CN103983145A - 一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法 - Google Patents

一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法，本发明运用最末脉冲策略，通过有效识别单个激光周期内回波的最后一个脉冲，滤除大气后向散射回波脉冲，令导引头探测器信号选通时间内能准确捕获目标回波信号，可以使无人机机载导弹激光半主动导引头滤除大气后向散射回波信号及回答式诱导信号，能够识别真正的目标回波脉冲信号，能够克服激光制导的缺点，极大的增强了对目标的捕获跟踪锁定精度；本发明运用最末脉冲策略，利用两个采样保持器交替采样保持选通，对单个激光周期波门内的脉冲全部采样，滤除先于目标回波到达的后向散射脉冲或诱导信号脉冲，保留最后一个脉冲即目标脉冲，大大提高目标回波信号的信噪比，提高了恶劣天气条件下无人机机载导弹打击效果。

Description

一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法
技术领域
本发明涉及一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法，在距离波门内滤除后向散射脉冲并识别最后一个脉冲即目标脉冲，以保证导引头对目标的有效锁定，主要在无人机机载导弹激光导引头上使用。
背景技术
无人机发射机载激光制导导弹时，首先通过机载光电侦查载荷搜索、发现并锁定目标，再利用机载激光照射器发射激光束到目标上，无人机机载导弹激光导引头通过接收目标漫反射的激光回波，激光信号经导引头光学系统成像于四象限探测器，通过对探测器四路输出信号进行处理，可以提取导引头轴线与目标视线之间的角误差信号，再将角误差信号送至导弹自动驾驶仪，调整弹体轴线指向目标，从而完成对目标的跟踪和逼近，最终完成对目标的捕获锁定及打击。
实验条件下，影响激光测量精度的主要是电路时间分辨率和激光脉宽，随着科技发展，计时电路时间分辨率已飞速提高，且激光脉宽已可设置纳秒级，激光测量的精度可达厘米量级；又因为无人机挂载导弹属战术性导弹，对成本要求较高，而激光导引相对其他制导方式成本较低。所以激光制导方式凭借精度高、成本低等优点在无人机挂载导弹上得到了愈来愈多的应用。例如美国侦查打击型无人机捕食者所挂载的地狱火激光制导导弹已愈加成熟，多次成功打击武装恐怖分子。
但是，激光导引头的主要缺点是受大气环境的影响比较大，大气分子、大气悬浮物造成的后向散射形成回波信号与目标漫反射回波信号掺杂在一起，容易干扰到激光探测器对目标信号的捕获，进而使导引头失去目标或跟踪到错误目标。
距离r处大气后向散射回波功率和距离R处的目标回波功率分别为：
与 P t K t K r A r A t ρ πR 2 e - 2 uR
式中，c为光速，Δt为激光脉冲宽度，Ar为有效接收面积，β(180°)为散射方向180°单位体积后向散射系数，u为大气单位长度的衰减系数，Kt为发射光学系统透过率，Kr为接收系统透过率，At是目标反射截面积，ρ为目标的漫反射系数。参考大气后向散射激光回波功率和目标回波激光功率公式，经过仿真分析可知，在一定天气条件下，距离目标较近的大气后向散射回波激光足以干扰激光探测器对目标回波激光的捕获。另外，某些回答式欺骗干扰利用激光制导原理，采用编码复制等技术，向漫反射假目标发射与制导信号时序参数完全相同并在时间波门内相位超前的信号，以欺骗导引头飞向假目标。
因此，激光导引头要想获得更高的捕获精度，就必须滤除大气后向散射回波信号及诱导信号，识别出真正的目标回波脉冲信号，以满足无人机机载导弹制导需要。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法，可使无人机机载导弹激光导引头滤除大气后向散射回波信号及回答式诱导信号，识别真正的目标回波脉冲信号，实现了对目标的有效捕获跟踪锁定，尤其在低亮度、大气传输特性差或者后向散射严重等恶劣天气条件下，依然可以准确捕获跟踪目标，最大程度满足了导弹制导需要。
本发明的技术解决方案是：一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法，步骤如下：
(1)利用无人机机载光电侦查设备搜索跟踪目标，当搜索到目标后开启无人机机载激光器照射目标，启动无人机机载导弹导引头开始搜索工作；
(2)无人机机载导弹导引头光学舱对目标漫反射产生的激光回波以及大气后向散射产生的激光回波进行探测，将探测到的激光回波转化为脉冲电信号，无人机机载导弹导引头电子舱对脉冲电信号进行前置放大和滤波处理；
(3)无人机机载导弹导引头电子舱中的脉冲峰值检测电路对经过前置放大和滤波处理的脉冲电信号进行峰值检测；
(4)当脉冲峰值检测电路检测到脉冲电信号脉冲峰值后，无人机机载导弹导引头中的核心处理器触发无人机机载导弹导引头电子舱中的脉冲峰值保持电路和最末脉冲检测电路工作；
(5)当脉冲峰值保持电路工作时，脉冲峰值保持电路对脉冲电信号进行峰值保持，将宽度为10ns～20ns的脉冲电信号拓宽为50ns保证最末脉冲检测电路中采样保持器对脉冲电信号有效采样；
(6)最末脉冲检测电路中包含两个采样保持器和一个信号选择开关，当步骤(4)中脉冲峰值检测电路检测到首个脉冲并且脉冲峰值保持电路选通时，核心处理器触发最末脉冲检测电路工作，此时第一采样保持器对步骤(5)拓宽后的脉冲电信号进行采样，第二采样保持器处于保持状态，信号选择开关对第一采样保持器采样的结果进行输出；
当步骤(4)中脉冲峰值检测电路检测到第二个脉冲并且脉冲峰值保持电路选通时时，核心处理器触发最末脉冲检测电路工作，此时第二采样保持器对步骤(5)拓宽后的脉冲电信号进行采样，第一采样保持器处于保持状态，信号选择开关对第二采样保持器采样的结果进行输出；
依次类推，保证最末脉冲检测电路在距离波门选通时每一个脉冲电信号的采样保持及输出；
(7)无人机机载导弹导引头中的核心处理器根据导弹和目标的位置关系控制距离波门选通或关闭，当距离波门选通时，核心处理器控制脉冲峰值保持电路进行峰值保持，最末脉冲检测电路继续采样保持并输出接收到的脉冲电信号；当距离波门关闭时，核心处理器控制脉冲峰值保持电路关闭，最末脉冲检测电路采样不到有效脉冲电信号，则采样保持当前时刻脉冲电信号即最后一个脉冲电信号进行输出；
(8)无人机机载导弹导引头中的核心处理器对最后一个脉冲电信号进行解码获取目标信息，最终根据获取的目标信息成功捕获并锁定目标直至击中目标。
所述步骤(7)根据导弹和目标位置关系控制距离波门选通或关闭的方法为：当目标漫反射产生的激光回波到达导引头且大气后向散射产生的激光回波未到达导引头时选通距离波门，大气后向散射产生的激光回波到达导引头时关闭距离波门。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明运用最末脉冲策略，通过有效识别单个激光周期内回波的最后一个脉冲，滤除大气后向散射回波脉冲，令导引头探测器信号选通时间内能准确捕获目标回波信号，可以使无人机机载导弹激光半主动导引头滤除大气后向散射回波信号及回答式诱导信号，能够识别真正的目标回波脉冲信号，能够克服激光制导的缺点，极大的增强了对目标的捕获跟踪锁定精度。
(2)本发明运用最末脉冲策略，利用两个采样保持器交替采样保持选通，对单个激光周期波门内的脉冲全部采样，滤除先于目标回波到达的后向散射脉冲或诱导信号脉冲，保留最后一个脉冲即目标脉冲，大大提高目标回波信号的信噪比，提高了恶劣天气条件下无人机机载导弹打击效果。
附图说明
图1为本发明流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
目前无人机挂载导弹广泛采用激光半主动制导方式，由无人机机载光电侦查载荷对目标发射激光，激光导引头自动搜索目标漫反射的激光回波，最终捕获目标回波以完成锁定直至击中固定/移动目标。但目标附近大气后向散射形成的回波与目标本身回波掺杂在一起，易对导引头捕获目标造成极大的干扰，甚至造成导引头失锁。由于后向散射影响都是位于目标近端(弹目之间靠近目标处)，所以单个激光周期内后向散射回波脉冲都是超前于目标回波脉冲返回，即单个激光周期内最后一个脉冲才是目标回波脉冲，识别最末脉冲并解码即可得到目标信息并锁定跟踪。
无人机发射机载激光制导导弹时，首先通过机载光电侦查载荷搜索、发现并锁定目标，再利用机载激光照射器发射激光束到目标上，无人机机载导弹激光导引头通过接收目标漫反射的激光回波，识别解算后锁定直至击中目标。由于目标附近大气后向散射形成的回波信号与目标回波掺杂在一起，为保证目标信号信噪比及准确性，须滤除后向散射回波信号影响。因为大气后向散射影响都是位于目标近端，所以单个激光周期内后向散射回波脉冲都是超前于目标回波脉冲返回，即单个激光周期内最后一个脉冲才是目标回波。若通过有效识别周期内最后一个脉冲，即可滤除大气后向散射回波脉冲，得到目标回波脉冲，最终保证导引头对目标的锁定。
如图1所示，本发明提出了一种用于无人机激光导引头以最末脉冲策略捕获目标的方法，步骤如下：
(1)无人机飞抵战区后，首先机载光电侦查载荷搜索跟踪目标，然后开启机载激光器照射目标，同时无人机机载导弹导引头启动搜索工作；无人机机载导弹导引头为激光半主动导引头；
(2)目标漫反射产生激光回波以及大气后向散射也产生部分激光回波；大气后向散射影响位于目标近端，即导弹—目标之间，所以单周期内大气后向散射产生的激光回波总是先于目标漫反射激光回波达到；
(3)无人机机载导弹导引头将探测到的激光回波由光学系统汇聚到光电转换器，经过光电转换器后转化为脉冲电信号，脉冲电信号经过前置放大，再送到可控增益的视频放大器中进行放大处理，再通过和差转换并滤波后输出给峰值检测电路，以满足数据采集的幅度和信噪比要求；
(4)脉冲峰值检测电路检测到脉冲电信号脉冲峰值后，由核心处理器同时触发脉冲峰值保持电路和最末脉冲检测电路；
(5)脉冲峰值保持电路对脉冲电信号进行峰值保持，将宽度10ns～20ns的脉冲电信号拓宽为50ns；保证最末脉冲检测电路中采样保持器对脉冲的有效采样；脉冲峰值保持电路同时受无人机机载导弹导引头核心处理器(MCU)控制，核心处理器设定距离波门策略，当处于距离波门内时触发脉冲峰值保持电路，当处于距离波门外时关闭脉冲峰值保持电路；所述距离波门策略是根据导弹—目标位置关系计算目标激光回波时间设置选通/关闭信号，使目标激光回波到达导引头时距离波门选通此时触发脉冲峰值保持电路，而后向散射回波到达导引头时距离波门关闭此时不触发脉冲峰值保持电路；所述距离波门选通/关闭根据弹目距离的变化动态可调，以确保目标激光回波始终处于距离波门内；
(6)单个激光周期内，距离波门选通时到达的目标回波和后向散射回波都能通过脉冲峰值保持电路，进入最末脉冲检测电路，此时须运用最末脉冲策略，识别出单个激光周期距离波门内最后一个脉冲，由于后向散射影响都是位于目标近端(弹目之间靠近目标处)，所以单个激光周期后向散射回波都是超前于目标回波脉冲返回，所以单个激光周期距离波门内识别出的最后一个脉冲才是目标回波脉冲；所述最末脉冲检测电路包含2个采样保持器和信号选择开关，距离波门选通时间内，当步骤(4)检测到首个脉冲后，触发最末脉冲检测电路工作，此时：①采样保持器1处于采样状态对步骤(5)拓宽后的脉冲进行采样；②采样保持器2处于保持状态；③控制信号选择开关使采样保持器1输出；距离波门选通时间内，当步骤(4)检测到第二个脉冲后，触发最末脉冲检测电路工作，此时：①采样保持器2处于采样状态对步骤(5)拓宽后的脉冲进行采样；②采样保持器1处于保持状态；③控制信号选择开关使采样保持器2输出；如有后续脉冲，依次类推，保证了距离波门内每一个激光脉冲的采样及输出；距离波门关闭后，由于不触发脉冲保持电路，所以最末脉冲检测电路检测不到有效激光脉冲，此时会保持距离波门选通时的最后一个脉冲输出，即真实目标信号脉冲；
(7)无人机机载导弹导引头核心处理器(MCU)根据时间解算弹目位置关系设置距离波门选通/关闭，距离波门选通时，继续触发脉冲峰值保持电路工作，最末脉冲检测电路继续采样接收到的脉冲；距离波门关闭时，不触发脉冲峰值保持电路，最末脉冲检测电路采样不到有效脉冲，则保持当前时刻脉冲即距离波门内的最后一个脉冲；
(8)无人机机载导弹导引头核心处理器(MCU)解码距离波门内最后一个脉冲即真实目标脉冲，获取目标信息，最终成功捕获并锁定直至击中目标；
通过多次国内某型号侦查打击型无人机靶试试验验证，运用最末脉冲策略的机载导弹导引头能够更好的捕获锁定直至导弹击中目标，甚至在大气传输性差等恶劣天气条件下，依然能准确命中目标，表现出更好的抗后向散射干扰能力，最大限度的满足了无人机打击目的。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法，其特征在于步骤如下：
(1)利用无人机机载光电侦查设备搜索跟踪目标，当搜索到目标后开启无人机机载激光器照射目标，启动无人机机载导弹导引头开始搜索工作；
(2)无人机机载导弹导引头光学舱对目标漫反射产生的激光回波以及大气后向散射产生的激光回波进行探测，将探测到的激光回波转化为脉冲电信号，无人机机载导弹导引头电子舱对脉冲电信号进行前置放大和滤波处理；
(3)无人机机载导弹导引头电子舱中的脉冲峰值检测电路对经过前置放大和滤波处理的脉冲电信号进行峰值检测；
(4)当脉冲峰值检测电路检测到脉冲电信号脉冲峰值后，无人机机载导弹导引头中的核心处理器触发无人机机载导弹导引头电子舱中的脉冲峰值保持电路和最末脉冲检测电路工作；
(5)当脉冲峰值保持电路工作时，脉冲峰值保持电路对脉冲电信号进行峰值保持，将宽度为10ns～20ns的脉冲电信号拓宽为50ns保证最末脉冲检测电路中采样保持器对脉冲电信号有效采样；
(6)最末脉冲检测电路中包含两个采样保持器和一个信号选择开关，当步骤(4)中脉冲峰值检测电路检测到首个脉冲并且脉冲峰值保持电路选通时，核心处理器触发最末脉冲检测电路工作，此时第一采样保持器对步骤(5)拓宽后的脉冲电信号进行采样，第二采样保持器处于保持状态，信号选择开关对第一采样保持器采样的结果进行输出；
当步骤(4)中脉冲峰值检测电路检测到第二个脉冲并且脉冲峰值保持电路选通时时，核心处理器触发最末脉冲检测电路工作，此时第二采样保持器对步骤(5)拓宽后的脉冲电信号进行采样，第一采样保持器处于保持状态，信号选择开关对第二采样保持器采样的结果进行输出；
依次类推，保证最末脉冲检测电路在距离波门选通时每一个脉冲电信号的采样保持及输出；
(7)无人机机载导弹导引头中的核心处理器根据导弹和目标的位置关系控制距离波门选通或关闭，当距离波门选通时，核心处理器控制脉冲峰值保持电路进行峰值保持，最末脉冲检测电路继续采样保持并输出接收到的脉冲电信号；当距离波门关闭时，核心处理器控制脉冲峰值保持电路关闭，最末脉冲检测电路采样不到有效脉冲电信号，则采样保持当前时刻脉冲电信号即最后一个脉冲电信号进行输出；
(8)无人机机载导弹导引头中的核心处理器对最后一个脉冲电信号进行解码获取目标信息，最终根据获取的目标信息成功捕获并锁定目标直至击中目标。
2.根据权利要求1所述的一种利用无人机激光导引头最末脉冲策略捕获目标的方法，其特征在于：所述步骤(7)根据导弹和目标位置关系控制距离波门选通或关闭的方法为：当目标漫反射产生的激光回波到达导引头且大气后向散射产生的激光回波未到达导引头时选通距离波门，大气后向散射产生的激光回波到达导引头时关闭距离波门。
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