CN103557753B - 一种激光回波模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光回波模拟装置及方法，属于激光技术领域。本发明实现了使激光回波模拟装置产生测试所需激光编码，产生4路模拟回波控制信号，模拟“目标在上、目标在下、目标在左、目标在右”四个方位的激光目标，同时激光回波控制器具有自检等功能，在达到上述功能的同时提高了半主动激光制导炸弹全弹性能检测的可靠性与易操作性。本发明控制算法简单，不需要大量的数据计算，实现了控制算法的简单化、可靠性和易读性。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光回波模拟装置及方法，属于激光技术领域。
背景技术
半主动激光制导炸弹需要定期进行检测以确定弹的工作状态是否正常，本发明的一种激光回波模拟装置及方法用于某型号半主动激光制导炸弹全弹性能的检测，由于半主动激光制导炸弹的激光照射器位于机载平台上，在地面进行全弹性能检测与实战环境存在较大差异，本发明的一种激光回波模拟装置及方法，通过模拟半主动激光制导炸弹导引头接收到的回波信号的编码、重频、脉宽等信息，有效解决了半主动激光制导炸弹的检测问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光回波模拟装置及方法，作为半主动激光制导炸弹全弹性能检测装置。根据所检测半主动激光制导炸弹的编码而产生测试所需的编码，产生4路模拟回波控制信号，模拟“目标在上、目标在下、目标在左、目标在右”四个方位的激光目标，同时激光回波控制器具有自检功能。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种激光回波模拟装置，包括激光回波控制器和激光回波模拟器；
激光回波控制器包括通信控制模块、编码信号产生模块和自检反馈信号调理模块；激光回波模拟器包括4个激光二极管驱动模块和4个光束整形系统；
上位机利用串口（如RS-485），通过通信控制模块发送特定命令给激光回波控制器中的编码信号产生模块，生成特定编码、特定方位的激光回波控制信号，利用激光回波控制器控制激光二极管驱动模块产生激光，通过光束整形系统后生成所需的模拟回波。上位机可以通过通信控制模块接收自检反馈信号调理模块的调理结果，实现激光回波控制器自检。
其中，激光回波控制器包括微控制器（如C8051F362单片机）、电源模块、程序调试及下载模块和通信控制模块，其连接关系为：电源模块为C8051F362单片机、程序调试及下载模块和通信控制模块供电，晶振电路连接到单片机的P0.4、P0.5管脚。
上述激光回波控制器电路中电源模块向C8051F362单片机、程序调试及下载模块和通信控制模块供电，程序调试及下载模块用于程序的下载与在线调试；通信控制模块用于回波模拟装置与上位机之间通信，实现控制命令的发送以达到控制模拟回波的目的，通过发送命令之后的返回值来判断激光回波模拟装置的状态是否正常；单片机用于实现对激光回波模拟器的控制，首先，在硬件设计上将单片机的四个管脚分别分配给激光回波模拟器四个象限的激光二极管驱动电路的输入端，在硬件上实现控制器与模拟器相联，其次，在控制算法上，通过对上述四个管脚的定义及算法编程实现单片机资源的利用，程序分别实现模拟四象限回波的控制，最后，通过通信控制模块将激光回波控制器与激光回波模拟器相连，实现对激光回波模拟器的控制。
其中，激光回波模拟器为激光二极管驱动电路和光束整形系统；
上述激光二极管驱动电路包括高速单通道MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）驱动芯片EL7104，NMOS晶体管BSH105，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4，电源VD，Signal（输入信号）；其连接关系为：从单片机定义的引脚作为信号输出端连接到EL7104的信号输入管脚2，同时该信号输入引脚连接到电阻R1的一端、电阻R1的另一端直接接地，电容C2一端接到电源VD另一端接地作为去耦电容，电阻R2一端接到电源VD、另一端分成两部分分别接到EL7104的管脚1、8与电容C1的一端，电容C1的另一端直接接地，EL7104的管脚4、5均接地、管脚3为空，EL7104的管脚6、7接到电阻R3的一端，R3的另一端分别接到电阻R4的一端与NMOS管BSH105的栅极，电阻R4的另一端接地，电阻R5的一端接到电源VD、另一端接到NMOS管BSH105的漏极，NMOS管BSH105的源极接到激光二极管的正极、激光二极管的负极接地，NMOS管BSH105的漏极同时接到电容C3、C4的一端，电容C3、C4的另一端接地。
上述光束整形系统用于将激光二极管发出的光束进行整形，采用直径16mm、焦距30mm的平凸透镜，透镜材料为K9玻璃。
本发明的一种激光回波模拟方法，该方法为控制算法，该控制算法利用激光回波控制器来实现对四个象限激光回波信号的控制，从而实现模拟四象限回波达到某型号半主动激光制导炸弹的全弹性能检测的目的；
控制算法根据通信控制模块向激光回波控制器发送的命令判断是否为激光回波模拟器自检命令；若为自检信号则根据所给命令判断自检方位为上、下、左、右，根据所得自检方位向特定激光二极管输出自检信号，根据返回值判断自检是否正常，若不正常则返回自检方位判断处继续执行程序，否则自检结束，进入模拟目标判断环节；若为模拟目标命令则根据所给命令判断模拟目标方位为上、下、左、右，根据所得模拟目标方位向特定激光二极管给出相应的激光编码方式及方位信号，根据导引头检测电压判断是否正常，若正常则进行下一步操作，否则返回模拟目标方位判断处继续执行程序，直到检测电压达到预期结果，程序结束。该控制算法主要判断自检命令、激光编码方式、模拟目标方位，根据所给命令进行控制，通过检测半主动激光导引头的返回电压值判断导引头是否正常工作。
有益效果
本发明主要用于对半主动激光制导炸弹全弹性能检测，根据所检测的半主动激光制导炸弹导引头的编码方式通过串口（如RS-485）将激光回波模拟装置与上位机之间进行通信，通过发送控制命令来控制激光编码方式、四象限激光方位信号选择、允许激光二极管发光、实现激光回波控制器自检等功能。
本发明实现了使激光回波模拟装置产生测试所需激光编码，产生4路模拟回波控制信号，模拟“目标在上、目标在下、目标在左、目标在右”四个方位的激光目标，激光回波控制器自检等功能，在达到上述功能的同时提高了半主动激光制导炸弹全弹性能检测的可靠性与易操作性。
本发明控制算法简单，不需要大量的数据计算，实现了控制算法的简单化、可靠性和易读性。
附图说明
图1为本发明的装置的组成示意图；
图2为本发明的激光回波控制器的电路组成示意图；
图3为本发明的激光二极管驱动电路的组成示意图；
图4为本发明的一种激光回波模拟方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
一种激光回波模拟装置及方法原理框图，如图1所示，激光回波控制器主要由通信控制模块、编码信号产生模块和自检反馈信号调理模块组成；激光回波模拟器主要包含4个激光二极管驱动模块和4个光束整形系统。
上位机利用串口（如RS-485），通过通信控制模块发送特定命令给激光回波控制器中的编码信号产生模块，生成特定编码、特定方位的激光回波控制信号，利用激光回波控制器控制激光二极管驱动模块产生激光，通过光束整形系统后生成所需的模拟回波。上位机可以通过通信控制模块接收自检反馈信号调理模块的调理结果，实现激光回波控制器自检。
一种激光回波模拟装置激光回波控制器电路，如图2所示，电源模块向微控制器（如C8051F362单片机）、程序调试及下载模块、通信控制模块和回波模拟器供电，程序调试及下载模块是用于程序的下载与在线调试；通信控制模块用于回波模拟器装置与上位机之间通信，实现控制命令的发送以达到控制模拟回波的目的，可以通过发送命令之后的返回值来判断激光回波模拟装置的状态是否正常，其连接方式为在单片机上定义两个管脚P0.4、P0.5分别作为通信控制的TX（发送数据）、RX（接收数据）端；C8051F362单片机用于实现对激光回波模拟器的控制，首先，在硬件设计上将单片机的四个管脚分别分配给激光回波模拟器四个象限的激光二极管驱动电路的输入端，在硬件上实现控制器与模拟器相联，其连接方式为Signal_Up（目标在上信号）为单片机中定义的模拟“目标在上”信号输出管脚，将其与回波模拟器中的“目标在上”激光二极管驱动电路的输入端相连，Signal_Down（目标在下信号）为单片机中定义的模拟“目标在下”信号输出管脚，将其与回波模拟器中的“目标在下”激光二极管驱动电路的输入端相连，Signal_Left（目标在左信号）为单片机中定义的模拟“目标在左”信号输出管脚，将其与回波模拟器中的“目标在左”激光二极管驱动电路的输入端相连，Signal_Right（目标在右信号）为单片机中定义的模拟“目标在右”信号输出管脚，将其与回波模拟器中的“目标在右”激光二极管驱动电路的输入端相连，实现程序控制单片机输出特定信号驱动激光二极管的目的，其次，在控制算法上，通过对上述四个管脚的定义及算法编程实现单片机资源的利用，程序分别实现模拟四象限回波的控制，最后通过通信控制模块将激光回波控制器与激光回波模拟器相连，实现对激光回波模拟器的控制。
上述的单片机输出信号是根据该半主动激光制导炸弹的编码要求而设定的，输出特定编码方式的信号来驱动激光二极管，该编码方式是根据该半主动激光制导炸弹所要求的回波脉冲重频、脉宽而设定的，由控制命令来控制其输出编码方式。
一种激光回波模拟装置激光回波模拟器激光二极管驱动模块为激光二极管驱动电路，如图3所示，包括高速单通道MOSFET驱动芯片EL7104，NMOS晶体管BSH105，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4，电源VD，Signal（输入信号）；其连接关系为：从单片机定义的引脚作为信号输出端连接到EL7104的信号输入管脚2，同时该信号输入引脚连接到电阻R1的一端、电阻R1的另一端直接接地，电容C2一端接到电源VD另一端接地作为去耦电容，电阻R2一端接到电源VD、另一端分成两部分分别接到EL7104的管脚1、8与电容C1的一端，电容C1的另一端直接接地，EL7104的管脚4、5均接地、管脚3为空，EL7104的管脚6、7接到电阻R3的一端，R3的另一端分别接到电阻R4的一端与NMOS管BSH105的栅极，电阻R4的另一端接地，电阻R5的一端接到电源VD、另一端接到NMOS管BSH105的漏极，NMOS管BSH105的源极接到激光二极管的正极、激光二极管的负极接地，NMOS管BSH105的漏极同时接到电容C3、C4的一端，电容C3、C4的另一端接地。
上述电容C1=0.1μF，C2=0.1μF，C3=0.1μF，C4=10μF；电阻R1=2kΩ，R2=10Ω，R3=4.7Ω，R4=1kΩ，R5=500Ω；电源VD=+12V；激光二极管为905nm的脉冲管。
通过通信控制模块控制单片机向信号管脚输出所需信号，此信号通过高速单通道MOSFET驱动芯片EL7104的输入管脚2进入驱动芯片，并有驱动芯片的管脚6、7输出通过电阻R3到达NMOS晶体管BSH105的栅极使其开启并驱动激光二极管工作，使其发出所需编码的激光，该激光进入半主动激光导引头的预定象限并被导引头捕获，通过测量所检测导引头的输出电压判断其捕获象限来确定弹的工作状态是否正常。
一种激光回波模拟装置激光回波模拟器光束整形系统用于将激光二极管发出的光束进行整形，采用直径16mm、焦距30mm的平凸透镜，透镜材料为K9玻璃。
一种激光回波模拟方法为控制算法，控制算法流程图，如图4所示，该控制算法是利用激光回波控制器来实现对四个象限激光回波信号的控制，从而实现模拟四象限回波达到某型号半主动激光制导炸弹全弹性能检测的目的。
上述控制算法中，根据通信控制模块向激光回波控制器发送的命令判断是否为激光回波模拟器自检命令；若为自检信号则根据所给命令判断自检方位为上、下、左、右，根据所得自检方位向特定激光二极管输出自检信号，根据返回值判断自检是否正常，若不正常则返回自检方位判断处继续执行程序，否则自检结束，进入模拟目标判断环节；若为模拟目标命令则根据所给命令判断模拟目标方位为上、下、左、右，根据所得模拟目标方位向特定激光二极管给出相应的激光编码方式及方位信号，根据导引头检测电压判断是否正常，若正常则进行下一步操作，否则返回模拟目标方位判断处继续执行程序，直到检测电压达到预期结果，程序结束。该控制算法主要判断自检命令、激光编码方式、模拟目标方位，根据所给命令进行控制，通过检测半主动激光导引头的返回电压值判断导引头是否正常工作。
Claims (1)
1.一种激光回波模拟方法，该方法所使用的激光回波模拟装置包括激光回波控制器和激光回波模拟器；
激光回波控制器包括通信控制模块、编码信号产生模块和自检反馈信号调理模块；激光回波模拟器包括4个激光二极管驱动模块和4个光束整形系统；
上位机利用串口，通过通信控制模块发送特定命令给激光回波控制器中的编码信号产生模块，生成特定编码、特定方位的激光回波控制信号，利用激光回波控制器控制激光二极管驱动模块产生激光，通过光束整形系统后生成所需的模拟回波；上位机可以通过通信控制模块接收自检反馈信号调理模块的调理结果，实现激光回波控制器自检；
激光回波控制器包括微控制器、电源模块、程序调试及下载模块和通信控制模块，其连接关系为：电源模块为C8051F362单片机、程序调试及下载模块和通信控制模块供电，晶振电路连接到单片机的P0.4、P0.5管脚；
上述激光回波控制器电路中电源模块向C8051F362单片机、JTAG下载和通信控制模块供电，程序调试及下载模块用于程序的下载与在线调试；通信控制模块用于激光回波模拟装置与上位机之间通信，实现控制命令的发送以达到控制模拟回波的目的，可以通过发送命令之后的返回值来判断激光回波模拟装置的状态是否正常；C8051F362单片机用于实现对激光回波模拟器的控制；
激光回波模拟器包括激光二极管驱动电路和光束整形系统；
激光二极管驱动电路包括高速单通道MOSFET驱动芯片EL7104，NMOS晶体管BSH105，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4，电源VD，输入信号Signal；
从单片机定义的引脚作为信号输出端连接到EL7104的信号输入管脚2，同时该信号输入引脚连接到电阻R1的一端、电阻R1的另一端直接接地，电容C2一端接到电源VD，另一端接地作为去耦电容，电阻R2一端接到电源VD、另一端分成两部分分别接到EL7104的管脚1、8与电容C1的一端，电容C1的另一端直接接地，EL7104的管脚4、5均接地、管脚3为空，EL7104的管脚6、7接到电阻R3的一端，R3的另一端分别接到电阻R4的一端与NMOS管BSH105的栅极，电阻R4的另一端接地，电阻R5的一端接到电源VD、另一端接到NMOS管BSH105的漏极，NMOS管BSH105的源极接到激光二极管的正极、激光二极管的负极接地，NMOS管BSH105的漏极同时接到电容C3、C4的一端，电容C3、C4的另一端接地；
光束整形系统，用于将激光二极管发出的光束进行整形，采用直径16mm、焦距30mm的平凸透镜，透镜材料为K9玻璃；
其特征在于：该方法为控制算法，控制算法根据通信控制模块向激光回波控制器发送的命令判断是否为激光回波模拟器自检命令；若为自检信号则根据所给命令判断自检方位为上、下、左、右，根据所得自检方位向特定激光二极管输出自检信号，根据返回值判断自检是否正常，若不正常则返回自检方位判断处继续执行程序，否则自检结束，进入模拟目标判断环节；若为模拟目标命令则根据所给命令判断模拟目标方位为上、下、左、右，根据所得模拟目标方位向特定激光二极管给出相应的激光编码方式及方位信号，根据导引头检测电压判断是否正常，若正常则进行下一步操作，否则返回模拟目标方位判断处继续执行程序，直到检测电压达到预期结果，程序结束；该控制算法主要判断自检命令、激光编码方式、模拟目标方位，根据所给命令进行控制，通过检测半主动激光导引头的返回电压值判断导引头是否正常工作。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150527 |