CN107504863A - 基于四象限探测器的全方位激光告警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于四象限探测器的全方位激光告警系统。系统由24个探测通道均匀分布360°构成，包括：光学系统模块，用于接收来袭激光，并使激光成像在四象限探测器上光斑的直径等于光敏面的半径；电压放大模块，用于将电流转为电压，该模块包括前置放大模块和二级放大模块，其中前置放大模块与四象限探测器连接，用于将电流信号放大，二级放大模块用于将放大电路与后续电路的阻抗进行匹配，避免信号失真；信号处理与分析模块，用于采集模拟信号并对信号进行处理，得到多路数据；人机交互模块，用于实时显示告警；实时上传模块，用于将实时高精度告警信息上传到与系统相连的外部光电干扰设备。本发明实现了全方位、高精度激光告警。
Description
技术领域
本发明属于军事领域，特别是一种基于四象限探测器的全方位激光告警系统。
背景技术
20世纪，除了原子能、计算机等伟大发明之外，激光也是这个世纪科研界又一个关键性的发明。20世纪60年代美国科学家梅曼制造了世界上第一台激光器，它的诞生广泛而深入地影响着人们的生活。
激光因为其卓越的方向性、相干型、单色性以及高亮度等特性，在武器方面的发展情况十分迅速，制成的激光武器具有命中精度高、作战效能高、射程远等特点，例如：制导武器、测距仪、炫目器等。激光武器的诞生，改变的不只是现代战争的对抗局面，未来战争的方式也会受到一定程度的影响。为了制衡诸多具有危险性能的激光武器，各个国家都在加快研究激光告警技术和研制激光告警系统。
激光告警技术是光电对抗领域的重要组成部分，它的作用在于可以及时截获敌方发出的激光信号(包括激光制导武器以及激光测距机等所配备的激光目标指示器发出的激光束)、判别来袭激光的参数(包括方位、波长、编码等信息)、及时的发出警告以便载体适时地采取防御措施。
传统的激光告警系统存在两种形式的不足。一种是能满足大视场探测的要求，但是不能保证高精度定位；一种是可以满足高精度探测的要求，但是不能满足大视场探测。因此在设计激光告警系统的时候会存在高精度与大视场的矛盾。另外传统的告警系统多采用CCD或者光电二极管作为探测器件，这就会存在电路复杂，探测精度不足等缺点。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种高精度、全方位、实时告警并立即将定位信息上传的激光告警系统。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于四象限探测器的全方位激光告警系统，包括：光学系统模块、电压放大模块、信号处理与分析模块、人机交互模块以及实时上传模块；
其中，
所述光学系统模块，用于接收来袭激光，并使激光成像在四象限探测器上光斑的直径等于光敏面的半径；之后将探测器输出的电信号传递给电压放大模块；
所述电压放大模块，用于将电流转为电压，该模块包括前置放大模块和二级放大模块，其中前置放大模块与四象限探测器连接，用于将电流信号放大；二级放大模块用于将放大电路与后续电路的阻抗进行匹配，避免信号失真；该模块将模拟信号传递给信号处理与分析模块；
所述信号处理与分析模块，用于采集模拟信号并对信号进行处理，得到N路数据，之后将该N路数据传递给人机交互模块和实时上传模块；
所述人机交互模块，用于实时显示告警；
所述实时上传模块，用于将实时高精度告警信息上传到与系统相连的外部光电干扰设备。
进一步地，所述光学系统模块包括24个探测通道，该24个探测通道环形均布360°，每个探测通道的视场角为30°，其中每个探测通道包括依次设置的聚光镜、滤光片、一级放大电路和四象限探测器。
进一步地，所述信号处理与分析模块中，N的取值范围为3～6。
进一步地，所述人机交互模块，包括LCD显示屏、电源开关、蜂鸣器、按键，系统通过LCD和蜂鸣器进行实时声光报警。
进一步地，所述实时上传模块，通过高速并行总线的方式，将高精度定位信息实时上传给与系统相连的外部光电干扰设备。
进一步地，所述前置放大模块由四路相同的放大模块构成，每路放大模块均包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、运算放大器U1，信号输入端Vin与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接、第一电阻R1的另一端同时与第二电阻R2的一端、第三电容C3的一端连接，运算放大器U1的同相输入端与地连接，运算放大器U1的输出端与信号输出端Vout连接，运算放大器U1的输出端同时与第三电容C3的另一端、第二电阻R2的另一端连接，运算放大器U1的正电源端与供电电源VCC连接，运算放大器U1的正电源端同时与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端与地连接，运算放大器U1的负电源端与供电电源VEE连接，运算放大器U1的负电源端同时与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与地连接。
进一步地，所述二级放大模块由四路相同的放大模块构成，每路放大模块均包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、运算放大器U2，信号输入端Vin与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与运算放大器U2的反相输入端连接、第三电阻R3的另一端同时与第四电阻R4的一端、第五电容C5的一端连接，运算放大器U2的同相输入端与第五电阻R5的一端连接，运算放大器U2的同相输入端同时与第四电容C4的一端连接，第五电阻R5的另一端与地连接，第四电容C4的另一端与地连接，运算放大器U2的输出端与信号输出端Vout连接，运算放大器U2的输出端同时与第五电容C5的另一端、第四电阻R4的另一端连接，运算放大器U2的正电源端与供电电源VCC连接，运算放大器U1的正电源端同时与第七电容C7的一端连接，第七电容C7的另一端与地连接，运算放大器U2的负电源端与供电电源VEE连接，运算放大器U2的负电源端同时与第六电容C6的一端连接，第六电容C6的另一端与地连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明克服了传统告警系统所存在的高精度与大视场矛盾的问题，在实现全方位探测的同时保证高精度；(2)本发明能够探测到一个精确的角度，从而进行精准的防御，节省人力、物力和财力；(3)本发明采取四象限探测器，其具有后续电路简单、灵敏度高、响应度高等优点；(4)本发明能够将高精度定位信息实时上传给外部的光电干扰设备，从而及时采取主动或被动防御，提高了重要军事目标的生存能力。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明基于四象限探测器的全方位激光告警系统的工作原理框图。
图2为本发明基于四象限探测器的全方位激光告警系统的光学系统结构图。
图3为本发明基于四象限探测器的全方位激光告警系统的前置放大模块原理图。
图4为本发明基于四象限探测器的全方位激光告警系统的二级放大模块原理图。
图5为本发明基于四象限探测器的全方位激光告警系统的实验架构图。
图中编号所代表的含义为：1—聚光镜，2—滤光片，3—四象限探测器，4—一级放大电路板。
具体实施方式
结合图1，本发明基于四象限探测器的全方位激光告警系统，包括光学系统模块、电压放大模块、信号处理与分析模块、人机交互模块以及实时上传模块；
其中，
结合图2，所述光学系统模块，用于接收来袭激光，并使激光成像在四象限探测器上光斑的直径等于光敏面的半径；之后将探测器输出的电信号传递给电压放大模块，光学系统模块包括24个探测通道，该24个探测通道环形均布360°，每个探测通道的视场角为30°，其中每个探测通道包括依次设置的聚光镜1、滤光片2、四象限探测器3、一级放大电路板4；一级放大电路板4上设置四象限探测器3，四象限探测器3的上方设置滤光片2，滤光片2的上方设置聚光镜1。
所述电压放大模块，用于将电流转为电压，该模块包括前置放大模块和二级放大模块，其中前置放大模块与四象限探测器连接，用于将电流信号放大；二级放大模块用于将放大电路与后续电路的阻抗进行匹配，避免信号失真；该模块将模拟信号传递给信号处理与分析模块。其中，
结合图3，前置放大模块由四路相同的放大模块构成，每路放大模块均包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、运算放大器U1，信号输入端Vin与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接、第一电阻R1的另一端同时与第二电阻R2的一端、第三电容C3的一端连接,运算放大器U1的同相输入端与地连接，运算放大器U1的输出端与信号输出端Vout连接，运算放大器U1的输出端同时与第三电容C3的另一端、第二电阻R2的另一端连接，运算放大器U1的正电源端与供电电源VCC连接，运算放大器U1的正电源端同时与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端与地连接，运算放大器U1的负电源端与供电电源VEE连接，运算放大器U1的负电源端同时与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与地连接。
结合图4，二级放大模块由四路相同的放大模块构成，每路放大模块均包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、运算放大器U2，信号输入端Vin与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与运算放大器U2的反相输入端连接、第三电阻R3的另一端同时与第四电阻R4的一端、第五电容C5的一端连接，运算放大器U2的同相输入端与第五电阻R5的一端连接，运算放大器U2的同相输入端同时与第四电容C4的一端连接，第五电阻R5的另一端与地连接，第四电容C4的另一端与地连接，运算放大器U2的输出端与信号输出端Vout连接，运算放大器U2的输出端同时与第五电容C5的另一端、第四电阻[R4]的另一端连接，运算放大器U2的正电源端与供电电源VCC连接，运算放大器U1的正电源端同时与第七电容C7的一端连接，第七电容C7的另一端与地连接，运算放大器U2的负电源端与供电电源VEE连接，运算放大器U2的负电源端同时与第六电容C6的一端连接，第六电容C6的另一端与地连接。
所述信号处理与分析模块，用于采集模拟信号并对信号进行处理，得到3～6路数据，之后将该3～6路数据传递给人机交互模块和实时上传模块。
所述人机交互模块，包括LCD显示屏、电源开关、蜂鸣器、按键，系统通过LCD和蜂鸣器进行实时声光报警。
所述实时上传模块，通过高速并行总线的方式，将高精度定位信息实时上传给与系统相连的外部光电干扰设备。
本发明能够探测到一个精确的角度，从而进行精准的防御，节省人力、物力和财力
下面结合实施例进行具体描述。
实施例
(1)结合图5，将基于四象限探测器的全方位激光告警系统置于电动转台上，调整系统的探测通道1与激光同轴，即激光入射系统的角度为0°；
(2)步进电机控制转台转动，使来袭激光分别从-45°、-135°、30°、120°四个方向入射；
(3)LCD显示屏可以看到来袭激光具体的方位角和俯仰角，通过按键切换也可以看到具体哪些探测通道在工作，以及每个通道各自探测的俯仰角和方位角。
实验测得了多组数据，经分析本系统的探测精度为0.1°。
本发明结构简单，成本较低，能够实现全方位、高精度激光告警。系统及其内部电路和算法，不仅可以军用，也可以民用，具有很好的应用价值。
Claims (7)
1.一种基于四象限探测器的全方位激光告警系统，其特征在于，包括光学系统模块、电压放大模块、信号处理与分析模块、人机交互模块以及实时上传模块；
其中，
所述光学系统模块，用于接收来袭激光，并使激光成像在四象限探测器上光斑的直径等于光敏面的半径；之后将探测器输出的电信号传递给电压放大模块；
所述电压放大模块，用于将电流转为电压，该模块包括前置放大模块和二级放大模块，其中前置放大模块与四象限探测器连接，用于将电流信号放大；二级放大模块用于将放大电路与后续电路的阻抗进行匹配，避免信号失真；该模块将模拟信号传递给信号处理与分析模块；
所述信号处理与分析模块，用于采集模拟信号并对信号进行处理，得到N路数据，之后将该N路数据传递给人机交互模块和实时上传模块；
所述人机交互模块，用于实时显示告警；
所述实时上传模块，用于将实时高精度告警信息上传到与系统相连的外部光电干扰设备。
2.根据权利要求1所述的基于四象限探测器的全方位激光告警系统，其特征在于，所述光学系统模块包括24个探测通道，该24个探测通道环形均布360°，每个探测通道的视场角为30°，其中每个探测通道包括依次设置的聚光镜、滤光片、一级放大电路和四象限探测器。
3.根据权利要求1所述的基于四象限探测器的全方位激光告警系统，其特征在于，所述信号处理与分析模块中，N的取值范围为3～6。
4.根据权利要求1所述的基于四象限探测器的全方位激光告警系统，其特征在于，所述人机交互模块，包括LCD显示屏、电源开关、蜂鸣器、按键，系统通过LCD和蜂鸣器进行实时声光报警。
5.根据权利要求1所述的基于四象限探测器的全方位激光告警系统，其特征在于，所述实时上传模块，通过高速并行总线的方式，将高精度定位信息实时上传给与系统相连的外部光电干扰设备。
6.根据权利要求1所述的基于四象限探测器的全方位激光告警系统，其特征在于，所述前置放大模块由四路相同的放大模块构成，每路放大模块均包括第一电阻[R1]、第二电阻[R2]、第一电容[C1]、第二电容[C2]、第三电容[C3]、运算放大器[U1]，信号输入端Vin与第一电阻[R1]的一端连接，第一电阻[R1]的另一端与运算放大器[U1]的反相输入端连接、第一电阻[R1]的另一端同时与第二电阻[R2]的一端、第三电容[C3]的一端连接，运算放大器[U1]的同相输入端与地连接，运算放大器[U1]的输出端与信号输出端Vout连接，运算放大器[U1]的输出端同时与第三电容[C3]的另一端、第二电阻[R2]的另一端连接，运算放大器[U1]的正电源端与供电电源VCC连接，运算放大器[U1]的正电源端同时与第一电容[C1]的一端连接，第一电容[C1]的另一端与地连接，运算放大器[U1]的负电源端与供电电源VEE连接，运算放大器[U1]的负电源端同时与第二电容[C2]的一端连接，第二电容[C2]的另一端与地连接。
7.根据权利要求1所述的基于四象限探测器的全方位激光告警系统，其特征在于，所述二级放大模块由四路相同的放大模块构成，每路放大模块均包括第三电阻[R3]、第四电阻[R4]、第五电阻[R5]、第四电容[C4]、第五电容[C5]、第六电容[C6]、第七电容[C7]、运算放大器[U2]，信号输入端Vin与第三电阻[R3]的一端连接，第三电阻[R3]的另一端与运算放大器[U2]的反相输入端连接、第三电阻[R3]的另一端同时与第四电阻[R4]的一端、第五电容[C5]的一端连接，运算放大器[U2]的同相输入端与第五电阻[R5]的一端连接，运算放大器[U2]的同相输入端同时与第四电容[C4]的一端连接，第五电阻[R5]的另一端与地连接，第四电容[C4]的另一端与地连接，运算放大器[U2]的输出端与信号输出端Vout连接，运算放大器[U2]的输出端同时与第五电容[C5]的另一端、第四电阻[R4]的另一端连接，运算放大器[U2]的正电源端与供电电源VCC连接，运算放大器[U1]的正电源端同时与第七电容[C7]的一端连接，第七电容[C7]的另一端与地连接，运算放大器[U2]的负电源端与供电电源VEE连接，运算放大器[U2]的负电源端同时与第六电容[C6]的一端连接，第六电容[C6]的另一端与地连接。
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