CN102289231B - 同步于绝对时的光电跟踪仪接收控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步于绝对时的光电跟踪仪接收控制电路。置入光电跟踪仪控制计算机中的接收控制软件在接收到北斗或GPS授时器的秒脉冲和绝对时间码时，随即向控制电路发出有效使能信号，由此控制计数器在下一个秒脉冲信号时对授时器输出的微秒脉冲信号计数，接收控制软件计算出与第二个秒脉冲对应的绝对时间数据，并将该时间数据与计数信号合成而获得光电跟踪仪的绝对时标。本发明解决了光电跟踪仪各部分与绝对时同步工作的问题，从而使光电跟踪仪在实弹射击试验时获得的数据可与理论弹道数据进行比对，并可实时监控弹发射和进行安全控制。本发明电路简单、易实现，获取数据占用控制计算机的时间少，精度和稳定性高。

Description

同步于绝对时的光电跟踪仪接收控制电路

技术领域

本发明属于同步控制技术领域，主要涉及一种光电跟踪仪用的同步接收控制电路，尤其涉及光电跟踪仪同步绝对时的接收控制电路。 

背景技术

未来武器系统的发展，要求具有绝对时并同步于绝对时，绝对时也称为世界协调时，在我国为北京时。绝对时的获取是通过北斗或GPS授时器接收导航卫星信号而产生的，输出有秒脉冲、微秒脉冲等信号，同时通过RS232串行口在每一个秒脉冲的上升沿输出绝对时间码，其精度和稳定性很高，可达到皮秒量级。 

光电跟踪仪具有多个光电探测器，如激光测距机、电视和红外探测器，这些探测器必须与系统同步工作。光电跟踪仪同步控制的原理为接收W20ms外同步信号，通过内部时统电路生成1ms、N20ms的时钟信号和视频复合同步信号，这些信号与W20ms外同步时钟信号完全同步；其中1ms时钟信号作为伺服控制系统软件运行的同步信号，N20ms时钟信号作为控制软件运行时钟、系统网络通讯时钟、激光测距机发射激光的时钟，视频复合同步信号作为电视和红外探测器的外同步信号；通过这些同步信号的控制，使光电跟踪仪各部分有序工作，严格控制激光测距机在电视和红外的场消隐期发射，控制各传感器数据同步采集，采集数据实时发送到武器系统，从而提高了光电跟踪仪的跟踪精度、稳定性和可靠性。目前光电跟踪仪所接收的W20ms外同步信号由武器系统时统电路产生，与绝对时不同步，没有绝对时间码等，因此要实现光电跟踪仪与绝对时同步工作，需要设计一种接收控制电路将授时器输出的绝对时间及秒脉冲、微秒脉冲信号传输给光电跟踪仪，使光电跟踪仪各部分与绝对时同步工作，获取目标在绝对时间下的位置数据，解决目标空时测量的问题，实现对目标准时精确的打击。此外进行实弹射击试验时，光电跟踪仪测量出目标在绝对时间下的弹道数据与理论弹道数据进行比对，可实时监控弹发射，进行安全控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种嵌入光电跟踪仪中的同步接收控制电路，以接收授时器输出的绝对时间码及秒脉冲、微秒脉冲信号，使光电跟踪仪各部分与绝对时同步工作。 

为解决上述技术问题，本发明提供的同步接收控制电路包括控制电路、计数器及置入光电跟踪仪控制计算机中的接收控制软件包，所述的控制电路含有第一、第二D触发器和与门电路，第一D触发器的时钟输入端接收光电跟踪仪控制计算机输出的计数使能信号，当计数使能信号为正脉冲有效使能信号时，第一D触发器被该脉冲信号的上升沿触发且其输出端由低电平变为高电平，与门电路对第一D触发器输出的高电平和授时器输出的秒脉冲信号进行逻辑“与”处理后，在所述秒脉冲信号的上升沿触发所述第二D触发器，使第二D触发器输出的计数控制信号由低电平变为高电平并保持高电平，当所述控制计算机同时向第一、第二D触发器的清除输入端送入有效计数清零信号时，第一、第二D触发器的输出端均由高电平变为低电平；所述计数器接收所述授时器输出的微秒脉冲信号、所述第二D触发器输出的计数控制信号和所述控制计算机输出的计数清零信号，若所述计数控制信号为高电平，计数器对所述授时器输出的微秒脉冲信号计数，且在计数过程中向所述控制计算机输出20ms时钟信号，当所述控制计算机输出的计数清零信号为低电平信号时，计数器清零；所述接收控制软件包含有初始化模块、控制模块、时间码采集模块、时间合成模块和输出模块，初始化模块在光电跟踪仪上电工 作后，向控制电路和计数器输出有效的计数清零信号；时间码采集模块在接到对时命令时检测授时器输出的秒脉冲信号和北京时间码串，当检测到授时器输出的当前秒脉冲信号即第一秒脉冲信号的上升沿时，时间码采集模块接收与该秒脉冲信号对应的北京时间码串，给北京时间码的秒数据加1得到与授时器第二个秒脉冲信号对应的时间数据并作为光电跟踪仪工作的绝对时间基准，随即向控制电路输出一个有效计数使能信号；时间合成模块根据计数器第一输出端输出的时钟信号，从计数器的第二输出端读取计数信号，将该计数信号换算成高精度的时间数据并与所述光电跟踪仪的绝对时间基准合成，从而获得光电跟踪仪的绝对时标即北京时间；输出模块上报光电跟踪仪获得的目标运动数据和对应的北京时间。 

本发明的有益效果体现在以下几个方面。 

(一)本发明设计的同步接收控制电路作为连接授时器和光电跟踪仪的桥梁，光电跟踪仪上电后，接收控制软件包通过串行口在第一个秒脉冲的上升沿接收授时器输出的绝对时间码，通过对第一个秒脉冲时的绝对时数据简单的加1处理而得到了第二个秒脉冲的绝对时数据，并以此作为光电跟踪仪工作的绝对时间基准。通过控制电路准确控制计数器在第二个秒脉冲的上升沿对微秒脉冲开始计数，计数器产生的20ms时钟信号作为光电跟踪仪的外同步信号，使光电跟踪仪各部分在绝对时下有序工作。通过对绝对时间基准与计数值合成，得到了光电跟踪仪工作的绝对时间，由此解决了光电跟踪仪接收绝对时并同步于绝对时的问题。 

 (二)由于本发明中的接收控制软件包只在第一个秒脉冲到来时接收一次绝对时间码数据并处理后作为时间基准，利用时间基准与计数值合成产生后续的绝对时间，而不是针对所有秒脉冲都接收授时器输出的绝对时间码。由此，减少了接收控制软件包占用控制计算机的运行时间，从而减轻了光电跟踪仪控制计算机中主控软件运行的负担，提高了控制计算机对光电跟踪仪 系统的实时控制和处理能力，同时得到的绝对时间数据精度和稳定性高。 

(三)本发明将控制电路、计数器由可编程逻辑电路CPLD实现，而不需要附加硬件电路，因此，本发明具有占用空间小、性价比高的特点。 

附图说明

图1是本发明接收控制电路的原理框图。 

图2是本发明接收控制电路中所涉及信号的时序图。 

图3是本发明接收控制电路所接收的北京时间码格式图。 

图4是本发明接收控制电路优选实施例的电路组成图。 

图5是本发明中接收控制软件包的工作流程图。 

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步详述。 

正如图1所示，本发明优选实施例提供的同步接收控制电路包括由第一、第二D触发器和与门电路组成的控制电路A，计数器B及置入光电跟踪仪控制计算机中的接收控制软件包。控制电路A和计数器B对应接收授时器输出的秒脉冲信号和微秒脉冲信号(参见图2中的第1和第3个信号)。光电跟踪仪控制计算机通过RS232串行口与北斗或GPS授时器连接，接收控制软件包接收授时器输出的绝对时间码(参见图2中的第2个信号)并将其和计数器B输出的计数信号合成后，使光电跟踪仪工作时序和北京时完全同步。绝对时间码为NEMA-0183格式的北京时间码串(参见图3)。 

根据图4所示，控制电路A由第一、第二D触发器和与门电路组成，第一、第二D触发器的型号均为74LS74，与门电路的型号为74LS08。在第一D触发器中，数据输入端2和置位输入端4接固定不变的高电平，时钟输入端3接收控制计算机输出的计数使能信号，清除输入端1接收控制计算机输出的计数清零信号。当控制计算机向清除输入端1输出无效计数清零信号即高电 平信号时，输出端5保持现有状态不变，当控制计算机向清除输入端1输出有效计数清零信号即低电平信号时，第一输出端5为低电平。当控制计算机向时钟输入端3输出有效计数使能信号即正脉冲信号时，该正脉冲信号的上升沿触发第一D触发器，使其输出端5由低电平变为高电平。与门电路的第一输入端6和第一D触发器的输出端5连接，与门电路的第二输入端7接收授时器输出的秒脉冲信号。在与门电路中，当第一输入端6为低电平时其输出端8为低电平，当第一输入端6为高电平时其输出端8的信号随输入端7变化，即输出端8亦为秒脉冲信号。在第二D触发器中，时钟输入端11和与门电路的输出端8连接，数据输入端12和置位输入端10接固定不变的高电平，当控制计算机向清除输入端13输出无效计数清零信号即高电平信号时，第二D触发器的输出端9保持现有状态不变，当控制计算机向清除输入端13输出有效计数清零信号即低电平信号时，输出端9输出的计数控制信号为低电平。当时钟输入端11的秒脉冲信号上升沿触发第二D触发器时，计数控制信号则变为高电平。计数控制信号送入计数器B，以对计数器B的计数进行控制。 

再参见图2，计数器B的长度选32位，计数输入为微秒脉冲，最大计数值为2³²μs＝71.5min，即计数范围为0～71.5min，而光电跟踪仪一般测量用的时间范围为5s～100s，可以满足多次连续测量的要求。计数器B的功能通过置入CPLD中的计数宏单元实现，具有时钟输入端15、使能输入端14、清除输入端16、第一输出端17和第二输出端18。清除输入端16接收控制计算机输出的计数清零信号，使能输入端14和控制电路A中的第二D触发器的输出端9连接，时钟输入端15接收授时器输出的微秒脉冲信号，第一、第二输出端17、18均与控制计算机连接。当控制计算机输出的计数清零信号为高电平时计数器B的状态不变；当计数清零信号为低电平时计数器B清零；当使能输入端14为低电平时计数器B不计数，当使能输入端14为高电平时计数器B开始对时钟输入端15的信号计数，当计数满20ms时，计数器B的第一 输出端17向控制计算机输出一个满足图2第5条亦即第6条波形的20ms时钟信号，以使控制计算机内部的同步电路产生光电跟踪仪内部所需的同步信号，而第二输出端18则向控制计算机输出32位二进制计数值。 

接收控制软件包含有初始化模块、控制模块、时间码采集模块、时间合成模块和输出模块并按照图5所示的流程协调工作。初始化模块在光电跟踪仪上电工作后，向控制电路A、计数器B输出有效的计数清零信号，以使控制电路A和计数器B的输出处于低电平状态即禁止计数状态。时间码采集模块的功能是，在接到对时命令时检测授时器输出的秒脉冲信号和北京时间码串，当检测到授时器输出的当前秒脉冲信号即第一秒脉冲信号的上升沿时，控制RS232串行口接收与该秒脉冲信号对应的北京时间码串(参见图2中的第2个信号)，给北京时间码的秒数据加1得到与授时器第二个秒脉冲信号对应的时间数据，并将该时间数据作为光电跟踪仪工作的绝对时间基准，随即向控制电路A输出一个有效计数使能信号，以使控制电路A的输出端9产生与第二个秒脉冲信号上升沿同步的高电平号，控制计数器B在第二个秒脉冲上升沿开始时同步计数。时间合成模块根据计数器B第一输出端17输出的时钟信号，从计数器B的第二输出端18读取32位计数信号，将该计数信号换算成高精度的时间数据(精度为1μs)并与时间码采集模块获得的光电跟踪仪的绝对时间基准合成，从而获得光电跟踪仪的绝对时标即北京时间。输出模块的功能是通过以太网上报光电跟踪仪测量获得的目标运动数据和对应的北京时间。 

本发明通过使光电跟踪仪准确接收授时器输出的北京时间、数据秒脉冲及微秒脉冲信号，解决了光电跟踪仪各部分与北京时同步工作的问题，从而使光电跟踪仪能够获取目标在绝对时间下的位置数据，进而实现对目标准时精确的打击；此外，采用绝对时的光电武器系统，进行实弹射击试验时获得的数据，与理论弹道数据进行比对，可实时监控弹发射并进行安全控制。 

Claims (2)

1.一种同步于绝对时的光电跟踪仪接收控制电路，其特征在于：包括控制电路(A)、计数器(B)及置入光电跟踪仪控制计算机中的接收控制软件包，所述的控制电路(A)含有第一、第二D触发器和与门电路，第一D触发器的时钟输入端(3)接收光电跟踪仪控制计算机输出的计数使能信号，当计数使能信号为正脉冲有效使能信号时，第一D触发器被该脉冲信号的上升沿触发且其输出端(5)由低电平变为高电平，与门电路对第一D触发器输出的高电平和授时器输出的秒脉冲信号进行逻辑“与”处理后，在所述秒脉冲信号的上升沿触发所述第二D触发器，使第二D触发器输出的计数控制信号由低电平变为高电平并保持高电平，当所述控制计算机同时向第一、第二D触发器的清除输入端(1、13)送入有效计数清零信号时，第一、第二D触发器的输出端(5、9)均由高电平变为低电平；所述计数器(B)接收所述授时器输出的微秒脉冲信号、所述第二D触发器输出的计数控制信号和所述控制计算机输出的计数清零信号，若所述计数控制信号为高电平，计数器(B)对所述授时器输出的微秒脉冲信号计数，且在计数过程中向所述控制计算机输出20ms时钟信号，当所述控制计算机输出的计数清零信号为低电平信号时，计数器(B)清零；所述接收控制软件包含有初始化模块、控制模块、时间码采集模块、时间合成模块和输出模块，初始化模块在光电跟踪仪上电工作后，向控制电路(A)和计数器(B)输出有效的计数清零信号；时间码采集模块在接到对时命令时检测授时器输出的秒脉冲信号和北京时间码串，当检测到授时器输出的当前秒脉冲信号即第一秒脉冲信号的上升沿时，时间码采集模块接收与该秒脉冲信号对应的北京时间码串，给北京时间码的秒数据加1得到与授时器第二个秒脉冲信号对应的时间数据并作为光电跟踪仪工作的绝对时间基准，随即向控制电路(A)输出一个有效计数使能信号；时间合成模块根据计数器(B)第一输出端(17)输出的时钟信号，从计数器(B)的第二输出端(18)读取计数信号，将该计数信号换算成高精度的时间数据并与所述光电跟踪仪的绝对时间基准合成，从而获得光电跟踪仪的绝对时标即北京时间；输出模块上报光电跟踪仪获得的目标运动数据和对应的北京时间。

2.根据权利要求1所述的同步于绝对时的光电跟踪仪接收控制电路，其特征在于：所述的计数器(B)采用置入CPLD中的计数宏单元实现。

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