对制导弹药激光目标模拟系统中对光斑尺度控制的需求进行研究。根据系统对光斑张角的变化范围、变化最大速率和控制精度的设计指标要求,对光斑尺度控制系统进行数学建模,给出了力矩电机与平台负载的传递函数,并利用ELMO驱动控制器、直流力矩电机构成单向有限角位置伺服控制,内部实现电流反馈、速度反馈和位置反馈的闭环控制。系统测试实验结果表明,直流力矩电机闭环伺服带宽82.1 Hz,光斑张角从0.5 mrad变化到5 mrad的最大误差为112.1μrad,小于设计要求的0.15 mrad;光斑张角从5 mrad变化到90 mrad的最大误差为326.1μrad,小于设计要求的0.5 mrad。光斑张角变化范围内,其误差均在设计误差范围内,从而验证了控制策略的可行性。
模拟目标 第5篇
(一)重点短语回顾
sing along with 伴随...歌唱 go on vacation 继续度假 remind sb of sth 提醒某人某事on display 展览；陈列
to be honest (作插入语)老实说；说实在的 be bad for 对……有害，有坏处的stay away from (与某人/某物)保持距离
be in agreement 意见一致go trekking 长途跋涉 consider doing sth 考虑做某事in general 通常，大体上，一般而言
provide … with … 供应某人某物as soon as possible 尽快地 come ture 实现；达到cheer up 使振奋、高兴
clean up 打扫干净set up 摆放，建立 come up with 提出(问题) hand out 分发，发放 put up 建立，发布
run out of 耗尽，用光 take after 与…相像 fix up 修理 give away 赠送，分发 work out 制定出，算出
give out 发放，消耗尽 be similar to 与…相似 at once 立即，马上 be used for 用来做…… by mistake 错误地
by accident 偶然 according to 根据……，按照fall into 落入，陷入 in this way 这样 knock into 撞上
go off（闹钟）闹响come out 出来，出现run off 迅速离开，跑掉on time 准时 break down 损坏，坏掉
show up 出席，露面 set off 出发，开始 get married 结婚
(二)主要句型归纳
Unit Six
1. Rosa likes music that’s quiet and gentle. 2. I love singers who write their own music.
3. We prefer music that has great lyrics. 4. I prefer groups that play quiet and gentle songs.
5. The music reminds me of Brazilian dance music. 6. I have never seen an Indian film.
Unit Seven
1. A: Where would you like to visit? B: I’d like to go somewhere relaxing.
2. A: Where would you like to visit? B: I hope to go to France some day.
3. A: Where would you like to visit? B: I’d love to visit Mexico.
4. That would be wonderful. 5. But there’s not much to do there. 6. Living in Singapore is quite expensive.
7. It’s also a wonderful place for shopping. 8. My family and I want to take a trip.
Unit Eight
1. He looks sad. Let’s cheer him up. 2. We’re going to set up a food bank to help hungry people.
3. We need to come up with some ideas. 4. We can’t put off making a plan.
5. You could volunteer in an after-school study program. 6. I take after my father.
7. Your parents must be proud of you. 8. I need to come up with some ways of getting money.
Unit Nine
1. A: When was the car invented? B: It was invented in 1885.
2. A: When were the electric slippers invented? B: They were invented last year.
3. A: Who were they invented by? B: They were invented by Julie Thompson.
4. A: What are they used for? B: They’re used for seeing in the dark.
5. Some friends of mine had one TV set. 6. In this way, one of the world’s favorite drinks was invented.
Unit Ten
1. By the time she got up, her brother had already gone into the bathroom.
2. By the time she went outside, the bus had already gone.
3. By the time she got to class, the teacher had already started teaching.
4. When she got to school, she realized she had left her backpack at home.
5. I don’t want to stay up too late.
(三)要点
1.though （1）adv. 副词，用于口语中，in spite of this ; however ；意思是“尽管如此，然而”，放在句尾。（2）conj. 连词，although ; despite the fact that 意思是“虽然，尽管”，放在句首或句中，不与but连用。
2. remind sb of sb./sth. “提醒某人某事；使某人回想起或意识到某人（某事）。例如：Reading the text reminds me of its author Lu Xun. 读这篇课文使我想起了它的作者鲁迅。remind sb. to do sth. 意为“提醒某人去做某事”。例如： Mother often reminds me not to be late for school. 妈妈常提醒我上学不要迟到。
3.be on display相当于be on show，意为“展览、展出”。在英语中，on+名词，往往含有“正在进行”之意。如：on duty“值日”，on business“在办事”，on show“被展览”，on leave“在休假”，on fire“在着火”，on sale“在出售”等。
4.whatever, whoever, whichever, wherever等疑问词，可引导状语从句，表示“无论……，不管……”之意。在口语中还可用no matter + wh一词来代替。例如：Whatever I did ( =No matter what I did ), no one paid any attention. 不管我做什么事，都没有人注意。
5.“It is said + that从句”，意为“据说……”。也可以用“They say + that从句”或“People say + that从句”替换。
6.touristy为形容词，是由tourist加后缀-y而构成的。相当于full of tourists 意为“（贬义、口语）游客很多的，吸引游客的”。例如：The coast is terribly touristy now. 海滨区现在到处都是游客。
7.on vacation 意为“在度假，在休假中”，这主要是美式用法，英国人常用on holiday. 其中的介词on是表示状态、方法等，意思是“进行中，在……中，于……状态”。例如：
The Smith family is now on vacation. 史密斯一家正在度假。（也可用on holiday）
8.go +on（或for）＋名词，常表示“去……”。例如：
They’d like to go on a picnic this weekend. 这个周末他们想去野餐。
Would you like to go for a swim after school? 放学以后你想去游泳吗？
9. hope作动词，也可以作名词，表示“希望”，“愿望”。作为动词，hope后面可接动词不定式或宾语从句。hope还可以与so，not用于简略回答中。hope作名词时，既可作可数名词也可作不可数名词。
10.somewhere常用作副词，意为“到某处，在某处”。与之类似构成的单词还有：anywhere（在任何地方，到任何地方），nowhere（无处，到处都没有），everywhere（到处，处处）。somewhere用于肯定句，而在否定句、疑问句、if（whether）从句中，则用anywhere。 somewhere有时与修饰语或短语连用，或成为宾语而当名词用。这时候，其修饰语或短语要置于somewhere之后。例如：
They need somewhere to stay. 他们需要找个地方呆一会。
即使形式为疑问句，但说话者心中的肯定意识较强时，或实际上表示请求劝诱时，有时不用anywhere而用somewhere。例如： Shall we go somewhere else? 我们去别的地方好吗？
11.consider是动词，意为“仔细考虑，深思熟虑，再三考虑”，后面可接名词，从句，副词，接动词时要用v-ing形式。
12.get around意为“观光，到处走动”。其中的around可作介词，也可作副词，表示“在各处，朝……四处，遍及”等意思。
13.be supposed to在这里相当于should，意为“应该，理应”。例如：The teachers are supposed to know a lot. 这些老师应当知道很多。
14.fix up在这里意为“修理”，是一个动副词组。另外fix up还有“为某人安排或提供……”的意思。
15.try to do sth意为“设法或努力去做某事”，而try doing sth.意为“尝试着做某事”。
16.by mistake为介词词组，意为“弄错，无意中（做错了事）”。例如：I took his backpack by mistake. 我错拿了他的书包。另外make mistakes为动宾词组，意为“犯错误”。例如：He often makes a mistake in his spelling. 他经常在拼写上出错。
17.go off在这里的意思为“（闹钟）闹响”。另外go off还有“离开；消失；坏了”等意思。
18.marry sb表示“嫁给某人；与……结婚”。例如：John married Mary last week.上星期约翰和玛丽结婚了。marry的其他常见用法还有：
①be/get married to sb表示“与某人结婚”。如： Jane was married to a doctor last month. 上个月简和一位医生结婚了。
Rose got married to a teacher.罗斯和一位教师结婚了。
②marry sb to sb表示“（父母）把（女儿）嫁给某人”或“为（儿子）娶媳妇”。如： She married her daughter to a businessman.她把女儿嫁给了一位商人。
③marry作不及物动词时，往往用副词或介词短语来修饰。例如：She married very early. 她很早就结婚了。
She married at the age of 22. 她二十二岁结了婚。
二、要点剖析
1.词语辨析
(1)would like与want
二者都有“想要”的含义，但would like较want更加委婉。二者后面都可接“名词或不定式”，也可接“名词＋不定式”的结构，would like在口语中常说成“’d like”，可适用于所有人称；而want则要根据人称和数的变化而变化。在语言表达中，二者大多可以互换使用，但在语气的委婉程度上是有差别，这一点在具体的语言环境中要注意。例如：
She wants a cup of coffee. = She’d like a cup of coffee. 她想要一杯咖啡。
His uncle would like to buy a new car. = His uncle wants to buy a new car. 他叔叔想买辆新车。
My friends want to play soccer after school. = My friends would like to play soccer after school. 我的朋友想在放学后踢足球。
(2)show与display
show的使用范围很广，也常用在非正式场合。例如：Please show me your hands. 请把手伸出来看看。
This last sentence shows you what will happen.最后一句向你展示要发生什么。
display强调“摆出来给人家看，或把要给人家看的东西精心陈列出来，以期待好的展示效果”。
例如：The peacock is displaying its fine feathers.这只孔雀在展示自己美丽的羽毛。
(2)through与across
二者都可译为“穿过”，但through是指从空间较狭窄的一头“穿”行到另一头，常指从事物（氛围）内部穿过，含义与in有关系。
across是指从一条线或某一事物的表面的一边到另一边，常可译为“横过”，“横穿”，含义与in有关。例如：
The train is running through the tunnel. 火车正从隧道中穿过。
It’s dangerous to go across the road when traffic lights are red. 红灯亮时过马路很危险。
(3)because, as, since, for
这四个词都是表示各种理由的连词。但because多表示所叙述的理由是本句的重点，故because所引导的从句多放于句末。例如：
Why am I leaving? I’m leaving because I want to. 为什么我要离开？因为我想离开。
as, since用于表示理由是已知，而理由以外才是叙述的重点，两者皆多用于句首。但要注意：since更重形式，as多表示理由以外才是重点。例如：
Since you have no license, you are not allowed to drive. 因为你没有驾驶执照，所以你不可以开车。
As it is raining, let’s stay at home. 因为下雨，我们就留在家里吧。
for不用于句首，而用于主句之后，补充说明理由；主句表推测时，要用for说明理由。例如：
I’ll follow his advice, for he is a doctor. 我会听从他的劝告，因为他是医生。
(4)hope与wish
这两个词作动词，都有“希望，期望”之意。
hope与wish后都可接动词不定式，但wish后还可接“sb. + to do sth. ”的结构，而hope则不可以。如果用hope表达主语希望别人做某事时，后面要接宾语从句。例如：
Jim hopes to get a baby horse for his birthday. 吉姆希望在生日那天能得到一匹小马。
The little girl hopes her mother will come home from work earlier today. 这个小女孩希望她妈妈能早点下班回家。
My aunt wishes to find her lost watch somewhere. 我姑姑希望在什么地方能找到她丢失的手表。
The little girl wishes her mother to come home from work earlier every day. 这个小女孩希望妈妈每天早点下班回家。
hope表示“说话者以为想要做的事”，通过努力可以实现；而wish常表示“说话者要想做某事”，但不去想可能实现与否，或认为可能性不太大。另外，hope表示“未来可能的希望”，而wish表示“与事实相反的愿望”。例如：
We hope to visit this place again. 我们希望能再度探访此地。
We hoped to save more money. 我们希望能存更多的钱。
(5) be used for, be used as, be used by, be used to
be used for意为“被用来做……”，介词for表用途，后面加名词或动名词。例如：Stamps are used for sending letters. 邮票是用于寄信的。
be used as.意为“被用作……”，介词as表示“作为”，后面接名词。例如：English is also used very widely as a foreign language in many other countries in the world. 在世界上许多国家里，英语也作为一种外语被广泛使用。
be used by意为“被使用”，介词by后面接动作的执行者。例如：English is used by travelers and business people all over the world. 世界各地的旅行者和商人都使用英语。
be used to doing sth.意为“习惯做某事”；be used to do sth.“被用来做某事”。例如：
The foreigner has been used to living here.那位外国人已经习惯了居住在这里。
Knives can be used to cut apples.刀可以用来切苹果。
(6)find out, discover
find out指通过观察、探索而发现事实的真相。一般指主观有意识的动作。例如：Think it over, and you’ll find out the way to solve this problem. 仔细考虑，你就会发现解决问题的办法。
discover指发现的对象是本来存在的，只是以前不知道；也可指发现新奇或意外之物或某种情况。例如：Columbus discovered America in 1492. 哥伦布于1492年发现了美洲。
(7)happen与take place
①happen作“发生”讲，主要指偶然发生，而且多指整个情况。例如：How did the accident happen? 事故是怎样发生的？
②take place作“发生”解时较为正式，不带有偶然之意，并经常用来指经事先安排的事情。例如：“The May Fourth Movement” took place in 1919. “五四运动”发生于19。
2.句型分析
(1)If you are looking for entertainment, stay at home and watch TV. 如果你正想找乐趣，就呆在家里看电视。
这是if 引导条件状语从句。意为“如果，假使”。例如：If you are ill. you must see the doctor. 如果你病了，就必须去看医生。
在if引导的条件状语从句或when引导的时间状语从句中，如果主句是将来时态，从句的谓语动词用一般现在时代替将来时。例如：Lucy will see a film, if she has a time. 如果Lucy有时间，她就去看电影。
(2)Be sure to see this exhibition at the Lido Gallery. 一定要看这次在Lido Gallery的展出。
[用法]be sure to do sth.用在祈使句中，不是表示判断，而是表示对对方的要求，意为“务必要”，“一定要”。例如：Be sure not to forget it！千万别忘记呀！
由be sure构成的句型有：
①be sure＋of/about+动名词或名词，意为“确信……”；“对……有把握”。例如： He is sure of success. 他自信会成功的。
但是如果后面要接反身代词时，则只能用be sure of，即be sure of oneself，意为“有自信心”。例如：Joan will have an examination next week, but she is not sure of herself. 琼下周要参加一个考试，但她对自己没有十分把握。
②be sure+不定式，意为“必定”、“必然会”、“准会”。例如：It is sure to rain. 天一定会下雨。
③be sure+宾语从句，意为“确信某事一定会……”。例如：I’m not sure whether I’ve met him before. 我不能确定以前是否见到过他。
(3) For your next vacation, why not consider visiting Singapore? 你为什么不考虑到新加坡度下一次假呢？
consider意为“考虑、细想”。其常用于下列句型：
①consider + 从句。例如：Li Lei began to consider how he could pass the exam. 李雷开始考虑如何通过这次考试。
②consider + doing sth 例如：I am considering changing my job. 我正考虑换个工作。
③consider + sth（名词）。例如：You should consider the matter very well. 你要好好考虑这件事。
(4)Not only do I feel good about helping other people, but I get to spending time doing what I love to do. 关于帮助别人，我不但感觉很好，而且我开始花时间做我喜欢做的事。
not only … but also意为“不但……而且”，其中also可以省略。它的用法如下：
①它可以连接句子的主语、谓语、表语、宾语等，强调but also引出的内容。当用来连接主语时，谓语应与最近的主语保持一致。例如： I went to see not only him but also his brother. 我不仅是去看他，而且去看他的弟弟。 （连接宾语）
Not only the students but also their teacher likes football. 不仅学生们喜欢足球，老师也喜欢。（连接主语，谓语likes与teacher的人称和数保持一致）
She can not only sing but also dance. 她不但会唱歌而且会跳舞。（连接谓语）
②当Not only位于句首时，前一个分句倒装，即谓语或部分谓语提到主语前面。但连接并列主语时除外。例如：Not only did he come, but also he was very happy. 他不但来了，而且很高兴。
(5)Although tea wasn’t brought to the western world until 1610, ……。尽管西方世界直到16才有茶叶，……。
although意为“虽然……，（但是）……”，用作从属连词，引导让步状语从句。although（虽然）与but（但是）不能同时用。另外在英语句子中，because与so，little, few与no都不能同时出现在一个句子中。例如：①Although he is very old, he still works hard. ＝He is very old, but he still works hard. 他虽然年纪很大，但是他仍然努力工作。
②Because Kate got up very late, she missed the train. = Kate got up very late, so she missed the train. 因为Kate起床很玩，所以她没赶上火车。
我们可以把这种用法简记为：用because不用so，用but不用though；有了few或little，句中也不出现no。
(6)Walles was so convincing that hundreds of people believed the story. Walles（说的）很确信，因此有数百人都相信这个故事。
so＋形容词或副词＋that ...引导结果状语从句。意思是“如此……以致于……”。例如：When the football fans saw Beckham, they got so excited that they cried out. 当球迷们看到贝克汉姆的时候，他们如此激动以致于大喊大叫。
“so … that”结构可以用 “too…to”结构或者 “…enough to…”结构来替换，从而把一个复合句变成简单句。方法有：
①如果that从句是肯定的，一般用enough to 改写。如：
The ice here is so thick that we can skate on it.
→The ice here is thick enough to skate on.
②如果that从句是否定的，一般用too…to结构改写。如：
David was so careless that he didn’t find the mistakes in his test paper.
→David was too careless to find the mistakes in his test paper.
当主句和从句的主语不一致时，要在不定式前加上逻辑主语for sb.。例如：
The problem is so hard that I can’t work it out.→The problem is too hard for me to work out.
●解读高频考题
1.【原文】I love singers who write their own music.我喜欢自己写音乐的歌手。
【考例】--- Do you know the lady _____ is interviewing our headmaster? --- Yes, she is a journalist from CCTV.
A. which B. who C. whom D. whose
【解读】所填写的词引导定语从句，在从句中又作主语，排除C、D项。先行词为lady，应用关系代词who，因为which不能指人。答案为B。
2.【原文】Few have stranger names than this band.几乎没有比这个乐队更奇怪的名字了。
【考例】A lot of girls have tried, but _____ have passed the exam.（2004乌鲁木齐）
A. a few B. few C. a little D. little
【解读】 a few, few修饰可数名词的复数；a little, little修饰不可数名词，根据句子意思排除C、D项。又因为有表示转折的连词but，说明上下句是转折关系，所以应用表示否定的few填空。答案为B。
3.【原文】I’m having a great time in Hong Kong, although I have to be honest and say that I prefer Shanghai.虽然我不得诚实地说我比较喜欢上海，但是我在香港玩得很高兴。
【考例】--- How do you like the concert given by the “Foxy Ladies”?
--- Exciting, _____ one piece of the music wasn’t played quite well.（2004安徽）
A. so B. though C. because D. and
【解读】连词although和though可以互换，意思为“虽然”。所给句子的意思为“虽然有一首音乐没有演奏好，但还是激动人心的”，所以应用连词though。答案为B。
4.【原文】I’m lucky to be here for my six-month English course.我很幸运在这里学了六个月的英语。
【考例】My brother has a _____ son.（2004湖南益阳）
A. four-years-old B. fourth-year-old C. four-year-old D. four-year-olds
【解读】six-month和four-year-old都是复合形容词作定语，中间的名词不能用复数形式。所以答案为C。
5.【原文】Some people say they’re boring, others say they’re great.一些人说他们很乏味，另一些人说他们很好看。
【考例】--- How about the movie you saw yesterday?
--- Some people think it’s boring, _____ think it’s exciting.（2004北京）
A. others B. other C. each D. another
【解读】some… others…意思为“一些……，另一些……”，是固定搭配。other一般作形容词，后面要跟名词；each强调个体，指每一个；another指另一个。所以答案为A。
6.【原文】Why not consider visiting Singapore?为什么不考虑参观新加坡？
【考例】（句子翻译）为什么不早点来学校？（2004湖南娄底）
_____ _____ come to school earlier?
【解读】why not do sth意思为“为什么不做某事”。所以此题的答案为Why not。
7.【原文】…, but there are many things to do.……但是有很多事情要做。
【考例】--- Shopping with me?
--- Sorry. I have a lot of clothes _____.（2004南昌）
A. to wash B. washed C. wash D. to be washed
【解读】不定式作定语时，一般放在被修饰词的后面。wash和被修饰词clothes存在逻辑上的动宾关系，但句子的主语和动词 wash又有逻辑上的主谓关系，所以不用不定式的被动。答案为A。
8.【原文】It is easiest to get around the city by subway.乘坐地铁观光这个城市最容易。
【考例】（动词形式填空）We are students. It is our duty _____(study) hard.（2004贵阳）
【解读】不定式作主语时，往往用形式主语it代替，而把不定式放后面。所以此题答案为to study。
9.【原文】I want to go somewhere really cool.我想去凉爽的地方去。
【考例】We want _____ a trip to Guilin this summer vacation.（2004甘肃）
A. take B. takes C. taking D. to take
【解读】有些动词后面要用动词不定式作宾语，如：hope, plan, decide, want, would like等。本题答案为D。
10.【原文】You need to pack warm clothes if you go there.如果你去那里（上海），你必须装一些暖衣。
【考例】 I’m not sure if it _____ tomorrow. If it _____, we won’t climb the South Hill.（2004西宁）
A. will snow; snows B. will snow; will snow C. snows; snows D. snows; will snow
【解读】连词if可以引导宾语从句或条件状语从句。如果引导条件状语从句，若主句中用一般将来时，if引导从句应用一般现在时。在本题中，第二个if引导条件从句，所以答案在A、C之间选择。又因为第一个if引导宾语从句，时间状语为表示将来的tomorrow，所以时态为一般将来。答案为A。
11.【原文】 No, we can’t put off making a plan.不行，我们不能推迟制定计划。
【考例】Our sports meeting has been _____ till next Monday because of the bad weather.
A. put on B. put up C. put off D. put down（2004南京）
【解读】动词put后面跟不同的副词时，意思不同。put on意为“穿上”；put up“举起”；put off“推迟”；put down“放下”。根据句子意思的要求，此题答案为C。
12.【原文】On Monday he told a radio interviewer that he had run out of money to buy old bikes.星期一他告诉点播台记者，为了买旧的自行车他花光了钱。
【考例】--- What do you usually do _____ Sundays?
--- We enjoy ourselves at the guitar club.（2004北京）
A. in B. at C. on D. of
【解读】在表示星期的名词前面用介词on。
13.【原文】In fact, there are many ways.事实上有很多方法。
【考例】（句子翻译）事实上，我并不介意你所说的话。（2004湖南湘潭）
_____ _____, I don’t mind what you said.
【解读】in fact是一个固定词组，意思为“实际上；事实上”。根据汉语意思，此题答案为In fact。
14.【原文】An hour later, the mother saw the two boys playing.一个小时以后，这位妈妈看见这两个孩子在玩耍。
【考例】When they went into the park, they saw someone _____ Chinese Kongfu.（2004黑龙江）
A. plays B. played C. to play D. playing
【解读】动词see后面可以用省略to的不定式作宾补，构成词组see sb. do sth.“看见某人做某事”；也可以用动词的现在分词作宾补，即see sb. doing sth.“看见某人在做某事”。根据句子的意思和句子结构，本题答案为D。
15.【原文】Although tea wasn’t brought to the Western world until 1610.尽管茶叶到1610年才被带到西方世界。
【考例】It was a very long day for Jack. He didn’t get home from school _____ six o’clock.
A. since B. to C. by D. until（2004杭州）
【解读】句型not… until意为“直到……才”，not后常用短暂性动词。本句的意思为“他（Jack）直到六点才从学校到家。”答案为D。
16.【原文】The emperor noticed that the leaves in the water produced a pleasant smell.这位皇帝注意到水里的叶子发出一种好闻的味道。
【考例】（用所给词的适当形式填空）A big ship for another country _____(produce) in Dalian last year.（2004辽宁大连实验区）
【解读】动词produce意思为“生产；制造；产生”，根据句子的意思，应用被动语态，时间状语是表示过去的last year，应用一般过去时的被动。答案为was produced。
17.【原文】And in this way, one of the world’s favorite drinks was invented.用这样的方法，世界上一种著名的饮料被发明了。
【考例】（改错）Yantai is one of the most beautiful city in Shandong.（2004山东烟台）
A B C D
【解读】one of后面跟可数名词的复数，意思为“……中的一个”。D项是错的，应改写为cities。
18.【原文】I prefer lemons to oranges.比起橘子我更喜欢柠檬。
【考例】---Which do you prefer, English _____ science?
--- I prefer English _____ science.（2004四川资阳）
A. or; to B. to; to C. to; or D. or; than
【解读】在两者之间进行选择，一般用or连接；prefer…to…“比起……更喜欢……”也是固定搭配。答案为A。
19.【原文】By the time I got outside, the bus had already left.我出来时，汽车已经开走了。
【考例】--- Why didn’t you go to the movie yesterday? --- Because I _____ it before.（2004山东烟台）
A. had watched B. have seen C. have watched D. had seen
【解密】过去完成时是表示过去某一动作之前已经发生或完成的动作，根据句子意思，应该是在昨天之前看过，所以答案在A、D之间选择。“看电影”一般用see表示。答案为D。
20.【原文】She had left her backpack at home.她把书包忘在家里了。
【考例】--- Why don’t you have a notebook with you?
--- I’ve _____ it at home.（山东烟台）
A. lost B. forgotten C. left D. found
【解读】表示“把某东西忘在什么地方”应用动词 leave；forget往往构成词组forget to do sth，表示“忘记做某事”。根据句子的意思，答案为C。
21.【原文】Can you think of any differences between British and American English?你能想出英国英语与美国英语的不同点吗？
【考例】（用所给词的适当形式填空）Do you know the _____(different) between the two words?（2004山东烟台）
【解读】different是形容词，意思为“不同的”，本题句子的意思为“你知道这两个单词的不同点吗？”，应用名词形式填空。different的名词为difference。所以答案为difference或differences。
22.【原文】…, or a quarter of the world’s population uses English.或者说世界人口的四分之一用英语。
【考例】（找同义词）One-fourth of the students in our class are fans of F4.（2004新疆建设兵团）
A. Several B. Some C. A lot of D. A quarter
【解读】quarter意思为1/4，相当于one-fourth。所以本题答案为D。
23.【原文】…, and as many as one billion people are learning it.并且有十亿人在学英语。
【考例】I don’t believe the young man could run _____ fast _____ 20 kilometres an hour.
A. as; as B. as; like C. much; as D. so; like（2004广东）
【解读】 as…as“……和……一样”，是固定词组，中间可以用形容词或副词，也可以用有形容词修饰的名词。本题答案为A。
新目标英语九年级6-10单元过关训练
第一卷 选择题部分 （共四大题，40分）
一、选出能替换划线部分的选项。（5分）
( )1. The traffic is very heavy in rush hours in Beijing. A. big B. busy C. free D. not light
( )2. I would like to go to the Great one day. A. hope B. had better C. want D. expect
( )3. There are a large number of children playing in the park on Sundays. A. a few B. a lot C. several D. many
( )4. The girl liked dancing better than singing. A. prefers, to B. preferred, to C. prefers D. preferred
( )5. Jim is taking care of his little brother. A. looking after B. looking like C. looking at D. looking for
二、选择填空。（15分）
( )6. Spaceman Yang Liwei visited Hong Kong and the people there gave ______ a warm welcome.
A. he B. she C. him D. her
( )7. ---Could you help me put up the signs on the wall? ---______.
A. No problem B. I hope so C. That’s all right D. That’s a good idea
( )8. Spring Festival is coming. I’ll ______ up my room. I don’t want to live in a dirty place.
A. cheer B. clean C. set D. turn
( )9. I don’t like stories ______ have unhappy endings. A. who B. that C. where D. those
( )10. I hope to go to Beijing some day ______ there are many places of interest. A. when B. if C. because D. whose
( )11. I think the car was invented ______ 1885. A. on B. of C. at D. in
( )12. By the time she got outside, the bus _____. A. went B. gone C. has gone D. had gone
( )13. ---Can you come and play football with me? ---______. I have a lot of homework to do.
A. Excuse me B. I’d like to C. I’m afraid not D. It’s a pleasure
( )14. I like these photos and they can ______ me _____ the life living in the country.
A. think…of B. remind…of C. let…down D. wake …up
( )15. ---I don’t think the movie is well-made. ---No, it’s the ______ I’ve ever seen.
A. same B. different C. best D. worst
( )16. ---I don’t like cats . Cats aren’t friendly enough. --- ______ do I. A. So B. Neither C. too D. and
( )17. ---Have you ever been to Water World , Tom ? ---No . I’ve ________ been there.
A. ever B. already C. never D. still
( )18. ---_______ pictures have you been drawing since you started to draw pictures ? ---About five hundred.
A. What B. How much C. How many D. How old
( )19. If it ________ tomorrow , we _______ go to the park .
A. rains , won’t B. will rain , won’t C. rains , don’t D. will rain, will do
( )20. You don’t need to describe her . I ______ her several times. A. meet B. have met C. met D. will meet
三、完形填空 （10分）
We know that trees are useful in our everyday life. They 21 us many things, such as wood, oxygen, rubber, medicines and many other things. They can 22 tell us a lot about our climate. The following are the reasons. If you 23 a tree, you can see that it has many rings（年轮）. Most trees grow one new ring 24 year. Because of this reason, we know 25 a tree is. A tree over a hundred years old means that it has more than a hundred 26 . When the climate is dry or very cold, the trees do not grow very much and their rings are usually 27 . When it is wet and warm, the rings are much thicker. If the rings are suddenly very thin or suddenly very thick, this means that the 28 changed suddenly. If we look at the rings on this tree, we can learn about the 29 for a hundred years. We can see 30 our climate is changing today.
( )21. A. tell B. ask C. give D. get ( )22. A. not B. too C. to D. also
( )23. A. cut down B. climb up C. walk past D. look at ( )24. A. many B. every C. the first D. from
( )25. A. how big B. how long C. how old D. how much ( )26. A. trees B. leaves C. people D. rings
( )27. A. big B. thin C. small D. thick ( )28. A. climate B. trees C. things D. animal
( )29. A. people B. things C. climate D. life ( )30. A. how B. why C. when D. while
四、阅读理解（10分）
A
Scientists are trying to make the deserts into good land again. They want to bring water into the deserts, so people can live and grow food. They are learning a lot about the deserts. But more and more of the earth is becoming desert all the time. Scientists may not be able to change the desert in time. Why is more and more land becoming desert? Scientists think that people make deserts. People are doing bad things to the earth. Some places on the earth don’t get much rain. But they still don’t become deserts. This is because some plants are growing there. Small green plants and grass are very important to dry places. Plants don’t let the hot sun make the earth even drier. Plants don’t let the wind blow the dirt away. When a little bit of rain falls, the plants hold the water. Without plants, the land can become a desert much more easily.
( )31. Deserts _______
A. get very little rain B. never have any plants or animals in them
C. can all be turned into good land before long D. both A and C
( )32. Small green plants are very important to dry places because _______.
A. they don’t let the sun make the earth even drier B. the don’t let the wind blow the earth away.
C. they hold the water D. all of the above
( )33. Land is becoming desert because _______.
A. plants can’t grow there B. there is not enough rain C. people haven’t done what scientists wish them to do
D. scientists know little about the deserts
( )34. Which is the main idea of the first three sentences?
A. Scientists know how to change desert into good land
B. Land is becoming desert faster than scientists can change it back into good land
C. If scientists can bring water into desert, people can live and grow there.
D. More and more places are becoming deserts all the time.
( )35. After reading this, we learn that ________.
A. plants can keep dry land from becoming desert B. it is good to get rid of the grass in the desert
C. all places without much rain will become deserts D. it is better to grow crops on dry land than to grow grass
B
Mexico’s neighbors are the United States to the north and Guatemala and Belize to the south. Mexico is about one quarter the size of the United States. More than 90 million people live in Mexico. The language of Mexico is Spanish. This makes Mexico the world’s largest Spanish-speaking country.
Mexico City is the capital and largest city of Mexico. The city is also very high. It is 7,349 feet high. This makes it one of the highest capital cities in the world. The population of Mexico City grows bigger every day. About 30 million people live there. It has more people than any other city in the world, even more than Tokyo.
Mexico also has its special plants. Many of the foods we eat started in Mexico. Foods like beans, maize, avocados, tomatoes, peanuts, chili peppers, vanilla, and chocolate come from Mexico. Mexico is also famous for its cactus plants. Mexico has more kinds of cactus than any other country!
( )36. Which of the following pictures is true according to the passage?
M - Mexico, US - the United States, B - Belize
( )37. Mexico city is _________.
A. the highest capital city in the world B. the largest city in the world
C. the capital of the United States D. the city with the largest population in the world
( )38. We can tell from the passage that ____.
A. Mexico is north of the United States B. Mexico is the world’s largest country
C. many foods come from Mexico D. English is the language of Mexico
( )39. “Maize” may be ____.
A. a kind of language B. the name of a city C. a kind of food D. a kind of animal
( )40. Which of the following statements about Mexico is NOT true?
A. Mexico is four times as large as the United States. B. Mexico has the most kinds of cactus plants in the world.
C. The US is four times as large as Mexico. D. Chocolate comes from Mexico.
第二卷 非选择题部分 （共五大题 60分）
五、词汇考查（15分）
A：用所给单词的适当形式填空。（10分）
1. The knife on the table is used for _____(cut) wood. 2. I think eating fruits is much _____(good) than eating meat.
3. What’s this called in English? It’s a _____(fly) disk. 4. The dog is _____(hunger). Please feed it quickly.
5. We can’t put off _____(have) the English exam. We must have it on time.
6. Yesterday I had uncle Wang _____(repair) my bike. Now it’s OK.
7. The girl wants to become a _____(profession) dancer when she grows up.
8. In the _____(twenty) century, our hometown changed a lot.
9. ---How many _____(light) are there in your classroom? --- Six.
10. The ice on the river is much _____(thin). I think you can’t walk on it.
B：根据句意及首字母完成单词。（5分）
11. Do you know who i_____ the computer first? 12. Who can o_____ the cutting machine in your factory?
13. After the fire, very little r_____ of her house. 14. The farmers worked hard to p_____ good crops from poor soil.
15. The pretty girl gave me a p_____ smile.
六、完成同义句。（8分）
1. I liked playing basketball very much one year ago, but now I don’t want to play it.
I _____ _____ _____ playing basketball.
2. I like gym class best. Gym class is _____ _____.
3. Mr. King is very busy. He can’t go to the concert. Mr. King is _____ _____ _____ go to the concert.
4. Peter failed the maths exam. Peter _____ _____ the maths exam.
5. --- I’m allowed to go to the movies with friends on Friday nights. ---Me too.
---I’m allowed to go to the movies with friends on Friday nights. --- _____ _____ _____.
6. ---I’m not allowed to go out on school nights. --- I’m not allowed to go out on school nights, either.
_____ I _____ you _____ allowed to go out on school nights.
七、补全对话 （12分）
A：Hi, _1__________ ？
B：I’m playing football. _2___________ ？
A：Sorry, I’m busy at the moment. By the way, 3 _____________.
B：Why not？
A：It’s too dangerous. Can’t you see there is too much traffic？You must be careful.
B：Oh, thanks. Why are you so busy? _4________________ ？
A：I’m going to Uncle Wang’s. He’s mending my TV set. _5_____________ . Oh, I must go now, it’s late.
B：_6_____________ . You mustn’t ride too fast.
A：OK. Bye-bye.
B：Bye.
八、阅读改写：在改写后的短文的空白处填入适当的词，使其完整。（10分）
Do you find yourself tired all the time although you get enough sleep? Then maybe this is for you. When you’re feeling weak and tired, the worst thing to do is to take a nap. It won’t restore your stamina(精力、耐力), on the contrary (相反), what happens then is that your body loses even more energy than it had before, making you even more lethargic(昏睡的).
You may also have these poor habits that worsen(使变得更坏) the problems. Do you stay in the same small area without getting up to more around? Does your job require that you sit down the whole day in front of a computer? Any or all of these reasons might be the cause of your energy level low.
What should you do, then, at those moments when you feel so tired even though you’ve got enough sleep? A cup of coffee won’t help much either, as it is easy to get addicted(使沉溺) to the caffeine. The best and most natural thing to do is to take a brisk walk. Doctors recommend(推荐) the activity because it will increase the heart rate. This increased heart rate will lead to several hours of alertness(活跃、机灵). Moreover, a regular exercise routine(常规、惯例) can make your fatigue problems disappear forever.
根据短文内容填词，一空一词。
______(1) this passage if you find yourself tired all the time though you get enough sleep. When you’re feeling weak and tired, _______(2) take a nap. It won’t make you feel better, but more tired and _______(3).
Both _______(4) in the same small area without getting up to more around and sitting down the whole day ______(5) a computer may lead you to lose your energy and keep your energy level low.
______(6) a cup of coffee is not _______(7), as it is easy for you to rely _______(8) it. You’d better take a brisk walk because it will make your heart _______(9) faster. It will lead to a _______ (10)hours alertness. And it will restore your stamina.
九、书面表达：根据提示，完成一篇约100词的短文。（15分）
假如你英语学得很好，请你在英语班会上介绍一下学习英语的体会。
1. 简况：学习英语已有3年多。起初觉得英语难学，发音不好，单词拼不准确，不会语法规则，后来，在老师和同学们的帮助下取得了很大进步。
2. 体会：要在短时间内获得最佳的学习效果，非下苦功夫不可。课内外要多听、多说、多读和多写。
3. 建议：对同学提出适当建议，以供他们学习参考。
●答案
一、1. B 2. C 3. D 4. B 5. A
二、6. C。give是动词，后面应用代词的宾格；Yang Liwei 是一位男士，用him。7. A。在所给选项中，只有 No problem可以回答Could you please…? 8. B。根据意思进行选择。9. B。that引导一定语从句，修饰先行词stories。10. C。because引导原因状语从句。11. D。在表示年代的名词或数词前面用介词in。12. D。动作go发生在get前面，表示“过去的过去”，用过去完成时。 13. C。如果对别人的请求做不到时，用I’m afraid not回答。14. B。remind sb. of…“提醒某人……”，是固定词组。15. D。 “我认为这部电影不好”。“是的，这是我看过的最坏的”，根据意思应用worse。16. B。因为陈述句是否定的，所以用neither表示“也不”。17. C。在所给选项中，只有never表示否定。18. C。表示“多少”，修饰可数名词的复数，用how many。19. A。if引导条件状语从句，主句用一般将来时，从句用一般现在时。20. B。“不用描述”的原因是“我见过她几次”，用现在完成时表示。
三、通读全文可知，本文主要讲述树与人类的关系，树的年轮与气候的关系。
21. C。我们知道树可为我们提供木材、氧气等。提供用 “give”表示。22. D。本句意为“树还能告诉我们关于气候的一些事情”。also用于句中表示“也”。23. A。cut down意为“砍倒”，正合题意。24. B。我们知道树每年都有一个新的年轮。每年用every year表示。25. C。由于一个年轮表示一年，所以依此可以判断树的年龄。26. D。通过上文可以推知一百年，树就有一百个年轮。27. B。根据常识可知气候干旱、寒冷，年轮就小。由下文If the rings are suddenly very thin or suddenly very thick提示，用thin表示。28. A。由短文可知：年轮的大小变化，也就意味着气候的变化。29. C。年轮与气候有关，那么看年轮我们就可知气候。30. A。本句意为“我们可以看出气候是如何变化的”。“如何”用how表示。
四、(A) 这是一篇科普性说明文，说明沙漠蔓延是人类自身的原因，人类破坏了植被造成沙化，形成沙漠。31. A。利用排除法。沙漠并非从来就无植物或动物，排除B。沙漠不可能不久就会变成良田，排除C、D。32. D。短文后四句，都讲述了green plants的重要性。33. C。从文中可知，土地沙化是人类破坏所致，与C一致。34. B。…but more and more…becoming desert…说明陆地沙化比治理快。35. A。与2题类似。
(B) 36. B。文章开头已经交代the United States在墨西哥的北面，Belize在南面。37. A。文章第二段交代This makes it one of the highest capital cities in the world。说明墨西哥城是世界上最高的首都。38. C。由第三段Many of the foods we eat started in Mexico.可知。39. C。由Foods like beans, maize, avocados…可知maize是一种食物。40. A。文章开头说Mexico is about one quarter the size of the United States.即墨西哥有美国的四分之一大。所以A的说法是错误的。
五、A：1. cutting 2. better 3. flying 4. hungry 5. having 6. repaired 7. professional 8. twentieth 9. lights 10. thinner
B：11. invented 12. operate 13. remained 14. produce 15. pleasant
六、1. used to like 2. my favorite 3. too busy to 4. didn’t pass 5. So am I 6. Neither, nor, are
七、1. What are you doing 2. Would you like to join us 3. you mustn’t play football on the street 4. W here are you going 5. I want to get it back/I’ll go and see if he has finished mending it 6. Be careful
八、本文是一篇议论文，对“锻炼和精力”这一话题展开议论，为什么睡眠充足却仍感到疲惫。其实恢复精力最好的方法是轻轻地散散步，有规律的体育锻炼会使你的疲劳永远消失。1. Read. 这是个祈使句。意思为“如果你睡眠充足却仍感到疲惫，那就读一读这篇文章吧！”2. never. 根据原文第三句“当你感到虚弱疲劳时，小睡一会儿会再糟糕不过了。”即建议人们此时千万不要小睡，因此填never。3. weaker. 由原文最后一句可知，那样的话你会觉得更加虚弱。故用weak的比较级。4. staying. 原文第二段分析了导致精力下降的两个因素，其中之一是长时间呆在一个狭小的空间里，而不起来转悠转悠。这里要用动名词作主语，故填staying。5. before. 原文中的in front of= before。6. Drinking. 原文第三段说明喝咖啡也不能使你恢复精力。用动名词作主语。7. helpful. 根据原文A cup of coffee won’t help much either…喝咖啡也不能使你恢复精力。8. on. rely on“依赖”。9. beat. 原文第三段倒数第三句说散步能够增加心率。beat一词用来表示心脏的跳动。10. few. 心率增加能够带来几个小时的精神振作。several可用a few替换。
九、One possible version：
How to learn English well
It is more than three years since I began to study English. At first I found it quite difficult. I couldn’t pronounce well, spell the words correctly or remember the rules of grammar. With the help of my teachers and classmates. I have made much progress. Now I am getting on well with my English.
Three years’ study has taught me that one cannot learn English well without hard work. We must do m ore listening and speaking both in and out of class. And do more reading and writing as well. That is “Practice makes perfect”.
下视条件下水声目标模拟器设计 第6篇
一般条件下, 鱼雷等反潜武器调试和试验用的目标模拟器回波特性主要考虑同一水平面的平视方向, 而深水炸弹等水中兵器主要是在垂直平面内的下视条件下对潜艇进行探测和攻击, 因此需要开展下视条件下潜艇的回波特性研究并研制目标模拟器, 为自导深弹的研制和试验提供依据[1]。
用于深弹研制的目标模拟器应当能够实现检测目标探测信号, 解析信号的相关参数并根据信号特性和目标特性产生回波信号。本文介绍了一种基于DSP以及MCU的低功耗多用途水下目标模拟器, 该目标模拟器具有小型化和实时的特点, 能够自主独立地工作在设备调试及实验现场, 为深弹的调试、实验和性能测试提供便利。目标模拟器的参数可以通过上位机实时设定并实时监测深弹寻的信号特性, 大大提高了系统灵活性。本文中的目标模拟器可作为水声应答设备, 整体布放于水下环境, 不但能够应用于对目标回波信号的模拟, 还可应用于各类声学实验, 大大拓展了应用范围。目前该目标模拟器已成功应用于水下自导系统的开发、消声水池实验以及湖上实验, 性能满足实际研制和试验需求[2]。
2 系统组成
2.1 换能器及结构设计
目标模拟器水下部分由收、发换能器、电子舱、水密电缆和水密接插件等组成。收发换能器采用水密接插件与电子舱相连。
在目标模拟器同时应答多个信号时, 收、发射换能器之间的声耦合及水底反射等将会影响目标模拟器对主动探测信号的参数估计, 造成漏应答或误应答现象。为了降低收、发换能器之间的声耦合及水底反射所带来的不利影响, 提高目标模拟器的应答可靠性, 需要收发换能器分置并在其后半球空间填充的吸声材料。同时为了适应运输、布放和打捞的要求, 目标模拟器需要进行防护设计。
2.2 电源模块
电源模块由多个具有短路保护功能的高性能隔离型DC-DC模块构成, 主要负责为模拟接收通道模块、数字处理模块供电。除了输入电压范围较宽外, 选用隔离型DC-DC模块还可以避免功率放大模块对数字处理和模拟接收产生电磁干扰。其中电压3.3V为数字处理模块供电, 电压±5V负责为模拟接收通道和磁罗盘供电, 电压12V为深度传感器供电。
2.3 模拟接收通道
模拟接收通道模块主要用于接收信号的放大滤波, 以便于后续的数字处理, 模拟通道模块主要由前置放大、AGC控制、放大检波、滤波器四部分构成, 其原理框图见图1。
按照目标模拟器接收信号动态范围的大小合理分配各通道的增益大小, 表1是其中一种分配方式。
2.4 数字处理模块
数字处理模块用于对主动探测信号的实时在线分析以及应答回波信号数据流的生成, 其原理框图见图2。其中MCU0为系统管理模块, 负责数据记录、模拟器工作模式管理、姿态数据采集、水压数据采集以及与岸上显控台的数据交互。MCU1、DSP1、MCU2与DSP2构成了两个独立的数字处理通道, 分别完成两个主动探测信号的不间断实时在线分析与处理[4]。
2.5 功率放大模块
功率放大模块主要由两部分组成:前置放大电路和主功率放大电路。功率放大模块的前置放大电路采用一个集成功率放大器构成一个增益可调的放大电路, 将信号放大并经处理后输入到主功率放大电路。其主体电路采用BTL (Bridge Tied load, 桥接式负载) 放大电路, 负载的两端通过一个输出变压器分别接在两个集成功率放大器的输出端。电路采用输入隔离变压器将输入和后级功率电路部分进行隔离, 这样可以大大减少前后级电路相互间的干扰, 避免功率放大器信号产生自激。
3 系统工作过程
目标模拟器用于模拟所打击目标的回波特征, 因而必须可靠的判别出模拟器所接收到的主动探测脉冲信号的有无, 并估计出脉冲信号的到达时刻 (上升沿出现的时刻) 、脉宽以及功率等三个参数。在此基础上, 系统还必须根据目标模拟器当前的工作模式生成符合要求的应答回波信号。在硬件提供相应的计算资源后, 软件部分的设计关系到目标模拟器是否能够达到设计的技术指标要求。考虑到目标模拟器实时性要求较高, 其关键处理算法等子程序采用汇编语言编写, 以提高执行效率。对于流程控制等主程序采用C语言编写, 兼顾了实时性和稳定性的要求。
系统的软件可以分为探测脉冲检测和应答回波生成两大部分。其工作流程图如图3所示。
4 目标模拟器信号的探测
4.1 脉冲信号到达时刻、脉宽估计
当目标模拟器接收信号分析样本中包含所需信号时, 信号出现的时刻可以以分析样本中间时刻为信号的起始时刻。以正弦调频信号 (SFM) 为例, 设采样频率Fs=300k Hz时, 信号脉冲的持续时间5ms, 作1024点FFT分析, 相当于分析样本长度为1024/300000=3.413ms。在实际工作中, A/D为连续工作状态, 在两个连续的分析样本时间内, 考虑在最坏检测条件下的情形, 即信号脉冲的前、后两个半脉冲分别在相邻的两个连续分析样本内。仿真以前半个信号脉冲的检测为例说明。
当SNR=-10d B时, 2.5ms时长的SFM信号位于分析样本的后半段, 其频谱如图4和图5所示。
在两个连续的分析样本时间内, 由仿真分析可知, 在最坏的信号检测条件下, 可以检测出信号的出现时刻:即在肯定分析样本中有所需的信号后, 脉冲信号上升沿出现的时刻可以以分析样本中间时刻为信号的起始时刻。当以分析样本中间时刻为信号出现时刻时, 其脉冲信号上升沿时刻的最大时间误差为3.413ms, 由此引起的最大测距误差约5m。同样的, 也可估计出所接收到信号的下降沿时刻, 最大时间误差同上。因此可以估计脉冲信号的脉宽。
4.2 多信号识别
对于单个发射信号源来说, 主动探测脉冲信号的可靠检测及参数估计技术较为简单, 本文重点解决两个或以上主动探测脉冲信号的可靠检测及参数估计技术。
目标模拟器的模拟前端为宽带接收机, 在数字信号处理中, 采用数字窄带滤波器能可靠区分出带内两个不同频率的探测信号。考虑最恶劣的情况下, 即两个不同频率的探测信号同时到达, 并对此进行计算机仿真。
假设信号时宽均为5ms, 信噪比0d B, 一信号能量比二信号能量小约30d B, 对系统进行FFT分析。得到的接收信号谱图见图6。
经过255阶数字窄带滤波器后, 作FFT变换, 得到的谱图见图7。
由图6、图7对比分析可知, 数字窄带滤波具有较高的处理增益, 滤波后一信号能量比二信号能量高约24d B, 可实现信号能量相差较大情况下的可靠检测。
5 试验与验证
目标模拟器完成水池调试和标定后, 在湖上进行了自导寻的试验和目标模拟器功能性能验证试验。
试验场景布置如图8所示。大试验船抛锚, 发射换能器吊布在船头水下, 信号通过转接线缆引至船上, 由信号采集仪采集并监测模拟接收模块的输出结果。目标模拟器布放在小船上。在发射换能器吊放点与目标模拟器吊放处放置GPS, 来测量发射与目标模拟器水平距离。
图9是模拟接收通道模块实际接收到的信号。试验结果表明, 目标模拟器的设计达到预定指标, 可按照设定要求模拟目标回波的各项参数。
参考文献
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建筑物目标红外辐射特征的外场模拟 第7篇
随着红外精确制导技术的发展,红外仿真技术也从传统的点源目标模拟向面源目标模拟方面转变。目前国内红外仿真工作大都集中在基于计算机生成红外图像方面,更多研究偏重于利用软件生成红外图像上,很少涉及硬件模拟。在检验导弹红外制导系统及毁伤效果评估时,必要的靶场试验是必须的。在试验过程中,如果采用真实的目标,则成本非常高昂。同时,在某些特定条件下也无法采用真实目标来为导弹试验服务,比如油库,桥梁等。因此,研制能够适合外场使用的,可模拟某些大型地面目标在不同环境条件下红外辐射特征的模拟源具有重要的军事意义。
1 基本原理
对于红外成像制导而言,发现和识别目标利用的是目标区别于周围背景的辐射能量、辐射区域、辐射波段、外形轮廓等特征。由于任何辐射量的计算都可以由辐射亮度的计算得出,所以计算出辐射亮度后,就可以根据目标的实际形状得出目标的红外辐射特征。通常情况下目标可以认为是灰体或是不同灰体的组合,而灰体的反射是漫反射,发射是漫发射的,其辐射亮度与辐射出射度存在如下关系式[1]:
式中,L为目标辐射亮度,M为目标辐射出射度。根据普朗克辐射定律,对于黑体,其辐射出射度[2]为:
式中,Mb为黑体辐射出射度,λ是波长,C1是第一辐射常量,其值为3.742×10-16 W·m2,C2是第二辐射常量,其值为1.438 82×10-16 W·m2,T是黑体表面温度,则灰体的辐射出射度为:
式中ε为灰体的发射率。由式(1)、(2)、(3)可得:
由(4)式可以看出,目标各部分辐射亮度与目标的温度场及发射率相对应。如果选择某种合适的材料,控制其表面的温度场及发射率,使其各部分辐射亮度与目标对应部分的辐射亮度相同,就可以在某种程度上模拟目标的红外辐射特征。碳纤维加热布是近年来新发展的一种电加热材料,其内部为碳纤维材料组成的网状结构,表面为绝缘布,因而可以将其看成灰体,发射率恒定不变;加热布通电以后为面状发热,且可以按需进行温度控制。因此本系统选用碳纤维加热布作为加热材料。
目标的红外辐射特征与周围环境有关,在不同时间段,不同的气象条件下呈现出不同的辐射特征。红外成像系统发现目标主要依靠的是目标与背景的辐射亮度差别。当目标与背景的辐射亮度差别不大时,探测起来就很困难。因此,要模拟目标的红外辐射特征,就必须考虑环境及背景因素的影响。为了量化目标与背景的辐射亮度差别,定义目标与背景的辐射亮度差为:
式中,Cb为目标与背景辐射亮度差,Lo为目标辐射亮度,Lb1为背景亮度。假设试验时靶场环境下背景亮度为Lb2,则在模拟目标红外辐射特征时,应使模拟源各部分辐射亮度Lm与背景辐射亮度Lb2之差Cm满足下式:
即实际模拟目标红外辐射特征时,应该模拟目标与背景的辐射亮度差值,而不应孤立的模拟目标本身的辐射亮度。由式(5)、(6)可推得:
整套模拟源系统由主控计算机、红外热像仪、温度控制系统、碳纤维布、可充气长方形气模组成。整套系统如图1所示。
其模拟流程为:首先由主控计算机根据红外热像仪事先采集的被模拟目标的红外图像求得模拟源等效温度,然后由温度控制系统根据等效温度通过电加热的方式来控制碳纤维布表面温度值。碳纤维布通过尼龙搭扣固定在气模的表面,气模通过气泵充气成形。热像仪在模拟源工作时起实时监测碳纤维布表面温度场作用,并将温度信号传回主控计算机。
2 目标辐射亮度的获得
我们所用热像仪带有测温功能,因此利用热像仪可以获得被拍摄物体的温度分布,在实际使用时,为了求得被拍摄物体的辐射亮度,可以将热像仪的发射率参数设为1,即将物体等效为一个黑体。这时获得的温度T与Mb相对应,然后利用(2)式可以算出目标在测量波段的辐射出射度Mb,最后由(1)式求得物体的辐射亮度。这样,在发射率未知情况下仍能得到物体的辐射亮度,这里将求得的目标辐射亮度表示为Lo。
3 天空背景辐射亮度的获得
由于热像仪存在对焦问题,因此难以准确测量天空背景的辐射亮度,这里采用理论计算的方法求得天空背景辐射亮度。目前获取天空辐射的方法主要有3种,第一种是用大气纠正软件,如MODTRAN和LOWRTAN等,这种方法需要实时的探空资料[3]。第二种方法是用窄视场角的红外辐射计对天空不同方位角、不同高度角进行测量,再进行加权平均,或是在天空十分均匀的时候,只测量37°一个高度角来代表整个天穹的大气下行辐射[4]。第三种方法是根据2 m(1.5 m)高度的空气温度和湿度来估算。Brutsaert给出了利用实际水汽压和空气温度的关系式来计算天空比辐射率εα的关系式[5,6]:
其中,εα是大气比辐射率(无量纲),Tα为空气温度(K),eα为水汽压(hPa)。在无云天气条件下,天空辐射主要来自覆盖在地表的大气与空气湿度,根据斯蒂芬-波尔兹曼定律,可推出用空气温湿度求天空辐射度的经验式:
其中,σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数,其值为5.67×10-8 W/(m2·K4);Rld为天空辐射,Tα为离地面2 m处的空气温度(K),式中水汽压eα可由下面公式算得:
其中,Rh为空气相对湿度,可由湿度计测得,T0取273.16 K。本文采用第三种方法来求取目标环境下天空背景辐射亮度,将天空看成灰体,则天空背景辐射亮度与天空辐射度存在如下关系:
4 模拟源等效温度的计算
由于被模拟目标的发射率与碳纤维加热布的发射率不一定相同,为了使碳纤维加热布的辐射亮度与被模拟目标的辐射亮度相同,需要进行碳纤维加热布等效温度的计算。对于碳纤维加热布,根据普朗克公式,在已知发射率的情况下,其辐射亮度为:
如果考虑碳纤维加热布反射环境的辐射能量,则碳纤维加热布的红外辐射主要由下面几部分组成:碳纤维加热布自身的辐射,反射地面的辐射,反射大气的长波辐射。为了简化计算,我们只考虑碳纤维布自身的热辐射,由式(12)可以看出,辐射亮度L与温度T的关系比较复杂,已知L不易由式(12)反求温度T。我们采用的方法是:首先根据公式(12),利用matlab工具软件作出温度与辐射亮度关系曲线,然后利用插值法求取碳纤维布需要达到的温度,最后将matlab程序固化到主控程序中,在使用时,可由主控计算机根据模拟目标的辐射亮度调用该程序来确定温度值,从而获得碳纤维布需要达到的温度值。
5 模拟源温度控制系统的实现
求得碳纤维布需要达到的温度后,就要通过温度控制系统来控制碳纤维布表面温度。模拟源温度控制系统由带有485通信接口的温控仪表、传感器、继电器开关、加热电源组成。将传感器粘贴于碳纤维布表面,用以获取碳纤维布表面温度值。实际使用时,由操作人员通过主控计算机向温控仪表发送温度设置命令,温控仪表根据传感器传回的温度信号自动控制继电器的开关,从而实现对碳纤维布表面温度的控制。其基本原理如图2所示。
6 试 验
为了验证整套模拟源系统在外场的使用性能,我们于2008年1月28日夜19时在北方某地进行了外场试验。试验时,环境温度为-10.5°C,微风,晴朗夜空,背景为天空,地面为水泥地。模拟目标数据:局部区域辐射亮度Lo=35.9 W/(sr·m2);天空背景辐射亮度Lb1=25.2 W/(sr·m2);试验现场天空背景辐射亮度Lb2=20.4 W/(sr·m2),则由式(7),可算得碳纤维布所需要达到的辐射亮度为Lm=31.1 W/(sr·m2),由Matlab程序求得温度T=-3.8°C。当温控仪表设置温度为-3.8°C时,在微风条件下,碳纤维布表面温度跳动在±0.6°C。现场采集的红外图片如图3所示。
实验时并没有在气模表面挂满碳纤维布,而只是悬挂两片碳纤维布用以验证温控系统在外场的控温性能。图3为热像仪在10 m距离处拍摄的图片。
7 结束语
试验证明通过电加热碳纤维布的方法,可以在一定程度上模拟表面材料类型单一的建筑物在不同环境温度条件下的二维静态红外辐射特征,能够满足外场导弹试验的需求,为外场模拟简单建筑物红外辐射特征提供了手段。但要精确模拟建筑物红外辐射特征,还存在一些问题,比如:
(1)碳纤维布表面温度分布均匀性不如建筑物材料好,因此近距离观测时,与真正建筑物红外辐射特征还存在差距,但远距离观测时,基本满足导弹搜寻目标的需要。
(2)由于碳纤维布的热惯性比较小,在风力比较大的情况下,稳定控制其表面温度难度比较大,因此有必要进行大量的外场试验,以便摸清碳纤维布在不同风速下的温度变化规律,研究专门用于碳纤维布温度控制的温控系统是今后要努力的一个方向。
摘要：为实现外形简单建筑物目标局部红外辐射特征的外场模拟,从目标红外图像出发,利用近年来新出现的碳纤维加热布,采用电加热的方式设计了整套模拟源系统,并进行了相关试验。试验结果表明整套模拟源系统能够模拟外形简单建筑物的二维红外辐射特征。最后提出了模拟建筑物目标红外辐射特征时应考虑建筑物目标天空背景辐射亮度与模拟源现场天空背景辐射亮度差异的观点。
关键词：红外仿真,外场模拟,建筑物
参考文献
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一种侦察校射雷达目标模拟器的设计 第8篇
某型活动目标侦察校射雷达采用了高重频BK码调相及低重频M序列码调相两种大工作比(20%,48%)的脉冲压缩体制,使得该雷达在隐身性能,抗干扰性能,探测性能,攻击(校射)性能,机动性能等方面更加优越[1]。为提高装备使用人员的实际操作能力,我们研制雷达多目标模拟器。该目标模拟器是雷达多目标跟踪测量的专用设备,主要用于在平时的训练中提供多种工作方式和多目标的检验环境,以便进行雷达参数测量。模拟器在设计中主要应用了现代仿真技术和数字信号处理技术,具有灵活性、低成本和高逼真的特点。
1目标模拟器实现方案
在本模拟器的设计中,主要是完成雷达回波信号的高逼真目标仿真[2],其内部采用单通道DMRF结构,在较窄的频带范围(ΔB)内,将雷达接收机的120MHz中频信号S(t)经过二次变频得到20MHz的基带信号,进行相干储频,利用软件实现信号的连续延迟。根据测试的需要,将目标从存储器中读出,转换成模拟信号输出。可模拟多路固定目标,其杂散抑制可达45dBC,推广应用可精确测量雷达的改善因子。
其中雷达信号经检波获得的ST信号一路作为CPLD的启动信号,另一路作为雷达的零距离脉冲。
本方案的原理方框图如图1。
1.1A/D、D/A采样频率的选择
该储频方案采用单通道幅度采样DRFD方式。假设经过二次变频后的输入信号频率范围为
即:
根据奈奎斯特采样定理,采样时钟的频率fc应满足:
将(2)式带入(1)式,得:f0=4ΔB。
采用的雷达中频带宽为ΔB=12 ΜΗz,故fc选用100 ΜΗz可满足高速采样。fc取自雷达的频综。
1.2系统的量化噪声
该目标模拟器今后的推广应用是能精确测定雷达的改善因子。根据实际情况设计雷达的抗地物杂波干扰指标为:改善因子≥40 dB,所以在器件的选择时要充分考虑这一点。A/D变换器采用ADI公司的AD9071,该芯片为10 bit,100 Ms/s ADC,在信号满量程变换的条件下,量化引起的信噪比:SNR≈6.02×10+1.76=61.96 dB
这一计算结果能满足杂散抑制≥45 dBc的设计指标要求。
1.3双端口存储器的工作模式
双端口高速数字存贮器是实现储频技术的关键器件。本方案选择CYPRESS公司的CY7C09279V-6芯片。这是一片16 bit、存贮深度达32 K的高速COMS存储器,它内部含有两个完全独立的输入、输出端口,允许在同一时间内对同一内存单元进行数据的存、取。数据存取最短时间为6.5 ns,最多可存储320 μs长度的延迟数据。它具有直通模式(数据建立时间tcd=18 ns)和流水线模式(tcd=6.5 ns)两种方式,本机采用了边读边写的流水作业模式。
DMRF的流水线模式对于重复频率较低的脉冲体制雷达,允许有长时间的目标延迟而不会产生距离模糊,“先进先出”的流水模式没有任何问题。但当雷达工作在高重复频率下,较长的延迟时间就会产生距离模糊。如图2所示(tr>Tr)。本方案研究的“侦察校射雷达目标模拟器”对应的是高、低重频交替工作的脉冲体制雷达,因此,在高重频状态下,需增加“循环读写”工作模式,解决距离模糊问题。
1.4可编程逻辑器件的应用
存储器的写、读控制需要较高的时钟频率及较快的指令周期。这一点,利用软件很难实现。随着高速大容量可编程逻辑器件(CPLD)的出现[4],使得利用硬件电路代替软件来完成高速系统的控制完全成为现实。本方案中选用EPM7256作为存贮器的延迟控制及多目标形成。该系列器件提供多达5 000个可用门和系统可编程(ISP)功能,其引脚到引脚延时可达5 ns,计数器频率高达175.4 MHz,特别适用于实现高速、复杂的组合逻辑[4]。目前在CPLD中分别完成了高重频目标、低重频目标的读、写控制;相干多目标的形成;增益放大器的电平控制等多项功能。
1.4.1 低重频目标形成
将雷达中频脉冲变频后解调下来,其包络ST作为CPLD的启动信号,形成写信号的前沿,将ST延迟2个机器周期后,利用其后沿来关断写脉冲,这样形成的写信号CEIL要比ST延迟2个机器周期,确保雷达中频脉冲完全写入存贮器件中。键盘输入的延迟值,经锁存器后到达比较器的输入端,同写前沿相比形成迟延后的读脉冲前沿。同时ST信号还要作为一路数据,与A/D形成的DATA一起写入存储器,在读脉冲前沿作用下被读出,形成STN信号,其后沿用于关断读脉冲。
1.4.2 高重频目标形成
模拟器在判断出当前为高重频状态后,向CPLD发出“清零”信号。CPLD依据该信号形成周期为300 μs、宽度为10 ns的写脉冲信号,将A/D变换后的雷达中频每隔300 μs重复写入双端口的左口,同时右口连续输出[5]。这种方式每隔一定时间将左右口地址清零一次,两口清零的时间延迟按照所要求的距离延迟设置。写脉冲与延迟值一同送往比较器,形成具有一定延迟值的读脉冲。“循环读写”工作模式要求存储器的时间长度应大于最大延迟时间。
1.4.3 数字调制器
为了提高信杂比,将存储器的数据输出至CPLD中。在CPLD中设计一组数字调制器,它由若干与门与10根数据线组成,与门的输出受控于读信号“ST”,旨在需要在回波信号的期间,有信号输出至D/A,这将有效改善输出的通断比。
在芯片内还设计了A/D、D/A的100 MHz时钟形成电路,对外部高、低重频的判断响应电路以及A/D溢出个数的计数电路等[6]。该设计经过了电路检测、逻辑仿真(前仿真)、时序仿真(后仿真)及定时分析,达到了设计预期。
2DSP控制部分
这部分由单片机系统、键盘、显示接口、D/A增益控制、CPLD控制等电路组成,软件采用AMS196汇编语言编制,采样一定的算法,对不同速度的目标进行的目标进行精确移动控制[7]。主流程如图3。
在计算算法中,采用一种速率累加器,实现对不同的目标速率的跟踪。设目标运动速率为V,最大速率设计为1 500 m/s,目标延迟分辨△R=1.5 m。以1 ms为累加单位进行速率加数:N=(V×1 ms/△R)×216 H。
当Vmax=1 500 m/s,△R=1.5 m,
则最大速率累加数为N=(1 500 m/s×1 ms/1.5 m)×216 H=FFFFH
对应的当前速度加数为:N=(V/1 500)×FFFFH
累加器的算法为:N=N0+N (N0的初始值为0)。
此种算法是将当前输入的延迟值折算为最大延迟的倍数,用软件查询溢出以确定累加值。
3结论
本目标模拟器的样机通过与雷达的联机测试,首次实现了对雷达接收系统中频信号的模拟,能直接检测雷达接收系统除高频部分外的所有器件,提高了雷达接收系统的故障定位能力。基本达到设计指标。该模拟器的设计和实现,将在很大程度上提高雷达操作人员的实际动手能力,有效达到培养雷达操作手的目的。同时该目标模拟器的实现还为今后对其他型号雷达模拟器的设计积累了经验,为进一步研制高质量的产品打下了坚实的基础。
参考文献
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模拟目标 第9篇
关键词：机器视觉,彩色图像分割,目标识别,OpenMV,MicroPython
随着无人机的不断发展, 无人机无论是在军用、民用, 还是商业化的应用上都越来越广泛。现代化战争对武器系统的防御能力要求越来越高, 因此需要研制功能精度兼备, 且反应灵敏的战斗或侦察机。[1]在自然灾害勉强, 更能显出人力的微弱, 无人机在灾害物资运输、人员搜救上的应用也必然成为趋势。[2]随着电商的兴起, 也引起了物流行业的人员紧张, 在条件比较有限的地区, 依靠人力进行物流配送也遇到了一定的困难, 无人机物流配送将解决这一难题。直升机是典型的军民两用产品, 可以广泛地应用在运输、巡逻、旅游、救护等多个领域。论文针对以上三个问题, 设计并实现了一个直升机搭载的、实时性好、可靠性高, 且无人为干预的全自动模拟目标搜救系统。
1 搜救系统开发环境介绍
1.1 Micro Python
Python是一款比较容易上手的脚本语言, 而且有强大的社区支持, 一些非计算机专业领域的人都选它作为入门语言。遗憾的是, 它不能实现一些非常底层的操控, 所以在硬件领域并不起眼。Micro Python是一个Python 3的精简和高效的实现编程语言, 它包含了Python标准库的一个小子集, 同时优化了在微控制器和受限环境中的运行。借助Micro Python, 用户完全可以通过Python脚本语言实现硬件底层的访问和控制, 比如说控制LED灯泡、LCD显示器、读取电压、控制电机、访问SD卡等。
1.2 Open MV
Open MV是一个基于STM32F4xx ARM Cortex-M4单片机和OV2640图像传感器的开源微型机器视觉模块。Open MV上搭载了一个Micro Python解释器, 能够使用Python编程来实现一系列功能, 包括IO端口的控制、读取文件系统等基础功能, 也可以实现人脸检测和跟踪、关键点提取、颜色跟踪等功能。
1.3 LAB色彩模型
LAB是由明度 (Luminosity) 和有关色彩的a、b三个要素组成。L表示明度, a表示从洋红色至绿色的范围, b表示从黄色至蓝色的范围。LAB色彩模型不依赖于设备、色域宽阔, 它包含了RGB、CMYK的所有色域, 人的肉眼能感知的色彩, 都能通过LAB模型表现出来。另外, LAB色彩模型弥补了RGB色彩模型色彩分布不均的不足。搜救系统为了在图像的处理过程中保留尽量宽阔的色域和丰富的色彩, 最终选择了LAB色彩模型。
2 全自动模拟目标搜救系统设计
2.1 全自动模拟目标搜救系统模块设计
全自动模拟目标搜救系统主要包括飞行机器人控制模块、机器手控制模块, 目标自动追踪模块, 如图1所示。
飞行机器人控制模块, 由于直升机静稳定性不好, 所以需要控制器对其进行增稳和控制, 以使系统性能满足特定的指标要求。[3]飞行机器人控制模块通过陀螺仪来控制增稳, 使飞机自动保持定向飞行。[4]在飞机着陆并进入稳定状态后, 飞行机器人控制模块会触发机器手控制模块, 并等待机器手模块返回启航信号。
机器手控制模块, 在收到抓取/投放信号后, 触发目标自动追踪模块以获得目标的坐标, 在获得目标坐标后触发目标自动追踪模块进入休眠状态。为了保证抓取稳定性, 机器手控制模块通过大力螺旋的收取规划方法, 在获得目标坐标后, 螺旋下落抓取目标。[5]在获得目标后触发飞行器启航, 直达再次被触发启动时释放目标。
目标自动追踪模块, 主要实现目标的自动定位及实时追踪, 在机器手操作期间进行路线实时校正。[6]该模块通过图像传感器实时获取图像, 然后对获得的彩色图像进行阈值分析, 选取指定目标, 获取目标的中心坐标, 传输给机器手控制模块。[7]该模块实时追踪的中心坐标, 为机器手提供目标的坐标, 防止机器手在操作期间出现路线的偏移, 确保目标的准确定位。
2.2 全自动模拟目标搜救系统流程设计
全自动模拟目标搜救系统流程 (图2) 说明:
1) 飞行机器人稳定飞往目标区域, 当机器人进入稳定状态, 机器手控制模块通过串口通信向目标自动追踪模块发送搜索指令。
2) 目标自动追踪模块收到搜索指令后, 通过对LAB色彩模型的彩色图像进行阈值分割, 并锁定目标。目标自动追踪模块在获得目标中心坐标后, 将结果传输给机器手控制模块, 等待机器手返回睡眠指令, 该模块进入睡眠状态, 等待机器人的下一个搜索指令。
3) 机器手控制模块在获得目标中心坐标后, 进行目标抓取, 在抓取到目标后传输指令触发目标自动追踪模块进入休眠状态, 并触发飞行机器人控制模块进行下一个操作。
4) 机器手在抓取到目标后触发飞行机器人, 进行返航。
5) 飞行器自主返航到安全区, 触发机器手释放目标, 判断目标是否全部解救, 如果不是则跳到1., 否则结束飞行, 目标全部被解救。
3 目标自动追踪模块实现
目标自动追踪模块采用Open MV摄像头开发板上的M12镜头座子, 和一个2.8mm焦距、92°视角的镜头来获取实时图像。模块在Open MV上搭载的Micro Python解释器进行图像处理, 通过LAB色彩模型进行彩色图像阈值分割, 通过形态学特性选取对目标进行定位, 从而实现目标的识别和追踪。[8]
搜救系统提前设置目标特征阈值、目标数量, 每次仅对一个目标进行追踪。目标自动追踪模块通过Micro Python中image库中的find_blobs函数进行目标的搜索。find_blobs函数通过参数thresholds确定目标的阈值范围, 对于彩色图像, thresholds是一个一维数组, 包含六个LAB色彩模型的阈值参数, 该阈值通过试验获得, 连通ROI (感兴趣区域) , 并返回一个包含结果坐标、大小等特性的List。为了更精确的获得目标, 系统通过给定目标的形态学特性在find_blobs函数返回的List中选取最为匹配的区域, 并计算中心坐标。
目标自动追踪模块通过Open MV的串口3, 对应GPIO (General Purpose Input Output, 通用输入/输出) 为 (PB10, PB11) , 用来与机器手控制模块进行数据交互。机器手控制模块准备就绪后向目标自动追踪模块传送搜索信号。目标自动追踪模块读入搜索信号后启动图像采集传感器。实时采集到的图像经过处理后, 将中心坐标再通过串口3写出, 并停止搜索目标直到下一个搜索信号到来。
4 仿真结果
仿真运行在Windows 8.1 64位系统, Intel (R) Core (TM) i5-3210M CPU@2.50 GHz处理器, 2G内存, 在Open MV IDE环境下进行, 先预设目标的阈值范围、形态学参数, 并等待搜索信号。
4.1 目标自动追踪仿真
在收到搜索信号后, 目标自动追踪模块启动摄像头传感器获取彩色图像, 图像大小为320*240, 帧速率为15 FPS。该模块通过预设的目标阈值范围对图像进行阈值分割, 并获得目标的中心坐标, 图3展示的是图像传感器获取的图像经过处理后将目标的坐标标示出来。图4展示出该图像在LAB色彩模型下的直方图。
4.2 串口数据传输仿真
串口通信的原理如图5所示。
目标自动追踪模块在系统启动后进入等待状态, 直至收到来自机器手控制模块的搜索信号。此时, 该模块将运行目标自动追踪程序, 并将获得的中心点坐标反馈到串口3, 并进入等待状态。机器手控制模块收到中心点坐标后向目标自动追踪模块反馈一个标志数据, 并结束本次通信。目标自动追踪模块在收到这个标志数据后结束本次通信, 等待下一次唤醒。通信仿真如图6所示。
5 结束语
通过全自动模拟目标搜救系统可以对目标进行准确的抓取与投放, 准确率达98%。同时, 系统采用的摄像头传感线频率快, 系统的图像处理速度快, 平均每次准确追踪仅需83ms, 具有良好的时效性。由于Open MV搭载的图像传感器像素较低, 获得的图像信息量有限, 这就是使得飞行机器人必须精确的导航到目标区域。
参考文献
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蜗杆传动在目标模拟器中的应用 第10篇
在各种仪器和设备中蜗杆的应用是非常广泛的, 蜗杆传动的优点是:单级传动比大, 结构紧凑;一般动力传动其传动比范围为10~80, 在分度机构中传动比可达1000;传动平稳, 冲击振动小, 噪音低;可实现自锁。缺点是:少头数的蜗杆传动效率较低, 常需要贵重的减摩性有色金属, 故不宜用于大功率传动。
在光学系统中, 有些摆镜、透镜在运动的过程中会有间隔停顿的需求, 且这些运动停顿一般要求自锁, 所以我们可以采用蜗杆传动来实现其自锁的功能。考虑一般蜗杆为主动件, 直径小, 应选用齿面硬度高、刚性好的材料。一般用钢制造。而蜗轮则用耐摩擦、减磨性能好的材料。通常以齿面间的相对滑动速度的大小来选择蜗轮齿圈的材料。
在某型目标模拟器的设计开发过程中, 针对电动调整不同的光栏孔的要求, 即电机每转动一定的角度就会出现一个对应的光栏孔, 且在一定的时间内该光栏孔位置固定不变, 采用了蜗杆传动的结构形式, 本文就光学系统中的蜗杆传动结构设计问题进行研究。
1 目标模拟器工作原理
某型目标模拟器是生产装调过程中对产品进行综合测试和调整的主要设备。它提供在几种特定技术状态下的主目标和两个相互独立的干扰目标。干扰目标的能量、运动方向、运动速度以及出现的时间, 可以在技术要求的范围内进行设定。该设备所用光学器件少, 光路短, 空间尺寸小, 控制精度高, 使用方便。
目标模拟器采用带有黑体的平行光管目标模拟器, 整个目标模拟器安装在电动转台上。
2 蜗杆传动
目标模拟器光栏孔的运动由蜗轮蜗杆的转动来实现, 传动比较大。
蜗杆的材料一般用钢制造, 蜗轮通常以齿面间的相对滑动速度的大小来选择蜗轮齿圈的材料, 常用的材料有:锡青铜, 减摩性和抗胶合性能较好, 用于相对滑动速度>6m/s, 允许滑动速度可达25m/s的较重要场合, 但价格较高;无锡青铜, 其强度较高, 铸造性能好, 耐冲击, 价格便宜, 但抗胶合性能较前者差, 仅适用于速度不高即相对滑动速度≤6m/s的场合;灰铸铁, 仅用于相对滑动速度≤2m/s的传动。
另外在装配调试中发现, 蜗杆传动始终存在间隙, 这是因为蜗轮蜗杆的精度再高, 受齿轮轴、轴固定孔加工尺寸误差和装配误差的影响, 蜗轮蜗杆间隙不可能完全消除。这就要求在设计时要考虑到怎样消除蜗轮蜗杆间隙的问题。
消除蜗轮蜗杆间隙有以下几个措施:
(1) 减小中心距;
(2) 铰销蜗杆轴加弹簧, 利用弹簧力消除所有齿间隙, 主要适用于轻载荷;
(3) 在结构空间许可的情况下, 使用分裂蜗轮, 可消除部分齿间隙;由于蜗杆传动蜗杆很难恰在蜗轮中面, 沿蜗轮轴向分力使分裂蜗轮侧向松动, 齿面不能很好接触, 不做精度高的传动。主要适用于轻载荷;
消除蜗轮蜗杆间隙, 只是如何提高蜗杆传动链传动精度的一种方法, 在进行结构设计时, 就应综合考虑, 怎样能最大限度的降低各种误差的影响, 以下是目标模拟器蜗杆传动结构设计时的一些经验:
a.合理地提高零件的制造精度;以便消除和减少产生误差的根源。
b.合理的设计结构。
c.装配时进行适当的研磨以消除偏心等误差, 或在大量生产时, 选择装配以减少偏心误差的影响。
d.蜗轮的宽度应小一些, 以减少齿向误差。但是齿宽不能太窄以免加工中变形。
e.蜗轮与轴的连接尽可能消除间隙与偏心, 或蜗轮与轴做成整体。
此外, 新型的蜗杆传动方式的应用, 也可以大幅提高传动精度, 双导程精密无间隙蜗轮副传动就是一种。
3 双导程蜗轮副传动
双导程蜗轮副的啮合原理与一般蜗轮副的啮合原理相同。蜗杆的轴向截面相当于基本齿条, 蜗轮则相当于其啮合的齿轮。虽然蜗杆齿左右侧面具有不同的齿距 (即不同的模数) , 但因同一侧面的齿距相同, 故没有破坏啮合条件, 当轴向移动蜗杆后, 也能保证良好啮合。
其特点:
a.啮合间隙可调整得很小, 根据实际经验, 双导程蜗轮蜗杆侧隙调整可以小至0.01~0.015mm, 而普通蜗轮蜗杆副一般只能达到0.03~0.08mm, 再小就容易咬死。因此, 双导程蜗轮蜗杆副能在较小的侧隙下工作, 这对提高设备的传动精度非常有利。
b.普通蜗轮副是以蜗杆沿蜗轮作径向移动来调整啮合侧隙, 从而改变传动副的中心距, 从啮合原理角度看, 是不合理的, 因为改变中心距会引起齿面接触情况变差, 甚至加剧磨损, 不利于保持蜗轮副的精度。双导程蜗轮蜗杆是以蜗杆轴向移动来调整啮合侧隙, 不会改变中心距, 可避免上述缺点。
c.双导程蜗轮蜗杆是用修磨调整环来控制调整量, 调整准确, 方便可靠;而普通蜗轮副的径向调整量较难掌握, 调整时也容易产生蜗杆轴线歪斜。
d.双导程蜗轮蜗杆比较特殊, 由于齿左右侧的导程不一样, 形成了齿厚均匀变化的外观。在使用中如果因为磨损导致传动间隙增大, 这时只要调整一下蜗杆的轴向位置, 可以使蜗轮蜗杆传动副恢复到原来的精度, 不需要更换新的蜗杆、蜗轮。非常经济、实用, 多用于精密传动。
e.双导程蜗轮副的蜗杆支撑在支座上, 只需保证支撑中心线与蜗轮中截面重合, 中心距公差可略微放宽, 装配时, 用调整环来获得合适的啮合侧隙, 这是普通蜗轮副无法办到的。
由此可见, 双导程蜗轮副传动有普通蜗杆传动所无法比拟的优点, 对于设计人员来说, 只需根据结构的传动要求和技术指标, 可直接向生产双导程蜗轮副的厂家购买, 根据自己需要组装。
4 结束语
光学系统中的蜗杆传动结构设计是一项非常复杂的工作, 必须综合考虑各个方面的因素和影响。传动结构设计中还应该考虑电机的选用、固定及位置的微调, 在安装调试过程中还要对电机的技术参数进行调节, 以使系统的低速平稳性、高速可靠性及重复定位精度达到最佳。装配的过程也是一个重要的因素, 尤其是蜗轮蜗杆的装配, 对系统的传动性能和精度影响都很大。
参考文献
[1]光学仪器设计手册.国防工业出版社, 1981.[1]光学仪器设计手册.国防工业出版社, 1981.
[2]机械设计手册.机械工业出版社, 1991.[2]机械设计手册.机械工业出版社, 1991.