CN105988121A - 一种敌我识别应答器信号处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种敌我识别应答器信号处理系统，该系统的主要组成部分包括：光电转换部分、信号放大部分、滤波部分、自动电平增益控制部分、单片机及输出端过压保护电路。首先由光电转换部分将接收到的微弱的光信号转换为电信号，然后将转换得到的电信号输入系统的放大部分，对信号进行放大，接着对信号进行滤波处理，将目标信号提取出来后，再通过自动电平增益控制电路对信号进行处理，同时为了防止输出端电平过大烧毁单片机，还增加了输出端过压保护电路，最后将信号输入单片机中。该系统能有效的提高现有作战系统的敌我识别效能、降低误伤率。该系统具有高精确度、高可靠性、成本低廉以及低功耗等优点。

Description

一种敌我识别应答器信号处理系统

技术领域

本发明属于信号处理技术的具体应用，尤其涉及一种敌我识别应答器的信号处理系统。

背景技术

敌我识别是古今中外战争中首先要解决的根本问题之一。战争中传统的敌我识别主要是依靠人的判断，通过对敌我服饰、装备形状特征、临时的某种识别信标、甚至暗号等的判断来实现的。随着战争的发展和科技的进步，敌我识别系统应运而生。敌我识别系统的作用是在战争中正确的自动区分敌我目标。由于缺少有效的敌我识别系统而造成误攻击的事件，已经成为现代战争中的一个突出问题。在海湾战争中，多国部队联合作战时多次错误攻击己方或友方目标，造成了非常惨重的损失。有关资料和数据表明：海湾战争期间，由于敌我识别不清，误伤致死的美军人数占美军总死亡人数的25%；误射击毁的美国坦克、装甲车辆占被击毁坦克、装甲车辆总数的80%。在伊拉克战争中，美军虽然采取了一些技术措施加强敌我识别系统，如在坦克、飞机上安装“电子身份确认系统”等，但从实战情况看，敌我识别系统的可靠性、灵敏度并不尽如人意，误伤和误射事件仍然屡见不鲜。这一切引起了美国及世界其它国家对现代战争中敌我识别技术研究的高度重视。目前敌我识别技术已成为世界各国军事研究的一个重要课题。

随着现代作战武器的机动性能和杀伤力的不断提高，对敌我识别的准确性和快速性的要求也越来越高。目前敌我识别系统中的某些关键技术尚不成熟，如非协作式系统中的识别模型问题、激光协作式系统中的应答瞄准问题以及应答信号的处理问题等，仍需要进一步去研究和发展。提高战场敌我识别能力，可大大提高对目标敌我属性判别的准确性，降低误伤误射率，提高部队作战效能。基于上述背景，该发明提供了一种具有高精确度、高可靠性、成本低廉以及低功耗的敌我识别应答器信号处理系统，能有效的提升整个敌我识别系统作战效能。

发明内容

敌我识别系统的工作过程为：当目标被发射出时，同时给出一个触发信号，此时询问器开始工作，在飞行方向上发射一组经过预先编码的激光脉冲信号，作为询问信号；如果目标在飞行过程中，遇到己方或友方目标，则装备于己方或友方装备中的应答器中的激光探测器将接收到询问信号，并通过信号处理电路确认为己方或友方信号后，通过控制电路控制回波调制系统，对询问信号按照预先规定好的编码格式进行调制，并借助光学装置返回；经过调制的激光回波信号被询问器中的激光接收器接收，然后通过信号处理电路加以识别、判别；若目标在飞行过程中，遇到的为敌方目标，则询问器接收不到正确的应答信号，或根本接收不到任何信号，以此达到避免对己方或友方误攻击的目的。

针对现有敌我识别应答信号处理系统精度低相应速度慢及噪声严重的实际情况，从整个敌我识别系统的应答器的信号处理角度入手，结合具体的硬件和软件设计，本发明的目的在于，提供一种精确度高、可靠性好、成本低廉以及低功耗的敌我识别应答器信号处理系统，以满足整个敌我识别系统的作战要求。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种敌我识别应答器信号处理系统，其特征在于，应答器信号处理系统作为整个敌我识别系统的重要组成部分可以对来自询问器发出的微弱发热激光信号进行放大和滤波处理，同时尽可能抑制无用的部分。该系统包括：光电转换部分、信号放大部分、滤波部分、自动电平增益控制部分、单片机以及输出端过压保护电路。具体的，首先由光电转换部分将接收到的微弱的光信号转换为电信号，然后将转换得到的电信号输入系统的放大部分，对信号进行放大，接着对信号进行滤波处理，将目标信号提取出来后，为了防止信号直接输入单片机时会因为某些因素烧毁单片机，该系统加入了自动电平增益控制电路对信号进行处理，同时为了防止输出端电平过大烧毁单片机，还增加了输出端过压保护电路，最后将信号输入单片机中。所述的光电转换部分的输出端与信号放大部分的输入端连接，信号放大部分的输出端与滤波部分的输入端连接，滤波部分的输出端接入自动电平增益控制部分的输入端，输出端过压保护电路模块分别与自动电平增益控制部分的输出端和单片机的输入端口连接。

在该信号处理系统中，所述的光电转换部分包括了光电二极管和电流/电压转换器。所述的光电二极管选用具有内增益的雪崩光电二极管，系统中具体选择的是2CU30型硅光电二极管，其响应时间≤10ms,光谱范围400-1100nm,峰值波长为880nm,激光器的波长为650nm,光敏面直径为mm，因此具有暗电流小、灵敏度高、响应速度快等特点。所述的电流/电压转换器采用T型网络反相比例运算电路的结构，来提高放大倍数。

在该信号处理系统中，所述的信号放大部分选定AD795为转换电路所需的运算放大器，放大电路采用了较为简单的反相比例运算电路。其电路中的反馈电阻采用可变电阻的形式，放大倍数因此可调，即可根据需要选择可变电阻的数值。

在该信号处理系统中，所述的滤波部分选定了带通滤波器作为本系统的滤波硬件电路，所述的带通滤波器即采用同相输入接法的二阶压控电压源带通滤波器。同时，在该电路中以TLC2272作为电路选用的运算放大器。

在该信号处理系统中，所述的自动电平增益控制部分主要是利用集成电路SA571进行实现，将SA571作为扩展器和压缩器使用，当为扩展器使用时起到扩展输入信号的动态范围的作用，作为压缩器使用时，起到压缩输入信号的动态范围的作用。在压缩器电路中用变化的输入信号来控制反馈回路可变增益单元的增益，输出可以保持较小的变化且不必额外增加放大环节，即可以较好的实现自动增益控制。

在该信号处理系统中，所述的单片机并不需要实现特殊的功能，故选用通用型的单片机AT89C51，在进行外部存储器扩展时，凡具有输入/输出控制的8位寄存器均可作为地址锁存器，本发明中选用74LS573作为地址锁存器。

在该信号处理系统中，还设计有输出端过压保护电路，所述的过压保护电路可作为自动电平增益控制电路的替补电路。其功能是为了防止输出端电平过大烧毁单片机，只是这种电路没有“自动”控制电平的作用，而是将电平控制在所需的范围之内。其主要工作是选择合适的稳压管来实现电路要求的功能。

本发明的有益效果是：

本发明由光电转换部分、信号放大部分、滤波部分、自动电平增益控制部分、单片机及输出端过压保护电路几部分组成；自询问器发出的微弱发热激光信号经光电转换后将信号送入前置放大部分，其输出的信号再经过滤波和电压保护电路之后有效的去除了杂波和经过电压过载保护的TTL信号，且信号的幅值处于单片机的阈值范围之内，从而保证了整个系统的可靠性。

通过模块化设计，对系统中的光电转换部分、信号放大部、滤波部分、自动电平增益控制部分、单片机及输出端过压保护电路等模块进行逐一的实现，实现了各模块在系统中的特定功能。

本发明最终实现了对敌我识别系统中自询问器发出的微弱发热激光信号进行处理并完成向单片机进行可靠地信号输入，该系统以其可靠的设计，强大且快速的处理能力和简单的结构及低廉的成本实现了对敌我识别系统中应答信号的处理功能，有力的提升了敌我识别系统的使用效能。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的解释说明。

图1是敌我识别系统工作原理框图；

图2是敌我识别应答器信号处理系统框图；

图3是敌我识别应答器信号处理系统结构流程图；

图4是电流/电压转换器示意图；

图5是放大部分电路原理图；

图6是SA571组成的自动增益控制电路；

图7是自动增益电路模型；

图8是输出端过压保护电路图。

具体实施方式

图1是敌我识别系统工作原理框图，其工作过程为：当目标被发射出时，同时给出一个触发信号，此时询问器开始工作，在飞行方向上发射一组经过预先编码的激光脉冲信号，作为询问信号；如果目标在飞行过程中，遇到己方或友方目标，则装备于己方或友方装备中的应答器中的激光探测器将接收到询问信号，并通过信号处理电路确认为己方或友方信号后，通过控制电路控制回波调制系统，对询问信号按照预先规定好的编码格式进行调制，并借助光学装置返回；经过调制的激光回波信号被询问器中的激光接收器接收，然后通过信号处理电路加以识别、判别；若目标在飞行过程中，遇到的为敌方目标，则询问器接收不到正确的应答信号，或根本接收不到任何信号，以此达到避免对己方或友方误攻击的目的。

图2是敌我识别应答器信号处理系统框图，由敌我识别系统中自询问器发出的微弱发热激光信号光信号被光电接收装置接收后经过一系列的包括光电转换、放大、滤波等信号处理电路处理，之后信号被送入单片机中进行敌我方信号识别处理，由此构成一个敌我识别应答器信号处理系统。

图3是敌我识别应答器信号处理系统结构流程图，作为系统的具体实施结构，在此将系统分为光电转换部分、信号放大部、滤波部分、自动电平增益控制部分、单片机及输出端过压保护电路等几个部分。首先由光电转换部分将接收到的微弱的光信号转换为电信号，然后将转换得到的电信号输入系统的放大部分，对信号进行放大，接着对信号进行滤波处理，将目标信号提取出来后，为了防止信号直接输入单片机时会因为某些因素烧毁单片机，该系统加入了自动电平增益控制电路对信号进行处理，同时为了防止输出端电平过大烧毁单片机，还增加了输出端过压保护电路，最后将信号输入单片机中。

图4是电流/电压转换器示意图，由于光电二极管输出的信号是一微弱的电流信号，故所选择设计的电流/电压转换器应符合对微弱电流的要求，图中采用了T型网络反相比例运算电路的结构来提高放大倍数。选定AD795为转换电路所需的运算放大器，由于在转换电路中引入了电阻3R，使反馈系数减小，所以为保证足够的反馈深度，应用了开环增益大的运放，AD795的开环增益最小为110dB，共模抑制比最小为90dB。

图5是放大部分电路原理图，放大部分选定AD795为转换电路所需的运算放大器，放大电路采用了较为简单的形式—反相比例运算电路。其电路中的反馈电阻采用可变电阻的形式，放大倍数因此可调，即可根据需要选择可变电阻的数值；所述的信号放大部分主要完成对上一步由光电转换部分处理完成的电信号的放大功能。

图6是SA571组成的自动增益控制电路，SA571是一个16引脚、单电源工作的集成电路。单片集成两个通道的电路，其引脚功能完全对称，通道共有四个部分组成：可变增益单元、全波检波器、运算放大器和偏置电路。所述的自动电平增益控制部分主要是利用集成电路SA571进行实现。

图7是自动增益电路模型，自动增益是将SA571作为扩展器和压缩器使用，当为扩展器使用时起到扩展输入信号的动态范围的作用，作为压缩器使用时，起到压缩输入信号的动态范围的作用。在压缩器电路中用变化的输入信号来控制反馈回路可变增益单元的增益，输出可以保持较小的变化且不必额外增加放大环节，即可以较好的实现自动增益控制。

图8是输出端过压保护电路图，所述的过压保护电路可作为自动电平增益控制电路的替补电路。其功能是为了防止输出端电平过大烧毁单片机，只是这种电路没有“自动”控制电平的作用，而是将电平控制在所需的范围之内。其主要工作是选择合适的稳压管来实现电路要求的功能。

除了上述以外本发明所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。虽然本发明是就其较佳实施例予以示图说明的，但是熟悉本技术的人都可理解到，在所述权利要求书中所限定的本发明的精神和范围内，还可对本发明做出多种改动和变动。

Claims (7)

1.一种敌我识别应答器信号处理系统，其特征在于，该系统能将由敌我识别系统中的询问器发出的微弱的光信号经过光电转换、放大、滤波处理传送到单片机，完成信号处理工作；所述的敌我识别应答信号处理系统由光电转换部分、信号放大部、滤波部分、自动电平增益控制部分、单片机及输出端过压保护电路模块组成；光电转换部分的输出端与信号放大部分的输入端连接，信号放大部分的输出端与滤波部分的输入端连接，滤波部分的输出端接入自动电平增益控制部分的输入端，输出端过压保护电路模块分别与自动电平增益控制部分的输出端和单片机的输入端口连接。

2.如权利要求1所述的敌我识别应答器信号处理系统，其特征在于，所述光电转换部分包括了光电二极管和电流/电压转换器；所述的光电转换部分完成对来自敌我识别系统中的询问器发出的微弱的光信号进行光电转换处理；

所述的信号放大部分以AD795作为转换电路所需的运算放大器，放大电路采用反相比例运算电路，所述电路中的反馈电阻采用可变电阻的形式；所述的信号放大部分完成对上一步由光电转换部分处理完成的电信号的放大功能；

所述的滤波部分采用二阶压控电压源带通滤波器作为系统的滤波硬件电路，对上一步经放大部分放大的信号进行杂波和干扰的滤除；

所述的单片机选用了通用型的单片机AT89C51，作为系统的运算处理核心；

所述的输出端过压保护电路作为自动电平增益控制电路的替补电路，其功能是为了防止输出端电平过大烧毁单片机。

3.如权利要求2所述的敌我识别应答器信号处理系统，其特征在于，所述的光电二极管选用具有内增益的雪崩光电二极管，系统中选择2CU30型硅光电二极管，其响应时间≤10ms,光谱范围400-1100nm；峰值波长为880nm,激光器的波长为650nm,光敏面直径为5mm，所述的电流/电压转换器符合微弱电流使用要求，采用T型网络反相比例运算电路的结构，用来提高放大倍数。

4.如权利要求1所述的敌我识别应答器信号处理系统，其特征在于，所述的放大电路采用反相比例运算电路，其电路中的反馈电阻采用可变电阻的形式，放大倍数因此可调，即可根据需要选择可变电阻的数值。

5.如权利要求1所述的敌我识别应答器信号处理系统，其特征在于，所述的带通滤波器即采用同相输入接法的二阶压控电压源带通滤波器，同时，在该电路中以TLC2272作为电路选用的运算放大器。

6.如权利要求1所述的敌我识别应答器信号处理系统，其特征在于，所述单片机选用通用型的单片机AT89C51系统选用74LS573作为地址锁存器。

7.如权利要求1所述的敌我识别应答器信号处理系统，其特征在于，所述的输出端过压保护电路可以防止输出端电平过大烧毁单片机。