CN113890497B - 激光制导用激光脉冲信号调节控制电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光制导用激光脉冲信号调节控制电路，包括光电转换放大模块、信号采集处理模块、采样保持放大器电路和增益控制保持输出电路；所述光电转换方法模块包括光电转换器电路、放大器电路和放大器增益电路；采用一种高频多路、实时、同步、均衡自动增益动态控制方法，连续控制增益衰减量，克服了级联衰减开关方式增益控制不连续，时延长等缺陷。经试制产品测试验证：放大器增益衰减量连续控制，满足四象限高速A/D采样输入端电压值在规定范围内（＜±1V），经FPGA定位计算后即可以得到目标位置信息。

Description

激光制导用激光脉冲信号调节控制电路及控制方法
技术领域
本发明设计一种激光制导用激光脉冲信号调节控制电路，属于无线电通讯技术领域。
背景技术
使用位于载机或地面上的激光器照射目标，导弹或炸弹等上的激光导引头接收从目标物反射的激光脉冲信号，从而跟踪目标物并把导弹导向目标。
目前现有市场上的激光制导产品，对激光脉冲信号增益的控制方式一般采用级联衰减开关方式。但这种方式的缺陷是增益控制不连续，时延长。从已有的级联衰减开关方式技术资料看，级联衰减开关方式一般分级为10db、20db、60db等多段衰减方法。可见衰减开关增益控制方式属于非连续增益控制方式，增益衰减量控制不连续，激光脉冲输出幅值有跳变、影响导弹跟踪精度计算，成本高等缺陷。目前，当目标物的脉冲信号经四象限高速A/D采样、转换输入端电压值超出范围均会导致激光制导定位计算错误、无法精确定位信息与精确激光制导控制，不能精确催毁敌方目标。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，实现对激光制导的高频实时、同步、均衡自动增益控制，本发明的一个目的是为了提供了一种激光制导用激光脉冲信号调节控制电路；本发明的目的另一个目的是为了提高一种激光制导用激光脉冲信号调节控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种激光制导用激光脉冲信号调节控制电路，包括光电转换放大模块、信号采集处理模块、采样保持放大器电路和增益控制保持输出电路；所述光电转换方法模块包括光电转换器电路、放大器电路和放大器增益电路；激光发射器发出的激光脉冲信号P照射到目标物，经目标物反射的激光脉冲信号F经光电转换器转换为光电流，光电流经放大器电路和放大器增益电路输出差分信号，差分信号分为两路：一路经信号采集处理模块处理得到目标物定位数字信号，经通讯接口送至云端控制器；由云端控制器控制导弹飞行轨迹，以实时追踪并击中目标物；另一路信号经采样保持放大器电路得到与激光脉冲信号P成比例的电压信号；电压信号经增益控制保持输出电路产生自动增益控制输出信号，自动增益控制输出信号一路通过放大器增益控制电路一返回到放大器电路、另一路通过放大器增益控制电路二返回放大器增益电路。
进一步，所述光电转换器为四象限探测器UABCD。
进一步，所述信号采集处理模块包括四象限A/D采样转换器和FPGA，所述差分信号一路输入至四象限A/D采样转换器的输入端，经FPGA处理得到目标物定位数字信号，经RS422通信接口输送至云端控制器。
进一步，所述电压信号经增益控制保持输出电路的保持转换器Q2产生自动增益控制输出信号。
进一步，自动增益控制输出信号一路经栅极QA放大返回放大器电路，另一路经栅极Q3的漏级输出返回放大器增益电路。
进一步，还包括高压关断电路，当目标物反射的激光脉冲信号F异常时，则FPGA输出HV OFF控制信号发送至高压关断电路，控制高压关断电路的电源开关，关断电源。
本发明还提供一种激光制导用高频多路连续自动增益控制方法，包括以下步骤：
激光发射器发出的激光脉冲信号P照射到目标物，经目标物反射的激光脉冲信号F经光电转换器转换为光电流，光电流经放大器电路和放大器增益电路输出差分信号；
差分信号分为两路：一路经信号采集处理模块处理得到目标物定位数字信号，经通讯接口送至云端控制器；由云端控制器控制导弹飞行轨迹，以实时追踪并击中目标物；另一路信号经采样保持放大器电路得到与激光脉冲信号P成比例的电压信号；
电压信号经增益控制保持输出电路产生自动增益控制输出信号；
自动增益控制输出信号一路通过放大器增益控制电路一返回到放大器电路、另一路通过放大器增益控制电路二返回放大器增益电路。
进一步，所述光电转换器为四象限探测器UABCD。
进一步，所述电压信号经增益控制保持输出电路的保持转换器Q2产生自动增益控制输出信号。
进一步，自动增益控制输出信号一路经栅极QA放大返回放大器电路，另一路经栅极Q3的漏级输出返回放大器增益电路。
本发明所达到的有益技术效果：本发明提供的一种激光制导用激光脉冲信号调节控制电路，及采用一种高频多路、实时、同步、均衡的动态调节控制方法，连续控制增益衰减量，克服了级联衰减开关方式增益控制不连续，时延长等缺陷。经试制产品测试验证：放大器增益衰减量连续控制，满足四象限高速A/D采样输入端电压值在规定范围内（＜±1V），经FPGA定位计算后即可以得到目标位置信息。
附图说明
图1本发明的具体实施例的组成框图；
图2本发明自动增益控制电路原理框图；
图3本发明之光电转换器电路图；
图4本发明之放大器电路图；
图5本发明之放大器增益控制电路图；
图6本发明之采样保持放大器电路图；
图7本发明之增益控制保持输出电路图；
图8本发明之高压关断电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
如图2所示，本发明提供一种激光制导用激光脉冲信号调节控制电路，包括光电转换放大模块、信号采集处理模块、采样保持放大器电路和增益控制保持输出电路；所述光电转换方法模块包括光电转换器电路、放大器电路和放大器增益电路；激光发射器发出的激光脉冲信号P照射到目标物，经目标物反射的激光脉冲信号F经光电转换器转换为光电流，光电流经放大器电路和放大器增益电路输出差分信号，差分信号分为两路：一路经信号采集处理模块处理得到目标物定位数字信号，经通讯接口送至云端控制器；由云端控制器控制导弹飞行轨迹，以实时追踪并击中目标物；另一路信号经采样保持放大器电路得到与激光脉冲信号P成比例的电压信号；电压信号经增益控制保持输出电路产生自动增益控制输出信号，自动增益控制输出信号一路通过放大器增益控制电路一返回到放大器电路、另一路通过放大器增益控制电路二返回放大器增益电路。
作为本发明的一个具体实施例，如图1所示，所述光电转换器为四象限探测器UABCD；进一步，所述信号采集处理模块包括四象限A/D采样转换器和FPGA，所述差分信号一路输入至四象限高速A/D采样转换器U3A的输入端，经FPGA处理得到目标物定位数字信号，经RS422通信接口输送至云端控制器。
激光发射器发出的激光脉冲信号P照射到目标物上，经目标物反射的激光脉冲信号F汇聚到四象限探测器的光敏面上，由四象限探测器UABCD等比例转换成光电流ICA、ICB、ICC、ICD，四象限探测器UABCD电路图如图3所示。
因四路放大增益电路相同，现以A象限来说明，自动增益控制过程：
光电流ICA经放大器U1A放大转换为放大后的信号VA1，放大器电路AMP如图4所示；放大后的信号VA1经如图5所示的放大器增益控制电路自动增益控制得到差分信号UA1+和UA1-，该差分信号为经光电转换放大模块处理的输出电压信号UA1out；
电压信号UA1out分为两路：其中一路输入至四象限高速A/D采样转换器U3A的输入端，经现场可编程门列FPGA计算处理得到目标物的定位数字信号，然后由通讯接口RS422输送至云端控制器，由云端控制器控制导弹飞行轨迹，以实时追踪并击中目标物；另一路则经如图6所示的采样保持放大器电路处理得到与激光脉冲信号P成比例的电压信号UAGC OUT；电压信号UAGC OUT经如图7所示增益控制保持输出电路的保持转换器Q2产生自动增益控制输出信号UAGC1；
自动增益控制输出信号UAGC1一路通过放大器增益控制电路一，即栅极QA返回到放大器U1A，经栅极QA处理后，自动增益控制输出信号UAGC1上升，栅极QA漏、源级导通电阻降低，放大器U1A增益降低（K≈R7A/Ri， K为放大器U1A增益）；另一路通过放大器增益控制电路二，即栅极Q3，在栅极Q3的漏级输出信号UAGC2，返回如图5所示的放大器增益电路U2A，控制放大器的增益。
经过两个放大器增益控制，使电压信号UA1out满足四象限A/D采样转换器输入端电压的规定范围（＜±1V）；自动增益控制输出信号UAGC1和UAGC2则随着光电信号ICA的强弱变化自动同步，自动控制两个放大器增益，从而输出稳定的电压信号UA1out。
本发明还包括高压关断电路，如图8所示，当目标物反射的激光脉冲信号F异常时，如信号超强，则FPGA输出HV OFF控制信号发送至高压关断电路U3，控制高压关断电路的电源启动开关，关断电源，使得HV OUT=0，防止四象限探测器出于饱和状态工作。
本发明还提供一种激光制导用激光脉冲信号调节控制方法，包括以下步骤：
激光发射器发出的激光脉冲信号P照射到目标物，经目标物反射的激光脉冲信号F经光电转换器转换为光电流，光电流经放大器电路和放大器增益电路输出差分信号；
差分信号分为两路：一路经信号采集处理模块处理得到目标物定位数字信号，经通讯接口送至云端控制器；由云端控制器控制导弹飞行轨迹，以实时追踪并击中目标物；另一路信号经采样保持放大器电路得到与激光脉冲信号P成比例的电压信号；
电压信号经增益控制保持输出电路产生自动增益控制输出信号；
自动增益控制输出信号一路通过放大器增益控制电路一返回到放大器电路、另一路通过放大器增益控制电路二返回放大器增益电路。
进一步，所述光电转换器为四象限探测器UABCD。
进一步，所述电压信号经增益控制保持输出电路的保持转换器Q2产生自动增益控制输出信号。
进一步，自动增益控制输出信号一路经栅极QA放大返回放大器电路，另一路经栅极Q3的漏级输出返回放大器增益电路。
本发明提供的一种激光制导用激光脉冲信号调节控制电路，次用多路实时同时、同步均衡自动增益控制方法，经测试验证，本发明的实际增益控制范围>70db，实时控制的反应速度<10ns，多路控制增益均衡，多路相对误差<3db，动态范围大等特点，可以有效的提高接收机灵敏度与搜索范围。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种激光制导用激光脉冲信号调节控制电路，其特征在于：包括光电转换放大模块、信号采集处理模块、采样保持放大器电路和增益控制保持输出电路；所述光电转换放大模块包括光电转换器电路、放大器电路和放大器增益电路；激光发射器发出的激光脉冲信号P照射到目标物，由目标物反射的激光脉冲信号F经光电转换器转换为光电流，光电流经放大器电路和放大器增益电路输出差分信号，差分信号分为两路：一路经信号采集处理模块处理得到目标物定位数字信号，经通讯接口送至云端控制器；由云端控制器控制导弹飞行轨迹，以实时追踪并击中目标物；另一路信号经采样保持放大器电路得到与激光脉冲信号P成比例的电压信号；电压信号经增益控制保持输出电路产生自动增益控制输出信号，自动增益控制输出信号一路通过放大器增益控制电路一返回到放大器电路、另一路通过放大器增益控制电路二返回放大器增益电路；
所述信号采集处理模块包括四象限A/D采样转换器和FPGA，所述差分信号一路输入至四象限A/D采样转换器的输入端，经FPGA处理得到目标物定位数字信号，经RS422通信接口输送至云端控制器；以A象限说明具体过程如下：
光电流ICA经电阻Ri送至放大器电路AMP芯片U1A的第2脚，被放大的信号由芯片U1A的第1脚输出，获得放大后的信号VA1；放大后的信号VA1经电容C11A输入至放大器增益控制电路的芯片U2A的第1脚，由芯片U2A差分处理后获得差分信号UA1+和UA1-分别从芯片U2A的第43脚和第44脚输出；差分信号一路输入至四象限A/D采样转换器芯片U3A的输入端，另一路经电容C7滤波后输入采样保持放大器电路芯片U2的第3脚，经线性放大后，从芯片U2的第1脚输出电压信号UAGC OUT，电压信号UAGC OUT经保持转换器Q2产生自动增益控制输出信号UAGC1；自动增益控制输出信号UAGC1一路通过放大器增益控制电路一即晶体管QA的栅极返回放大器电路芯片U1A，晶体管QA的漏级连接芯片U1A的第1脚和第2脚、并与电阻RA并联；自动增益控制输出信号UAGC1的另一路通过放大器增益控制电路二即晶体管Q3，在晶体管Q3的漏级输出信号UAGC2经电阻R81返回放大器增益电路芯片U2A的第54脚。
2.根据权利要求1所述的激光制导用激光脉冲信号调节控制电路，其特征在于：所述光电转换器为四象限探测器UABCD。
3.根据权利要求1所述的激光制导用激光脉冲信号调节控制电路，其特征在于：还包括高压关断电路，当目标物反射的激光脉冲信号F异常时，则FPGA输出HV OFF控制信号发送至高压关断电路，控制高压关断电路的电源开关，关断电源。
4.一种激光制导用激光脉冲信号调节控制方法，其特征在于包括以下步骤：
激光发射器发出的激光脉冲信号P照射到目标物，由目标物反射的激光脉冲信号F经光电转换器转换为光电流，光电流经放大器电路和放大器增益电路输出差分信号；
差分信号分为两路：一路经信号采集处理模块处理得到目标物定位数字信号，经通讯接口送至云端控制器；由云端控制器控制导弹飞行轨迹，以实时追踪并击中目标物；另一路信号经采样保持放大器电路得到与激光脉冲信号P成比例的电压信号；
电压信号经增益控制保持输出电路产生自动增益控制输出信号；
自动增益控制输出信号一路通过放大器增益控制电路一返回放大器电路、另一路通过放大器增益控制电路二返回放大器增益电路；以A象限说明具体过程如下：
光电流ICA经电阻Ri送至放大器电路AMP芯片U1A的第2脚，被放大的信号由芯片U1A的第1脚输出，获得放大后的信号VA1；放大后的信号VA1经电容C11A输入至放大器增益控制电路的芯片U2A的第1脚，由芯片U2A差分处理后获得差分信号UA1+和UA1-分别从芯片U2A的第43脚和第44脚输出；差分信号一路输入至四象限A/D采样转换器芯片U3A的输入端，另一路经电容C7滤波后输入采样保持放大器电路芯片U2的第3脚，经线性放大后，从芯片U2的第1脚输出电压信号UAGCOUT，电压信号UAGCOUT经保持转换器Q2产生自动增益控制输出信号UAGC1；自动增益控制输出信号UAGC1一路通过放大器增益控制电路一即晶体管QA栅极返回放大器电路芯片U1A，晶体管QA漏级连接芯片U1A的第1脚和第2脚、并与电阻RA并联；自动增益控制输出信号UAGC1的另一路通过放大器增益控制电路二即晶体管Q3，在晶体管Q3的漏级输出信号UAGC2经电阻R81返回放大器增益电路芯片U2A的第54脚。
5.根据权利要求4所述的激光制导用激光脉冲信号调节控制方法，其特征在于：所述光电转换器为四象限探测器UABCD。
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