CN106342154B - 便携式红外寻的防空导弹的导引系统和导引信号产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种抗干扰成功率更高的便携式红外寻的防空导弹的导引系统，该系统采用嵌入式处理器实现下述功能：对4v信息进行处理，产生不存在时可用的第一导引信号，并对干扰出现前的该信号进行缓存，对缓存的信号实时更新；采用特定的方式对原始信息进行脉宽检波处理，产生分别针对目标和干扰对第一导引信号进行修正的两路信号；检测φ角信号频率，根据该频率读取缓存的第一导引信号，并将之与脉宽检波的输出信号进行叠加，产生在存在干扰时可用的第二导引信号；对当前是否存在干扰进行检测；在不存在干扰时输出未经缓存的第一导引信号，在存在干扰时输出第二导引信号。本发明产品一致性好，在生产和调试过程中具有高效率。

Description

便携式红外寻的防空导弹的导引系统和导引信号产生方法

技术领域

本发明属于便携式红外寻的防空导弹技术领域，尤其涉及便携式红外寻的防空导弹的导引系统和便携式红外寻的防空导弹的导引信号产生方法。

背景技术

便携式防空导弹是以低空、超低空入侵的飞机、直升机、巡航导弹为目标的防空兵器，而采用被动红外寻的导引头和单通道控制方式制导系统的便携式红外寻的防空导弹又是便携式防空导弹中颇具特色的一种，其卓越的性能和在实战中取得的战绩为其赢得了广泛的市场和声誉，但是现代战争的战场环境越来越复杂，空中目标除了设法利用背景环境来掩护自己以外，还采用多种光电干扰手段对防空导弹实施干扰，使其无法正确跟踪目标并完成歼击任务。所以为了适应复杂的战场环境，顺利完成对目标的实施歼击，就需要提高便携式红外寻的防空导弹的导引系统的抗干扰能力。

便携式红外寻的防空导弹的导引系统是针对敏感目标的热辐射进行工作的，因此可以将干扰源分为两类：

1)背景干扰：如太阳、大气、云层、大地、山脉等自然背景；

2)人工干扰：如干扰机、干扰弹、红外箔条等人工红外诱饵。

便携式红外寻的防空导弹的导引系统主要是针对人工干扰进行抗干扰设计的。

传统的便携式红外寻的防空导弹导引系统整体采用模拟电路设计方案，其电路结构如图1所示，包括红外探测器、前置放大器、自动增益控制(AGC)、第一选频放大器、导引信号(即进动信号)产生系统、功率放大器、进动线圈和陀螺组件；其中所述红外探测器固定于所述陀螺组件上，用于将其探测到的红外信号通过光电转换电路转换为电信号，该电信号能真实反映目标能量的大小以及与红外探测器的距离远近，所以称为原始信息；所述前置放大器用于在AGC的控制下对所述原始信息进行放大，放大后的电信号幅度被固定在一个特定值上，红外探测器探测到的光信号转变为电信号后，信号幅度是随着探测器与目标的空间距离成反比例变化的，所以需要对前放的放大倍数进行AGC控制；所述第一选频放大器用于对经过所述前置放大器放大后的信息进行再次放大，以滤除噪声，经所述第一选频放大器放大后的信息通常称为4V信息；所述导引信号产生系统用于产生导引信号，该导引信号经所述功率放大器放大后输入到所述进动线圈，控制所述陀螺组件调整方位以保证目标始终处于所述红外探测器的视场内；所述导引信号产生系统包括检波、第二选频放大器、交放、干扰监测器和逻辑运算电路，所述导引信号产生系统对4V信息进行处理，产生在没有干扰时可用的第一导引信号，当所述干扰检测器检测到原始信息幅度突然变大时，认为所述红外探测器视场内出现干扰，则所述导引信号产生系统采用推拉技术抗干扰方案进行处理，产生在存在干扰时可用的第二导引信号。

所述导引信号产生系统采用的推拉技术抗干扰方案是利用红外探测器视场有限的条件进行抗干扰处理的，其原理如图2所示，图中圆圈代表视场，五角星代表目标，三角形代表目标释放的人工诱饵。

当视场内没有干扰存在时，导引头处于正常跟踪状态，如图2(1)所示；当目标释放人工干扰后，此时目标和诱饵同时出现在视场内，并且两者距离非常小，如图2(2)所示；在干扰检测器检测到干扰后，通过对交放的放大倍数的控制，对输出信号的幅度进行改变，调节红外探测器的运动，改变红外探测器所探测的视场的空间位置，将干扰摔出视场，但是同时目标也处于视场边缘，如图2(3)所示；然后再进入正常跟踪状态，使目标处于视场中心，而干扰也将再次进入视场，但是二者的距离因为时间的推移将加大，此时再次上述抗干扰处理，将干扰逐步推出视场，如此反复，直到目标处于视场中心时，干扰并不在视场内，此后进入正常跟踪状态。

传统的便携式红外寻的防空导弹的导引系统在采用推拉技术进行抗干扰处理时，存在如下缺陷：

1)要求目标和干扰的相对运动速度足够大，如果目标与干扰的相对运动速度较小，由于红外探测器视场相对来说很大，那么就会造成二者的分离时间过长，变相加大了抗干扰的时间，从而降低了抗干扰的成功率；

2)由于所述导引信号产生系统是采用模拟电路设计的，因而不能对目标的空间位置进行精确判断，也就不能准确地判断将干扰推出红外探测器视场时推的方向，这将进一步降低抗干扰的成功率；

3)对释放干扰的方向有特定的要求，由于采用推拉技术，所以要求释放干扰的方向必须与目标的运动方向相反，这样才能保证推拉技术不会将目标也甩出视场。

发明内容

针对背景技术中存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供抗干扰成功率更高的便携式红外寻的防空导弹的导引系统，以及采用该导引系统的便携式红外寻的防空导弹，基于同样的目的，本发明还要提供一种便携式红外寻的防空导弹的导引信号产生方法。

为解决上述技术问题，本发明便携式红外寻的防空导弹的导引系统包括：φ角线圈、红外探测器、前置放大器、AGC控制、选频放大器、导引信号产生系统、功率放大器、进动线圈和陀螺组件；其中所述φ角线圈用于输出表征当前时刻陀螺旋转频率的φ角信号；所述红外探测器固定于所述陀螺组件上，用于输出表征目标能量大小以及与导引系统距离远近的原始信息；所述前置放大器用于在所述AGC控制的控制下对所述原始信息放大，所述选频放大器用于对经过所述前置放大器放大后的信息进行再次放大，以滤除噪声，得到4v信息；所述导引信号产生系统包括模数转换器AD、嵌入式处理器和数模转换器DA，其中所述模数转换器AD用于将所述φ角线圈输出的φ角信号、所述红外探测器输出的原始信息和所述选频放大器输出的4v信息转换为数字信号，这些数字信号被送入所述嵌入式处理器中；所述嵌入式处理器用于：对输入其中的4v信息进行处理，得到在不存在干扰时可用的第一导引信号，在干扰出现前对该信号进行缓存并对缓存的该信号进行实时更新；对输入其中的原始信息进行脉宽检波处理，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，其中一路用于对所述第一导引信号针对目标进行修正，另一路用于对所述第一导引信号针对干扰进行修正；对输入其中的φ角信号频率进行检测，根据该频率读取缓存的所述第一导引信号，并将之与所述针对目标的修正信号进行同相叠加、与所述针对干扰的修正信号进行反相叠加，从而产生在存在干扰时可用的第二导引信号；对当前是否存在干扰进行检测；在不存在干扰时输出未经缓存的所述第一导引信号，在存在干扰时，输出所述第二导引信号；所述数模转换器DA用于将所述嵌入式处理器的输出信号转换为模拟信号。

所述嵌入式处理器还可以用于：在对所述φ角信号的频率进行检测前，对输入所述嵌入式处理器中的φ角信号进行放大，以使其能够更准确地检测φ角信号的频率。

所述嵌入式处理器在用于对输入其中的4v信息进行处理，产生在没有干扰时可用的第一导引信号时，其采用的具体方案可以为：首先对输入其中的4v信息进行限幅和鉴频处理，得到相应频段的正弦波，然后进行滤波，去除毛刺和噪声影响，最后对滤波后的信号进行幅度调节，得到表征目标运动方向和速度的第一导引信号。

所述嵌入式处理器在用于对当前是否存在干扰进行检测时，其采用的具体方案可以为：对输入其中的原始信息进行滤波，将滤波后信息的负半轴信号对称翻转到正半轴，从而将其转换为功率谱；记录上一时刻的功率谱峰值，将当前时刻的功率谱峰值与所述记录的上一时刻的功率谱峰值进行比较，如果当前时刻的功率谱峰值达到所述记录的上一时刻的功率谱峰值的某一特定倍数以上，则判定此刻存在干扰；否则判定不存在干扰。所述特定倍数根据红外探测器的灵敏度、分辨率以及干扰的具体情形综合确定。由于本发明首先是将原始信息转换为功率谱，然后根据其幅度变化判定当前时刻是否存在干扰，因此能将发现干扰的时间提前半个周期。

目标和干扰的能量大小不同，体现在有无干扰出现的两种情况下原始信息的幅值不同，所以可以对原始信息进行脉宽检波，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，这两路信号的相位差别能够表征目标与干扰的空间位置的差别。

所述嵌入式处理器在用于对原始信息进行脉宽检波，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号时，采用的具体方案可以为：对输入其中的原始信息进行滤波，统计干扰出现前信息的峰峰值，并记录峰峰值中的最大值，以及该最大值的某一特定比值；将滤波后信息的负半轴信号对称翻转到正半轴，从而将其转换为功率谱，当干扰出现时，停止统计信息的峰峰值，将记录的峰峰值中的最大值与所述功率谱进行门限比较，输出所述针对干扰的修正信号，同时将所述记录的峰峰值中的最大值的某一特定比值与所述功率谱进行门限比较，输出所述针对目标的修正信号。所述特定比需要根据红外探测器的灵敏度、分辨率以及干扰的具体情形综合确定。

所述嵌入式处理器还可以用于对其产生的所述第二导引信号进行缓存，这样在存在干扰时，通过对缓存的所述第二导引信号的输出时刻进行控制，能够使所述嵌入式处理器的输出信号频率与当前时刻陀螺组件的旋转频率更一致。

所述嵌入式处理器包括第一导引信号产生模块、第一导引信号存储模块、脉宽检波模块、频率检测模块、第二导引信号产生模块、干扰检测模块、导引信号选择模块；其中所述第一导引信号产生模块用于对4v信息进行处理，得到在不存在干扰时可用的第一导引信号；所述第一导引信号存储模块用于对干扰出现前的所述第一导引信号进行缓存，并在干扰出现前对缓存的该信号进行实时更新；所述脉宽检波模块用于对原始信息进行脉宽检波处理，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，其中一路用于对所述第一导引信号针对目标进行修正，一路用于对所述第一导引信号针对干扰进行修正；所述频率检测模块用于检测φ角信号的频率；所述第二导引信号产生模块用于根据测得的φ角信号的频率从所述第一导引信号存储模块中读取所述第一导引信号，并将之与所述针对目标的修正信号进行同相叠加、与所述针对干扰的修正信号进行反相叠加，从而产生在存在干扰时可用的第二导引信号；所述干扰检测器用于对是否存在干扰进行检测；所述导引信号选择模块用于当存在干扰时选择所述第二导引信号作为所述嵌入式处理器的输出信号，当不存在干扰时选择所述第一导引信号作为所述嵌入式处理器的输出信号。

所述第一导引信号存储模块可以采用双端口RAM。

为解决上述技术问题，在本发明采用的另一种技术方案中，本发明便携式红外寻的防空导弹的导引系统包括：φ角线圈、红外探测器、前置放大器、AGC控制、第一选频放大器、导引信号产生系统、功率放大器、进动线圈和陀螺组件；其中所述φ角线圈用于输出表征当前时刻陀螺旋转频率的φ角信号；所述红外探测器用于输出表征目标能量大小以及与导引系统距离远近的原始信息；所述前置放大器用于在所述AGC控制的控制下对所述原始信息放大，所述第一选频放大器用于对经过所述前置放大器放大后的信息进行再次放大，以滤除噪声，得到4v信息；所述导引信号产生系统包括检波、第二选频放大器、模数转换器AD、嵌入式处理器和数模转换器DA，其中所述检波和所述第二选频放大器用于对4v信息进行处理，产生在不存在干扰时可用的第一导引信号；所述模数转换器AD用于将所述φ角线圈输出的φ角信号、所述红外探测器输出的原始信息和所述第二选放放大器输出的第一导引信号转换为数字信号，这些数字信号被送入所述嵌入式处理器中；所述嵌入式处理器用于：对干扰出现前输入其中的第一导引信号进行缓存并对缓存的该信号进行实时更新；对输入其中的原始信息进行脉宽检波处理，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，其中一路用于对所述第一导引信号针对目标进行修正，另一路用于对所述第一导引信号针对干扰进行修正；对输入其中的φ角信号频率进行检测，根据该频率读取缓存的所述第一导引信号，并将之与所述针对目标的修正信号进行同相叠加、与所述针对干扰的修正信号进行反相叠加，从而产生在存在干扰时可用的第二导引信号；对当前是否存在干扰进行检测；在不存在干扰时输出未经缓存的所述第一导引信号，在存在干扰时，输出所述第二导引信号；所述数模转换器DA用于将所述嵌入式处理器的输出信号转换为模拟信号。

所述嵌入式处理器还可以用于：在对所述φ角信号的频率进行检测前，对输入所述嵌入式处理器中的φ角信号进行放大，以使其能够更准确地检测φ角信号的频率。

所述嵌入式处理器在用于对原始信息进行脉宽检波，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号时，采用的具体方案可以为：对输入其中的原始信息进行滤波，统计干扰出现前信息的峰峰值，并记录峰峰值中的最大值，以及该最大值的某一特定比值；将滤波后信息的负半轴信号对称翻转到正半轴，从而将其转换为功率谱，当干扰出现时，停止统计信息的峰峰值，将记录的峰峰值中的最大值与所述功率谱进行门限比较，输出所述针对干扰的修正信号，同时将所述记录的峰峰值中的最大值的某一特定比值与所述功率谱进行门限比较，输出所述针对目标的修正信号。所述记录的峰峰值中的最大值的某一特定比值需要根据导引系统的实际情形而定，例如针对某一特定的导引系统该特定比值可以为四分之一。

所述嵌入式处理器在用于对当前是否存在干扰进行检测时，其采用的具体方案可以为：对输入其中的原始信息进行滤波，将滤波后信息的负半轴信号对称翻转到正半轴，从而将其转换为功率谱；记录上一时刻的功率谱峰值，将当前时刻的功率谱峰值与所述记录的上一时刻的功率谱峰值进行比较，如果当前时刻的功率谱峰值达到所述记录的上一时刻的功率谱峰值的两倍以上，则判定此刻存在干扰；否则判定不存在干扰。

所述嵌入式处理器还可以用于对其产生的所述第二导引信号进行缓存，以使在存在干扰时，所述嵌入式处理器的输出信号的频率与当前时刻陀螺组件的旋转频率更一致。

为解决上述技术问题，本发明便携式红外寻的防空导弹的导引信号产生方法包括：

对4v信息进行处理，得到不存在时可用的第一导引信号，并对干扰出现前的所述第一导引信号进行缓存，且对缓存的该信号进行实时更新；对原始信息进行脉宽检波处理，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，其中一路用于对所述第一导引信号针对目标进行修正，另一路用于对所述第一导引信号针对干扰进行修正；对输入其中的φ角信号频率进行检测，根据该频率读取缓存的所述第一导引信号，并将之与所述针对目标的修正信号进行同相叠加、与所述针对干扰的修正信号进行反相叠加，从而产生在存在干扰时可用的第二导引信号；对当前是否存在干扰进行检测；在不存在干扰时以未经缓存的所述第一导引信号为导引信号，在存在干扰时，以所述第二导引信号为导引信号。

在本发明方法中，对原始信息进行脉宽检波的原理与上述本发明导引系统中嵌入式处理器采用的脉宽检波原理相同。

在本发明方法中，所述第一导引信号的缓存长度的较佳选择为8个周期。

采用本发明便携式红外寻的防空导弹的导引系统/导引信号产生方法具有的有益效果包括：

1)在进行抗干扰处理时，对于目标和干扰的相对运动速度要求降低，可以进行长时间的抗干扰，而不会丢失目标，且对于干扰的释放方向没有要求，可以对抗任意方向释放的干扰，因此本发明便携式红外寻的防空导弹的导引系统/导引信号产生方法具有较高的抗干扰成功率；

2)本发明便携式红外寻的防空导弹的导引系统中的导引信号产生系统采用数字电路设计，数字电路的特点决定了其一致性非常好，这样有效提高了导引头在生产和调试过程中的效率。

附图说明

图1是传统的便携式红外寻的防空导弹导引系统的结构示意图；

图2是传统的便携式红外寻的防空导弹导引系统采用的推拉技术抗干扰原理示意图；

图3是本发明第一种便携式红外寻的防空导弹导引系统的结构示意图；

图4是第一信号产生模块的软件实施架构图；

图5为频率检测模块的软件实施架构图；

图6为检波模块的软件实施架构图；

图7(1)为没有干扰时原始信息的波形图；

图7(2)为有干扰时原始信息的波形图；

图8(1)为检波模块输出的代表干扰能量大小的方波信号；

图8(2)为检波模块输出的代表目标能量大小的方波信号；

图8(3)为检波模块输出的代表干扰和目标能量大小的两路方波信号叠加后的示意图；

图9为第二信号产生模块的软件实施架构图；

图10为干扰检测模块的软件实施架构图；

图11(1)为在干扰检测过程中，功率谱转换之前的信号波形；

图11(2)为在干扰检测过程中，功率谱转换之后的信号波形；

图12是本发明第二种便携式红外寻的防空导弹导引系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图3是本发明第一种便携式红外寻的防空导弹导引系统的结构示意图，如图所示，本发明便携式红外寻的防空导弹导引系统包括φ角线圈、红外探测器、前置放大器、AGC控制、选频放大器、模数转换器AD、嵌入式处理器、数模转换器DA、功率放大器、进动线圈和陀螺组件。

φ角线圈通过感生电磁原理产生φ角信号，该信号的频率代表陀螺组件当前时刻的运转频率；红外探测器固定于陀螺组件上，红外探测器通过光电转换电路将红外信号转换电信号，该信号能真实反映目标能量的大小以及与导引系统的距离远近，所以称为原始信息；转换后的原始信息非常微弱，需要对其进行放大，同时又要考虑到系统电路的饱和问题，所以通过AGC控制来控制前置放大器的放大倍数，将放大后的电信号的幅度固定在一个特定值上；但是放大后的信号中含有包括背景噪声在内的多种噪声，所以利用噪声和所需信息的频率不同，采用选频放大器进行一级选频放大滤除噪声，选频放大后的信息称为4V信息。

AD负责将各种模拟输入信号转换为数字信号，这些数字信号被送入嵌入式处理器中。

嵌入式处理器包括第一导引信号产生模块、第一导引信号存储模块、脉宽检波模块、频率检测模块、第二导引信号产生模块、干扰检测模块、导引信号选择模块；其中第一导引信号产生模块用于对4v信息进行处理，得到在不存在干扰时可用的第一导引信号；第一导引信号存储模块用于对干扰出现前的第一导引信号进行缓存，并对缓存的该信号进行实时更新，在本发明实施例中，第一导引信号存储模块采用双端口RAM；脉宽检波模块用于对原始信息进行脉宽检波，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，其中一路用于对所述第一导引信号针对目标进行修正，一路用于对所述第一导引信号针对干扰进行修正；频率检测模块用于检测φ角信号的频率，该模块的输出用于控制第一导引信号存储模块中缓存的第一导引信号的播放频率；第二导引信号产生模块用于根据测得的φ角信号的频率从所述第一导引信号存储模块中读取所述第一导引信号，并将之与所述针对目标的修正信号进行同相叠加、与所述针对干扰的修正信号进行反相叠加，从而产生在存在干扰时可用的第二导引信号；干扰检测器用于对当前是否存在干扰进行检测；导引信号选择模块用于当存在干扰时选择第二导引信号作为嵌入式处理器的输出信号，当不存在干扰时选择第一导引信号作为嵌入式处理器的输出信号。

DA负责将嵌入式处理器输出的数字信号转换为模拟信号。

经DA输出的导引信号驱动能力太小，无法驱动陀螺组件转动，所以需要经过功率放大器增加它的驱动能力。

经功率放大器放大后的导引信号输入到进动线圈，通过电磁感应驱动陀螺组件的转动。陀螺组件带动红外探测器作相应转动，同时与φ角线圈相互作用得到φ角信号。

所述第一导引信号产生模块的软件实施架构如图4所示，该模块的处理包括限幅、鉴频、滤波和放大三个部分，首先对于输入其中的4V信息进行限幅、鉴频，得到相应频段的正弦波；然后进行滤波，去除毛刺和噪声影响；最后对滤波后的信号进行幅度调节，得到不存在干扰时能够正确表征目标运动方向和速度的第一导引信号。

首先对4V信息做一个限幅运算，把一个调频调幅波转化为一个调频的近似方波的形式，然后对其鉴频。鉴频采用数字滤波器来完成，数字滤波器的算法是采用传统的FIR滤波器结构算法，在一个系统时钟周期内(50KHz)做了12次乘法，即该滤波器是一个12并行滤波器。滤波器系数选取按照最优的原则来选取，最优的标准是在资源利用不超过四分之一的情况下使滤波器的滤波效果最好。滤波器的阶数选取为128阶，滤波器的中心频率为2000赫兹，滤波器的带宽为800赫兹，该滤波器是一个纯粹的斜率鉴频器。

滤波算法也是采用传统的FIR滤波器结构算法，但是在一个系统时钟周期内(50KHz)做512次乘法。具体的做法是在一个系统时钟周期内集成的乘法器在60MHz的驱动下做512个乘法运算，在此期间，要做512次积累加法运算，最后的结果选取有效位数最高的一种位数截取方法把累加结果转化为滤波器输出结果。系数选取按照最优的原则来选取，最优的标准是在资源利用不超过五分之一的情况下使滤波器的滤波效果最好。滤波器的阶数选取为512阶，滤波器的中心频率为100赫兹，滤波器的带宽为20赫兹。

最后对滤波的输出结果进行简单的幅度调节，滤波器的输出为正弦信号，放大倍数根据跟踪斜率指标调节。

所述频率检测模块的软件实施架构如图5所示，输入的φ角信号为以2048为对称轴，分布在0-4095的正弦波。但是由于φ角信号的幅度与陀螺组件和φ角线圈的夹角成正比，有可能非常小，不利于频率的检测，所以在φ角信号进行简单的正比放大后再进行频率检测。

用计数器A统计每个周期大于2047的点数，用计数器B统计每个周期小于2047的点数。当计数器A计数时，将计数器B中的结果锁存后清零；当计数器B计数时，将计数器A中的结果锁存后清零。锁存后的结果之和就正比于信号的周期，根据经验统计8个周期后求平均值，就可以在误差允许范围内代替跟踪信号的频率，将求得的结果送入输出缓冲寄存器A缓存。

所述脉宽检波模块的软件实施架构如图6所示。在一个具体的实施例中，处于正常无干扰状态时，原始信息为中心频率1.2KHZ的正弦波，幅度保持稳定，如图7(1)所示；但是当视场中有干扰出现时，因为干扰的能量要大于目标的能量，而能量的大小体现在原始信息上就是信息幅度的大小，所以原始信息的波形如图7(2)所示，从图中可以看到，原始信息由两种幅度的正弦波叠加而成，但是二者之间存在相位差，其中大幅度信号的相位表示干扰的空间位置，而小幅度信号的相位表示目标的空间位置，因此可以从中分辨出目标和干扰的空间位置差别。

当原始信息转化为数字信号后，因为信号的能量非常小，而且被噪声所淹没，所以首先必须对原始信息滤波后才能对它进行利用。滤波器采用传统的FIR滤波器结构算法，在一个系统时钟周期内(50KHz)做512次乘法。即该滤波器采用了一个乘法器来实现512阶滤波器，考虑到系统的稳定性，采用FPGA内部的IP核来实现。

因为原始信息的幅度随目标能量的大小以及距离的远近有所改变，所以脉宽检波的门限值在干扰出现前需要随着原始信息的幅度改变进行实时更新。对没有干扰的原始信息的峰峰值进行时时统计，记录峰峰值中的最大值，以及该最大值的某一特定比值，该特定比根据红外探测器的灵敏度、分辨率以及干扰的具体情形综合确定，在本实施例中设为1/4。将滤波后的原始信息对称轴以下的部分对称的翻转到对称轴以上，从而将其转换为功率谱。

当干扰检测模块检测到干扰出现时，则停止统计原始信息的峰峰值，并对转换为功率谱之后的原始信息进行门限比较，当信息幅度大于所记录的干扰出现前的峰峰值中的最大值，就认为是干扰信号；当信号幅度大于所记录的干扰出现前峰峰值中的最大值的1/4时且小于该峰峰值中的最大值时，就认为是目标信号；当信号幅度小于所记录的干扰前的峰峰值中的最大值的1/4时，就认为即没有干扰，也没有目标。所以门限比较后输出两路信号：用于对存储的第一导引信号针对干扰进行修正的信号，即干扰脉冲宽度信号；用于对存储的第一导引信号针对目标进行修正的信号，即目标脉冲宽度信号。二者均是十二位逻辑信号，当原始信息中存在干扰信息时，干扰脉冲宽度信号输出高电平，当原始信息没有干扰时，干扰脉冲宽度信号输出低电平，如图8(1)所示；当原始信息中存在目标时，目标脉冲宽度信号输出高电平，当原始信息没有目标时，目标脉冲宽度信号输出低电平，如图8(2)所示。

这两个信号均是周期性的高低电平信号，两者的相位关系体现的是目标和干扰的空间相对位置关系，所以为方便观察两者的相位关系，将两个信号叠加起来，得到图8(3)。图中分三个等级，最高等级对应图8(1)中高电平，代表原始信息中的干扰信号；第二等级对应图8(2)中的高电平，代表原始信息中的目标信号；第三等级代表原始信号中目标信号和干扰信号都没有。这样就可以清楚观察到第一等级和第二等级的相位差别，这就代表目标和干扰的空间位置差别。

所述第二导引信号产生模块的软件实施架构如图9所示。正常无干扰时，对第一导引信号时时记录，存储在FPGA片内存储器双端口RAM中，该双端口RAM即为所述第一导引信号存储模块，双口RAM中存储的数据最好超过8个周期。双端口RAM的A端口地址产生模块位于50KHz时钟域，该端口为只写操作，目的是将第一导引信号数据持续送进双端口RAM中，双端口RAM的B端口地址也位于50KHz时钟域，该端口为只读操作，B端口的数据被持续不断地读出到总线中并送入加法器。为防止双端口RAM读写冲突，则在50KHz时钟周期内，B口使能要避开A端口时钟上升沿后的保持(Holdtime)时间段。

B口地址的产生由频率检测模块的输出频率来控制，以保证双端口RAM的输出与当前时刻的φ角信号的频率一致，从而与所述脉宽检波模块输出的两路方波信号的频率一致。

存储输出的第一导引信号的频率、相位、幅度代表的是干扰出现前目标运动模式，但是它仅仅是一个记忆值，不能准确表征目标在抗干扰阶段的运动模式，所以它只是一个主控信号，需要对它进行修正，修正量就是上述脉检波的输出，在存储输出的第一导引信号的基础上，将脉宽检波输出的目标脉冲宽度信号与之同相叠加，将脉宽检波输出的干扰脉冲宽度信号与之反相叠加，从而保证红外探测器的指向向目标的空间位置靠近，而远离干扰的空间位置。叠加后产生的第二导引信号送入第二缓冲寄存器即缓冲寄存器B中缓存，从而能够通过对缓冲寄存器B的信号输出时刻进行控制，使嵌入式处理器输出的第二导引信号的频率与当前时刻陀螺组件的旋转频率更一致。

所述干扰检测器的软件实施架构如图10所示，干扰检测器的处理包括滤波、功率谱转换、记录功率谱峰值和峰值比较四个部分，输入的原始信息经过滤波后，利用其数字信号的特征转换为功率谱，一方面对功率谱的峰值进行记录，另一方面将当前时刻的功率谱峰值与记录的上一时刻的峰值进行比较，即得到最终的表征是否存在干扰的干扰标志信号。

原始信号为正弦波，因为有无干扰的区别体现在原始信号上仅仅是正弦波的幅度大小的区别，所以就可以利用原始信号的幅度的变化来判断视场中有无干扰。但是传统的检测方法仅仅检测原始信号的最大值，而通过功率谱转换方式后，相当于同时利用原始信号的最大值和最小值，所以可以将发现干扰的时间提前半个周期。

对输入的原始信号进行滤波放大，去除噪声毛刺的影响，使得原始信号的幅度可以正确反映目标和干扰的能量的变化。同时考虑到干扰判断需要时时性，因此利用数字系统的灵活特性，可以将滤波结果按照对称轴翻转，在数字域即将大于等于2048的值保持不变，小于2048的值用4095与其本身的差值代替，从而转化为功率谱，图11(1)为转换前滤波器的输出结果，图11(2)为转换后的功率谱。

利用信号的周期特性，统计输入的功率谱信号的每个周期的最大值作为功率谱的峰值，并对结果进行存储。将当前时刻的功率谱峰值与上一时刻存储的峰值进行比较，如果二者的比值大于某一特定值时，就认为视场中有干扰出现，该特定值根据红外探测器的灵敏度、分辨率以及干扰的具体情形综合确定，本实施例中设为2；如果比值由大于2变化为小于1/2时，就认为干扰从视场中消失；如果比值在2-1/2之间，则认为视场中没有干扰，处于正常跟踪状态。

图12是本发明第二种便携式红外寻的防空导弹导引系统的结构示意图，如图所示，在该实施例中，第一导引信号是在模拟电路中由检波和第二选频放大器对4v信息进行处理后产生的，在嵌入式处理器中主要是进行数字抗干扰处理，其原理与图3所示第一种便携式红外寻的防空导弹导引系统的嵌入式处理器类似。

本发明的原理主要是针对传统的采用模拟电路设计的导引系统在进行抗干扰处理时的缺陷，并利用数字电路的优点提出解决方案：

1、因为目标和干扰的能量大小不同，体现在原始信号的幅值不同，所以可以对原始信号作脉宽检波，近似标定目标和干扰的空间相对位置关系；

2、对干扰出现前的表征目标运动模式的导引信号进行存储，按照一定的频率释放出来，可以在短时间内近似模拟目标的运动轨迹；

3、将存储的导引信号和脉宽检波的输出叠加，就可以在视场中存在干扰时对目标进行一定形式的主动跟踪，并具有较高的成功率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应注意的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种便携式红外寻的防空导弹的导引系统，包括红外探测器、前置放大器、AGC控制、选频放大器、导引信号产生系统、功率放大器、进动线圈和陀螺组件，其特征在于：

该导引系统还包括φ角线圈，所述φ角线圈用于输出表征当前时刻陀螺旋转频率的φ角信号；

所述导引信号产生系统包括模数转换器AD、嵌入式处理器和数模转换器DA；

所述模数转换器AD用于将所述φ角线圈输出的φ角信号、所述红外探测器输出的原始信息和所述选频放大器输出的4v信息转换为数字信号，这些数字信号被送入所述嵌入式处理器中；

所述嵌入式处理器用于：对输入其中的4v信息进行处理，得到在不存在干扰时可用的第一导引信号，在干扰出现前对该信号进行缓存并对缓存的该信号进行实时更新；对输入其中的原始信息进行脉宽检波处理，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，其中一路用于对所述第一导引信号针对目标进行修正，另一路用于对所述第一导引信号针对干扰进行修正；对输入其中的φ角信号频率进行检测，根据该频率读取缓存的所述第一导引信号，并将之与所述针对目标的修正信号进行同相叠加、与所述针对干扰的修正信号进行反相叠加，从而产生在存在干扰时可用的第二导引信号；对当前是否存在干扰进行检测；在不存在干扰时输出未经缓存的所述第一导引信号，在存在干扰时，输出所述第二导引信号；

所述数模转换器DA用于将所述嵌入式处理器的输出信号转换为模拟信号。

2.根据权利要求1所述的便携式红外寻的防空导弹的导引系统，其特征在于所述嵌入式处理器还用于：在对所述φ角信号的频率进行检测前，对输入所述嵌入式处理器中的φ角信号进行放大。

3.根据权利要求1所述的便携式红外寻的防空导弹的导引系统，其特征在于所述嵌入式处理器在用于对输入其中的4v信息进行处理，产生在没有干扰时可用的第一导引信号时，其采用的具体方案为：首先对输入其中的4v信息进行限幅和鉴频处理，得到相应频段的正弦波，然后进行滤波，去除毛刺和噪声影响，最后对滤波后的信号进行幅度调节。

4.根据权利要求1所述的便携式红外寻的防空导弹的导引系统，其特征在于所述嵌入式处理器在用于对当前是否存在干扰进行检测时，其采用的具体方案为：对输入其中的原始信息进行滤波，将滤波后信息的负半轴信号对称翻转到正半轴，从而将其转换为功率谱；记录上一时刻的功率谱峰值，将当前时刻的功率谱峰值与所述记录的上一时刻的功率谱峰值进行比较，如果当前时刻的功率谱峰值达到所述记录的上一时刻的功率谱峰值的某一特定倍数以上，则判定此刻存在干扰；否则判定不存在干扰。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的便携式红外寻的防空导弹的导引系统，其特征在于所述嵌入式处理器在用于对原始信息进行脉宽检波，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号时，采用的具体方案为：对输入其中的原始信息进行滤波，统计干扰出现前信息的峰峰值，并记录峰峰值中的最大值，以及该最大值的某一特定比值；将滤波后信息的负半轴信号对称翻转到正半轴，从而将其转换为功率谱，当干扰出现时，停止统计信息的峰峰值，将记录的峰峰值中的最大值与所述功率谱进行门限比较，输出所述针对干扰的修正信号，同时将所述记录的峰峰值中的最大值的某一特定比值与所述功率谱进行门限比较，输出所述针对目标的修正信号。

6.根据权利要求1所述的便携式红外寻的防空导弹的导引系统，其特征在于所述嵌入式处理器包括：第一导引信号产生模块、第一导引信号存储模块、脉宽检波模块、频率检测模块、第二导引信号产生模块、干扰检测模块、导引信号选择模块；其中所述第一导引信号产生模块用于对4v信息进行处理，得到在不存在干扰时可用的第一导引信号；所述第一导引信号存储模块用于对干扰出现前的所述第一导引信号进行缓存，并在干扰出现前对缓存的该信号进行实时更新；所述脉宽检波模块用于对原始信息进行脉宽检波处理，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，其中一路用于对所述第一导引信号针对目标进行修正，一路用于对所述第一导引信号针对干扰进行修正；所述频率检测模块用于检测φ角信号的频率；所述第二导引信号产生模块用于根据测得的φ角信号的频率从所述第一导引信号存储模块中读取所述第一导引信号，并将之与所述针对目标的修正信号进行同相叠加、与所述针对干扰的修正信号进行反相叠加，从而产生在存在干扰时可用的第二导引信号；所述干扰检测器用于对是否存在干扰进行检测；所述导引信号选择模块用于当存在干扰时选择所述第二导引信号作为所述嵌入式处理器的输出信号，当不存在干扰时选择所述第一导引信号作为所述嵌入式处理器的输出信号。

7.采用权利要求1所述导引系统的便携式红外寻的防空导弹。

8.一种便携式红外寻的防空导弹的导引系统，包括红外探测器、前置放大器、AGC控制、第一选频放大器、导引信号产生系统、功率放大器、进动线圈和陀螺组件，其特征在于：

该导引系统还包括φ角线圈，所述φ角线圈用于输出表征当前时刻陀螺旋转频率的φ角信号；

所述导引信号产生系统包括检波、第二选频放大器、模数转换器AD、嵌入式处理器和数模转换器DA；

所述检波和所述第二选频放大器用于对4v信息进行处理，产生在不存在干扰时可用的第一导引信号；

所述模数转换器AD用于将所述φ角线圈输出的φ角信号、所述红外探测器输出的原始信息和所述第二选放放大器输出的第一导引信号转换为数字信号，这些数字信号被送入所述嵌入式处理器中；

所述嵌入式处理器用于：对干扰出现前输入其中的第一导引信号进行缓存并对缓存的该信号进行实时更新；对输入其中的原始信息进行脉宽检波处理，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，其中一路用于对所述第一导引信号针对目标进行修正，一路用于对所述第一导引信号针对干扰进行修正；对输入其中的φ角信号频率进行检测，根据该频率读取缓存的所述第一导引信号，并将之与所述针对目标的修正信号进行同相叠加、与所述针对干扰的修正信号进行反相叠加，从而产生在存在干扰时可用的第二导引信号；对当前是否存在干扰进行检测；在不存在干扰时输出未经缓存的所述第一导引信号，在存在干扰时，输出所述第二导引信号；

所述数模转换器DA用于将所述嵌入式处理器的输出信号转换为模拟信号。

9.根据权利要求8所述的便携式红外寻的防空导弹的导引系统，其特征在于：所述嵌入式处理器在用于对原始信息进行脉宽检波，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号时，采用的具体方案为：对输入其中的原始信息进行滤波，统计干扰出现前信息的峰峰值，并记录峰峰值中的最大值，以及该最大值的某一特定比值；将滤波后信息的负半轴信号对称翻转到正半轴，从而将其转换为功率谱，当干扰出现时，停止统计信息的峰峰值，将记录的峰峰值中的最大值与所述功率谱进行门限比较，输出所述针对干扰的修正信号，同时将所述记录的峰峰值中的最大值的某一特定比值与所述功率谱进行门限比较，输出所述针对目标的修正信号。

10.采用权利要求9所述导引系统的便携式红外寻的防空导弹。

11.一种便携式红外寻的防空导弹的导引信号产生方法，其特征在于包括：

对4v信息进行处理，得到不存在干扰时可用的第一导引信号，并对干扰出现前的所述第一导引信号进行缓存，且对缓存的该信号进行实时更新；对原始信息进行脉宽检波处理，产生用于对所述第一导引信号进行修正的两路信号，其中一路用于对所述第一导引信号针对目标进行修正，另一路用于对所述第一导引信号针对干扰进行修正；对输入其中的φ角信号频率进行检测，根据该频率读取缓存的所述第一导引信号，并将之与所述针对目标的修正信号进行同相叠加、与所述针对干扰的修正信号进行反相叠加，从而产生在存在干扰时可用的第二导引信号；对当前是否存在干扰进行检测；在不存在干扰时以未经缓存的所述第一导引信号为导引信号，在存在干扰时，以所述第二导引信号为导引信号。