CN112147594B - 一种用于定向激光引信信号处理的电路及信号处理方法 - Google Patents

一种用于定向激光引信信号处理的电路及信号处理方法 Download PDF

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Abstract

一种用于定向激光引信信号处理的电路及信号处理方法，电路主要包括包括激光接收单元、比较电路、A/D转换电路、D/A转换电路、时间间隔测量电路、FPGA处理模块、串口通信电路、发射电路以及起爆电路，信号处理方法采用十二个探测通道，结合运用目标方位识别准则可将目标方位识别精度提高到15°以内，为配合定向战斗部进一步提高引战配合效率提供了前提；同时，本发明采用数模转换电路和时间间隔测量电路相结合，利用FPGA芯片完成波门匹配和逻辑处理的功能，取代传统的高速采样电路、固定阈值时间间隔测量电路，使电路总面积小于Φ100mm，解决了小体积高性能定向激光引信信号处理面积要求小和性能要求高，传统信号处理难以实现的问题。

Description

一种用于定向激光引信信号处理的电路及信号处理方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种用于定向激光引信信号处理的电路及信号处理方法。
背景技术
定向激光引信是利用激光光束探测或感知目标，通过对目标反射的回波信息和激光的强指向性来确定战斗部最佳起爆时间和方位的一种新型引信。为了提高作用距离和测向精度，激光引信采用十二个探测通道，这就要求其具备多通道信号处理能力；为了提高抗干扰性能，激光引信采用窄脉冲测距体制，要求其信号处理具备浮动门限来精确测量反射的回波信号相对发射脉冲信号的延迟时间(以下简称回波延时)和反射回波信号的脉冲宽度(以下简称回波脉宽)，来实现抗干扰能力。此外，信号处理电路必须在小体积内实现上述全部功能来适应小型化的需求。
传统的定向激光引信信号处理电路的实现方式主要有以下两种：
1、利用模数转换芯片对回波信号进行采样，来测量回波延时和回波脉宽，再做进一步的信号分析。这种实现方式同时处理十二个通道的回波信号，需要重复使用模数转换电路，电路面积大，难以实现该激光引信的使用要求。
2、利用时间间隔测量芯片(例如TDC-GP)来测量回波延时和回波脉宽，再做进一步的信号分析。这种测量方式测量时间精度高，但门限设置单一，不能实现浮动门限设置，难以实现该激光引信的使用要求。
上述两种传统的定向激光引信信号处理方式难以在性能和电路面积上同时满足该定向激光引信的使用要求。因此，亟需提供一种满足在性能上具备多通道信号处理能力的同时电路面积较小的定向激光引信信号处理电路与信号处理方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于定向激光引信信号处理的电路及信号处理方法，采用数模转换电路和时间间隔测量电路相结合，利用FPGA芯片完成波门匹配和逻辑处理的功能，取代传统的高速采样电路、固定阈值时间间隔测量电路，使电路总面积小于Φ100mm，解决了小体积高性能定向激光引信信号处理面积要求小和性能要求高，传统信号处理难以实现的问题。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种用于定向激光引信信号处理的电路，包括激光接收单元、比较电路、A/D转换电路、D/A转换电路、时间间隔测量电路、FPGA处理模块、串口通信电路、发射电路以及起爆电路，所述激光接收单元与比较电路以及A/D转换电路连接，比较电路经过时间间隔测量电路与FPGA处理模块连接；
D/A转换电路设置于FPGA模块与比较电路之间，分别与比较电路与FPGA模块连接，将来自FPGA模块的信号进行转换后发送至比较电路进行处理；
发射电路与起爆电路均与FPGA模块连接，接收来自FPGA模块的信号；串口通信电路连接至FPGA模块，与FPGA模块进行双向通信实现信息交换。
进一步的，还包括一个FLASH模块与FPGA模块连接。
进一步的，还包括峰值保持电路，所述峰值保持电路设置于激光接收单元与A/D转换电路之间，分别与激光接收单元与A/D转换电路连接，激光信号从激光接收单元传输至A/D转换电路前需经过峰值保持电路的处理。
进一步的，还包括电源电路与FPGA模块连接，对FPGA模块进行供电。
进一步的，所述串口通信电路采用RS232接口协议与FPGA模块进行通信。
一种用于定向激光引信信号处理电路进行信号处理的方法，采用十二个探测通道进行探测，具体包括以下步骤：
步骤1、在当前采样周期，FPGA模块根据装定的目标类型和A/D转换电路的采样值对D/A转换电路的阈值电压进行设置，同时，FPGA模块并行读取十二个探测通道脉冲时间间隔测量信息，并计算对应通道的脉冲延时和脉冲宽度，十二个道通的脉冲延时和脉冲宽度组成脉冲延时数组和脉冲宽度数组；
步骤2、根据脉冲延时和脉冲宽度数组中的脉冲延时和脉冲宽度信息判断得到有效目标回波信号的路数n，每个探测通道对应一路信号，
若n≤2，且探测通道连续，则目标为小平面目标，此时如果至少有一路脉冲延时和脉冲宽度在预先设定的阈值范围内，则进入步骤3；
若2＜n≤6，且探测通道连续，则目标为大平面目标，此时如果至少有一路脉冲延时和脉冲宽度在预先设定的阈值范围内，则进入步骤4；
若n>6或n>2且探测通道不连续，则目标为云雾干扰目标，返回步骤1；
步骤3、判断当前采样周期的有效通道测距值是否满足定距要求和是否相关，若均满足则进入步骤5，否则，等待下一个采样周期到来后，返回步骤1；
步骤4、判断当前采样周期内各有效通道测距值是否满足定距要求和是否相关，若满足则进入步骤5，否则，等待下一个采样周期到来后，返回步骤1；
步骤5、确认目标，判断当前周期的测距值最小探测通道为目标方位，若连续三个周期目标方位相差不超过30°，则输出最后探测目标方位为方位起爆信号，否则，等待下一个采样周期带来后，返回步骤1。
进一步的，其特征在于：所述步骤3中，判断当前采样周期的有效通道测距值时，需对当前周期内的两个有效通道的测距值均进行判断。
进一步的，所述步骤1中，FPGA模块并行读取十二个探测通道脉冲时间间隔测量信息，为经过比较电路和时间间隔测量电路进行预处理过的信息。
本发明的有益效果在于：通过本发明的实施，采用数模转换电路和时间间隔测量电路相结合，利用FPGA芯片完成波门匹配和逻辑处理的功能，取代传统的高速采样电路、固定阈值时间间隔测量电路，使电路总面积小于Φ100mm，解决了小体积高性能定向激光引信信号处理面积要求小和性能要求高，传统信号处理难以实现的问题；同时，信号处理实现对象为采用十二个探测通道，并结合运用目标方位识别准则可将目标方位识别精度提高到15°以内，为配合定向战斗部进一步提高引战配合效率提供了前提，其次，采用FPGA作为信号处理核心单元，实现十二个探测通道数据并行处理，进一步提高了探测频率，能够适应相对速度更快的目标，最后，采用回波信号峰值保持采样，根据回波峰值和装订目标类型设置比较阈值电压，实现浮动门限设置，运用目标信号识别准则及抗干扰准则达到在复杂背景及干扰条件下准确目标识别和精确实时炸点控制。
附图说明
图1是本发明的电路组成结构示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种用于定向激光引信信号处理的电路，包括激光接收单元、比较电路、A/D转换电路、D/A转换电路、时间间隔测量电路、FPGA处理模块、串口通信电路、发射电路以及起爆电路，所述激光接收单元与比较电路以及A/D转换电路连接，比较电路经过时间间隔测量电路与FPGA处理模块连接；
D/A转换电路设置于FPGA模块与比较电路之间，分别与比较电路与FPGA模块连接，将来自FPGA模块的信号进行转换后发送至比较电路进行处理；
发射电路与起爆电路均与FPGA模块连接，接收来自FPGA模块的信号；串口通信电路连接至FPGA模块，与FPGA模块进行双向通信实现信息交换。
还包括一个FLASH模块与FPGA模块连接。
还包括峰值保持电路，所述峰值保持电路设置于激光接收单元与A/D转换电路之间，分别与激光接收单元与A/D转换电路连接，激光信号从激光接收单元传输至A/D转换电路前需经过峰值保持电路的处理。
还包括电源电路与FPGA模块连接，对FPGA模块进行供电。
所述串口通信电路采用RS232接口协议与FPGA模块进行通信。
本发明在进行信号处理时，采用十二个探测通道进行探测，具体包括以下步骤：
步骤1、在当前采样周期，FPGA模块根据装定的目标类型和A/D转换电路的采样值对D/A转换电路的阈值电压进行设置，同时，FPGA模块并行读取十二个探测通道脉冲时间间隔测量信息，并计算对应通道的脉冲延时和脉冲宽度，十二个道通的脉冲延时和脉冲宽度组成脉冲延时数组和脉冲宽度数组；
步骤2、根据脉冲延时和脉冲宽度数组中的脉冲延时和脉冲宽度信息判断得到有效目标回波信号的路数n，每个探测通道对应一路信号，
若n≤2，且探测通道连续，则目标为小平面目标，此时如果至少有一路脉冲延时和脉冲宽度在预先设定的阈值范围内，则进入步骤3；
若2＜n≤6，且探测通道连续，则目标为大平面目标，此时如果至少有一路脉冲延时和脉冲宽度在预先设定的阈值范围内，则进入步骤4；
若n>6或n>2且探测通道不连续，则目标为云雾干扰目标，返回步骤1；
步骤3、判断当前采样周期的有效通道测距值是否满足定距要求和是否相关，若均满足则进入步骤5，否则，等待下一个采样周期到来后，返回步骤1；
步骤4、判断当前采样周期内各有效通道测距值是否满足定距要求和是否相关，若满足则进入步骤5，否则，等待下一个采样周期到来后，返回步骤1；
步骤5、确认目标，判断当前周期的测距值最小探测通道为目标方位，若连续三个周期目标方位相差不超过30°，则输出最后探测目标方位为方位起爆信号，否则，等待下一个采样周期带来后，返回步骤1。
所述步骤3中，判断当前采样周期的有效通道测距值时，需对当前周期内的两个有效通道的测距值均进行判断。
所述步骤1中，FPGA模块并行读取十二个探测通道脉冲时间间隔测量信息，为经过比较电路和时间间隔测量电路进行预处理过的信息。
本发明解决了小体积高性能定向激光引信信号处理面积要求小和性能要求高的难题，并提供了一种定向激光引信信号处理电路及其方法，该处理电路和方法在某预研项目中得到运用，达到了预期效果。

Claims (7)

1.一种用于定向激光引信信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：
所述处理电路包括激光接收单元、比较电路、A/D转换电路、D/A转换电路、时间间隔测量电路、FPGA处理模块、串口通信电路、发射电路以及起爆电路，所述激光接收单元与比较电路以及A/D转换电路连接，比较电路经过时间间隔测量电路与FPGA处理模块连接；D/A转换电路设置于FPGA模块与比较电路之间，分别与比较电路与FPGA模块连接，将来自FPGA模块的信号进行转换后发送至比较电路进行处理；射电路与起爆电路均与FPGA模块连接，接收来自FPGA模块的信号；串口通信电路连接至FPGA模块，与FPGA模块进行双向通信实现信息交换；
进行信号处理时，采用十二个探测通道进行探测，具体包括以下步骤：
步骤1、在当前采样周期，FPGA模块根据装定的目标类型和A/D转换电路的采样值对D/A转换电路的阈值电压进行设置，同时，FPGA模块并行读取十二个探测通道脉冲时间间隔测量信息，并计算对应通道的脉冲延时和脉冲宽度，十二个道通的脉冲延时和脉冲宽度组成脉冲延时数组和脉冲宽度数组；
步骤2、根据脉冲延时和脉冲宽度数组中的脉冲延时和脉冲宽度信息判断得到有效目标回波信号的路数n，每个探测通道对应一路信号，
若n≤2，且探测通道连续，则目标为小平面目标，此时如果至少有一路脉冲延时和脉冲宽度在预先设定的阈值范围内，则进入步骤3；
若2＜n≤6，且探测通道连续，则目标为大平面目标，此时如果至少有一路脉冲延时和脉冲宽度在预先设定的阈值范围内，则进入步骤4；
若n>6或n>2且探测通道不连续，则目标为云雾干扰目标，返回步骤1；
步骤3、判断当前采样周期的有效通道测距值是否满足定距要求和是否相关，若均满足则进入步骤5，否则，等待下一个采样周期到来后，返回步骤1；
步骤4、判断当前采样周期内各有效通道测距值是否满足定距要求和是否相关，若满足则进入步骤5，否则，等待下一个采样周期到来后，返回步骤1；
步骤5、确认目标，判断当前周期的测距值最小探测通道为目标方位，若连续三个周期目标方位相差不超过30°，则输出最后探测目标方位为方位起爆信号，否则，等待下一个采样周期带来后，返回步骤1。
2.如权利要求1所述的用于定向激光引信信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：还包括一个FLASH模块与FPGA模块连接。
3.如权利要求1所述的用于定向激光引信信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：还包括峰值保持电路，所述峰值保持电路设置于激光接收单元与A/D转换电路之间，分别与激光接收单元与A/D转换电路连接，激光信号从激光接收单元传输至A/D转换电路前需经过峰值保持电路的处理。
4.如权利要求1所述的用于定向激光引信信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：还包括电源电路与FPGA模块连接，对FPGA模块进行供电。
5.如权利要求1所述的用于定向激光引信信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述串口通信电路采用RS232接口协议与FPGA模块进行通信。
6.如权利要求1所述的用于定向激光引信信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述步骤3中，判断当前采样周期的有效通道测距值时，需对当前周期内的两个有效通道的测距值均进行判断。
7.如权利要求1所述的用于定向激光引信信号处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述步骤1中，FPGA模块并行读取十二个探测通道脉冲时间间隔测量信息，为经过比较电路和时间间隔测量电路进行预处理过的信息。
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