CN113063327B - 一种全波采样的激光引信信号处理电路及信号处理方法 - Google Patents

Abstract

一种全波采样的激光引信信号处理电路及信号处理方法，电路包括接收组件、单端转差分电路、高速AD采样电路、高速外部时钟电路、FPGA模块以及激光发射驱动组件，本发明的信号处理实现对象为采用四个探测通道，但不局限于四个探测通道，多通道探测的每个通道均可用此方法处理；同时，采用FPGA作为信号处理核心单元，实现多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；此外，采用高速全波采样，可提取回波脉冲前沿斜率、回波延时和回波脉宽等参数，利用云雾目标和实体目标回波特性不同进行去除云雾干扰，能够增强抗云雾干扰能力，解决了小型化激光引信信号处理性能要求高和抗云雾干扰的难题。

Description

一种全波采样的激光引信信号处理电路及信号处理方法

技术领域

本发明属于探测制导技术领域，具体涉及一种全波采样的激光引信信号处理电路及信号处理方法。

背景技术

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。为了提高激光引信的抗云雾干扰性能，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)，反射回波信号的脉冲宽度(以下简称回波脉宽)和反射回波信号的前沿斜率变化(以下检测回波斜率变化)，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。这种测量方法仅测量了回波的半波特性，没有分析因云雾等干扰带来的回波斜率变化，抗云雾干扰能力不足；

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抗云雾干扰的使用要求。

以上可以看出，传统的激光引信信号处理方式难以在性能和抗云雾干扰同时满足该激光引信的使用要求。因此，亟需提供一种全波采样的信号处理电路以及对应的信号处理方法，能够满足抗云雾干扰使用的要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模板。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种全波采样的激光引信信号处理电路，包括接收组件、单端转差分电路、高速AD采样电路、高速外部时钟电路、FPGA模块以及激光发射驱动组件；所述接收组件与单端转差分电路连接，将接收到的回波信号发送至单端转差分电路进行处理；所述高速外部时钟电路与高速AD采样电路以及FPGA模块连接，为高速AD采样电路以及FPGA模块提供时钟信号；所述单端转差分电路与高速AD采样电路连接，将经过单端转差分电路处理的信号发送至FPGA模块进行处理；所述FPGA模块对经过高速AD采样电路的信号进行处理，产生起爆信号；其中，所述单端转差分电路为四个，接收来自接收组件的四个回波，形成四个通道信号；所述激光发射驱动组件与FPGA模块连接，接收来自FPGA模块的激光频率控制信号，进行探测激光的发射。

进一步的，所述高速AD采样电路为两个，分别连接两个单端转差分电路，对两个通道信号进行处理。

进一步的，所述高速AD采样电路与FPGA模块之间使用SPI接口进行数据通信。

进一步的，所述高速外部时钟电路与FPGA模块之间使用SPI接口进行数据通信。

进一步的，所述单端转差分电路使用AD8138芯片进行配置。

进一步的，所述FPGA模块连接有控制板，所述控制板经过串口通信与外部的制导仪连接，使FPGA模块与外部制导仪之间进行数据通信。

进一步的，所述FPGA模块使用XC7A100T芯片进行配置。

一种使用上述任一所述的全波采样的激光引信信号处理电路的信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1、采样，在当前采样周期，由FPGA模块根据向发射驱动组件的激光脉冲发送同步信号波门设置高速A/D采样的时间波门，同时缓存回波脉冲信号，进入步骤2；

步骤2、FPGA模块分别对四个通道的回波信号进行分析，计算回波脉冲的前沿斜率变换，查找斜率变化拐点，根据斜率变化拐点将回波信号进行分段，记录每个通道分段数量m，进入步骤3；

步骤3、根据每个通道的分段数量进行目标识别，若m≤2，则进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4、分别对每个通道的分段计算分段回波延时和回波宽度，对分段回波延时和回波宽度建立有效目标序列，进入步骤6；

步骤5、对比中间分段的斜率是否比两边分段的斜率差异大，是则分别对每个通道的分段计算分段回波延时和回波宽度，对分段回波延时和回波宽度建立有效目标序列，否则为无效目标序列，进入步骤6；

步骤6、进入下一个采样周期，重复步骤1至步骤5，统计连续3个周期的目标序列，进入步骤7；

步骤7、若有通道连续目标序列有效数为3，则确定该通道目标有效，进入步骤8；否则，等待下一周期采样到来后，返回步骤1；

步骤8、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，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到来后，返回步骤1。

本发明的有益效果在于：本发明的信号处理实现对象为采用四个探测通道，但不局限于四个探测通道，多通道探测的每个通道均可用此方法处理；同时，采用FPGA作为信号处理核心单元，实现多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；此外，采用高速全波采样，可提取回波脉冲前沿斜率、回波延时和回波脉宽等参数，利用云雾目标和实体目标回波特性不同进行去除云雾干扰，能够增强抗云雾干扰能力，解决了小型化激光引信信号处理性能要求高和抗云雾干扰的难题，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。

附图说明

图1是本发明的电路连接结构示意图。

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，一种全波采样的激光引信信号处理电路，包括接收组件、单端转差分电路、高速AD采样电路、高速外部时钟电路、FPGA模块以及激光发射驱动组件；所述接收组件与单端转差分电路连接，将接收到的回波信号发送至单端转差分电路进行处理；所述高速外部时钟电路与高速AD采样电路以及FPGA模块连接，为高速AD采样电路以及FPGA模块提供时钟信号；所述单端转差分电路与高速AD采样电路连接，将经过单端转差分电路处理的信号发送至FPGA模块进行处理；所述FPGA模块对经过高速AD采样电路的信号进行处理，产生起爆信号；其中，所述单端转差分电路为四个，接收来自接收组件的四个回波，形成四个通道信号；所述激光发射驱动组件与FPGA模块连接，接收来自FPGA模块的激光频率控制信号，进行探测激光的发射。所述高速AD采样电路为两个，分别连接两个单端转差分电路，对两个通道信号进行处理。所述高速AD采样电路与FPGA模块之间使用SPI接口进行数据通信。所述高速外部时钟电路与FPGA模块之间使用SPI接口进行数据通信。所述FPGA模块连接有控制板，所述控制板经过串口通信与外部的制导仪连接，使FPGA模块与外部制导仪之间进行数据通信。

所述FPGA模块使用XC7A100T芯片进行配置。所述单端转差分电路使用AD8138芯片进行配置。所述高速外部时钟电路使用CDCM6208芯片进行配置。高速AD采样电路使用AD9684芯片进行配置。FPGA模块还连接有JTAG接口，用于对其进行测试。

一种全波采样的激光引信信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1、采样，在当前采样周期，由FPGA模块根据向发射驱动组件的激光脉冲发送同步信号波门设置高速A/D采样的时间波门，同时缓存回波脉冲信号，进入步骤2；

步骤2、FPGA模块分别对四个通道的回波信号进行分析，计算回波脉冲的前沿斜率变换，查找斜率变化拐点，根据斜率变化拐点将回波信号进行分段，记录每个通道分段数量m，进入步骤3；

步骤3、根据每个通道的分段数量进行目标识别，若m≤2，则进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4、分别对每个通道的分段计算分段回波延时和回波宽度，对分段回波延时和回波宽度建立有效目标序列，进入步骤6；

步骤5、对比中间分段的斜率是否比两边分段的斜率差异大，是则分别对每个通道的分段计算分段回波延时和回波宽度，对分段回波延时和回波宽度建立有效目标序列，否则为无效目标序列，进入步骤6；

步骤6、进入下一个采样周期，重复步骤1至步骤5，统计连续3个周期的目标序列，进入步骤7；

步骤7、若有通道连续目标序列有效数为3，则确定该通道目标有效，进入步骤8；否则，等待下一周期采样到来后，返回步骤1；

步骤8、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，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到来后，返回步骤1。

Claims (1)

1.一种全波采样的激光引信信号处理电路的信号处理方法，电路包括接收组件、单端转差分电路、高速AD采样电路、高速外部时钟电路、FPGA模块以及激光发射驱动组件；所述接收组件与单端转差分电路连接，将接收到的回波信号发送至单端转差分电路进行处理；所述高速外部时钟电路与高速AD采样电路以及FPGA模块连接，为高速AD采样电路以及FPGA模块提供时钟信号；所述单端转差分电路与高速AD采样电路连接，将经过单端转差分电路处理的信号发送至FPGA模块进行处理；所述FPGA模块对经过高速AD采样电路的信号进行处理，产生起爆信号；其中，所述单端转差分电路为四个，接收来自接收组件的四个回波，形成四个通道信号；所述激光发射驱动组件与FPGA模块连接，接收来自FPGA模块的激光频率控制信号，进行探测激光的发射；其特征在于包括以下步骤：

步骤1、采样，在当前采样周期，由FPGA模块根据向激光发射驱动组件的激光脉冲发送同步信号波门设置高速A/D采样的时间波门，同时缓存回波脉冲信号，进入步骤2；

步骤2、FPGA模块分别对四个通道的回波信号进行分析，计算回波脉冲的前沿斜率变换，查找斜率变化拐点，根据斜率变化拐点将回波信号进行分段，记录每个通道分段数量m，进入步骤3；

步骤3、根据每个通道的分段数量进行目标识别，若m≤2，则进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4、分别对每个通道的分段计算分段回波延时和回波宽度，对分段回波延时和回波宽度建立有效目标序列，进入步骤6；

步骤5、对比中间分段的斜率是否比两边分段的斜率差异大，是则分别对每个通道的分段计算分段回波延时和回波宽度，对分段回波延时和回波宽度建立有效目标序列，否则为无效目标序列，进入步骤6；

步骤6、进入下一个采样周期，重复步骤1至步骤5，统计连续3个周期的目标序列，进入步骤7；

步骤7、若有通道连续目标序列有效数为3，则确定该通道目标有效，进入步骤8；否则，等待下一周期采样到来后，返回步骤1；

步骤8、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，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到来后，返回步骤1。

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