CN116678271A - 一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，包括上位机与弹上终端，还包括装定器与接收器，所述装定器包括装定控制电路、发射天线、微波功率放大器，所述接收器包括接收控制电路、能量转换电路、接收天线，所述上位机与所述装定控制电路信号相连，所述装定控制电路依次与所述微波功率放大器、所述发射天线电性相连，所述发射天线用于发出微波能量，所述接收天线用于接收微波能量，所述能量转换电路将接收到的微波能量转换为电能，所述接收控制电路将接收到的微波能量进行通信解调，并将通信解调结果装定至所述弹上终端。

Description

一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统

技术领域

本发明涉及无线装定技术领域，尤其涉及一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统。

背景技术

根据自动化程度的不同，制导弹药装定技术分为接触式装定技术和非接触式装定技术，非接触式装定技术主要有电磁感应装定、光学装定、射频装定、X射线装定和超声装定等。前三种装定方式较为成熟，尤其是电磁感应装定应用最为广泛。电磁感应装定采用的载频一般在几百K赫兹至十几兆赫兹范围，数据传输速率受限，一般不超过1KByte/s，其信息传输准确度和励磁电流受装定距离的影响较大。

随着制导弹药普及化、精确化、智能化的发展，装定数据量急剧增加，装定场景灵活多变，因此有必要提出一种稳定可靠、数据传输快、能量利用效率高以及安装方式灵活的装定系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，包括上位机与弹上终端，包括装定器与接收器，所述装定器包括装定控制电路、发射天线、微波功率放大器，所述接收器包括接收控制电路、能量转换电路、接收天线，所述上位机与所述装定控制电路信号相连，所述装定控制电路依次与所述微波功率放大器、所述发射天线电性相连，所述发射天线用于发出微波能量，所述接收天线用于接收微波能量，所述能量转换电路将接收到的微波能量转换为电能，所述接收控制电路将接收到的微波能量进行通信解调，并将通信解调结果装定至所述弹上终端。

可选的，所述装定器还包括双工器，所述双工器的输入端与所述装定控制电路、微波功率放大器相连，其输出端与发射天线相连。

可选的，所述装定控制电路包括第一MCU、微波源、可变增益放大器、微波开关、第一微波通信芯片、收发放大芯片、第一滤波器，所述第一MCU分别与所述微波源、所述可变增益放大器、微波开关、第一微波通信芯片、收发放大芯片、第一滤波器相连，所述微波源、可变增益放大器和微波开关用于产生频率和幅度可控的微波信号，所述第一MCU用于接收来自上位机的装定信息，并将所述装定信息发送至所述第一微波通信芯片，所述第一微波通信芯片用于在所述微波信号中加入所述装定信息，所述收发放大芯片、第一滤波器用于对加入装定信息后的微波信号进行一次放大和抗干扰。

可选的，所述接收控制电路包括第二MCU、电压比较器、Boost电路、第二微波通信芯片、第二滤波器，所述能量转换电路的输出端与所述电压比较器相连，所述电压比较器通过所述Boost电路为所述第二MCU、第二微波通信芯片供电，所述第二滤波器通过第二微波通信芯片与第二MCU相连，所述第二微波通信芯片用于对包含装定信息后的微波信号进行解调，所述第二MCU用于将解调出来的装定信息发送至弹上终端。

可选的，所述接收控制电路还包括稳压器、隔离电路，弹上电源通过所述稳压器以及隔离电路为所述第二MCU、第二微波通信芯片进行有线供电，所述隔离电路接入所述第二MCU与所述第二通信芯片之间。

可选的，所述隔离电路的一个输入端与所述Boost电路相连，另一个输入端与稳压器相连，所述隔离电路的输出端为所述第二MCU、第二微波通信芯片供电

可选的，所述能量转换电路包括通信耦合电路、能量转换芯片以及储能电容，所述接收天线与所述通信耦合电路电性相连，所述通信耦合电路的一个输出端与所述能量转换芯片电性相连，另一个输出端与第二滤波器相连，所述能量转换芯片与所述储能电容电性相连，所述储能电容与所述电压比较器电性相连。

可选的，所述通信耦合电路由电容过C1、C2、C3以及R1组成，所述接收天线所接受的微波能量从输入端口一接入电容C1，所述电容C1与电阻R1、电容C2构成输出端口二，所述电容C1与电容C3构成输出端口三，所述输出端口二与所述能量转换芯片电性相连，所述输出端口三与所述第二滤波器相连。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：

本发明提供的一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统。通过装定器中的装定控制电路从上位机中获取装定信息，并生成包含有装定信息的微波信号，其微波信息在通过微波功率放大器进行放大后，由发射天线向外部发送微波信号，位于制导弹药处的接收器通过接收天线接收微波信号，由能量转换电路对微波能量进行转换、存储，当电量存储到一定阈值时再进行升压稳压，从而对接收控制电路供电；接收控制电路上电后对微波能量中的通信信号进行解调，将装定器传输的信息进行存储，并发送至弹上终端处最终完成信息装定，本发明基于对微波能量的收集和转换来同时实现非接触式供能和通信，利用微波信号传输的指向性、微波通信的大带宽和高灵敏度，同时解决远距离和大数据量装定的问题，实现了在宽频带内利用微波信号进行能量和信息的同步传输，数据传输速率大于100KByte/s，其次在接收器的电路设计上，能够高效可靠进行能量的收集和利用、快速进行信息传输，同时又能适应弹上使用环境，在弹药信息装定领域具有良好的工程应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统的架构示意图；

图2为本发明提供的装定控制电路设计图；

图3为本发明提供的接收器内部电路设计图；

图4为本发明提供的通信耦合电路原理图；

图5为本发明提供的隔离电路原理图。

图中，1上位机，2弹上终端，3装定器，4接收器，31装定控制电路，32微波功率放大器，33发射天线，34双工器，41接收控制电路，42能量转换电路，43接收天线，311第一MCU，312微波源，313可变增益放大器，314微波开关，315第一微波通信芯片，316收发放大芯片，317第一滤波器，411第二MCU，412电压比较器，413Boost电路，414第二微波通信芯片，415第二滤波器，416稳压器，417隔离电路，421通信耦合电路，422能量转换芯片，423储能电容。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

参见图1，一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，包括上位机1与弹上终端2，包括装定器3与接收器4，所述装定器3包括装定控制电路31、发射天线33、微波功率放大器32，所述接收器4包括接收控制电路41、能量转换电路42、接收天线43，所述上位机1与所述装定控制电路31信号相连，所述装定控制电路31依次与所述微波功率放大器32、所述发射天线33电性相连，所述发射天线33用于发出微波能量，所述接收天线43用于接收微波能量，所述能量转换电路42将接收到的微波能量转换为电能，所述接收控制电路41将接收到的微波能量进行通信解调，并将通信解调结果装定至所述弹上终端2。

本发明所公开的一种基于微波能量收集的弹药信息装置系统，基于对微波能量的收集和转换来同时实现非接触式供能和通信，利用微波信号传输的指向性、微波通信的大带宽和高灵敏度，同时解决远距离和大数据量装定的问题，在进行装定时，装定器3由使用者进行使用操作，其接收器4被设置在导弹/火箭弹等制导弹药处，由装定器3中的装定控制电路31从上位机1中获取装定信息，并生成包含有装定信息的微波信号，其微波信息在通过微波功率放大器32进行放大后，由发射天线33向外部发送微波信号，位于制导弹药处的接收器4通过接收天线43接收微波信号，由能量转换电路42对微波能量进行转换、存储，当电量存储到一定阈值时再进行升压稳压，从而对接收控制电路41供电；接收控制电路41上电后对微波能量中的通信信号进行解调，将装定器3传输的信息进行存储，并发送至弹上终端2处最终完成信息装定。

进一步的，本发明所述的弹上终端2，是指设置在导弹/火箭弹等制导弹药上的电子计算机，在进行装定操作时，以有线连接的方式将接收器4接入导弹/火箭弹等制导弹药的数据供电接口。

进一步的，本发明中的微波能量的频率范围可选取2.4GHz～2.525GHz和5.725GHz～5.85GHz。

进一步的，发射天线33为微带阵列天线，接收天线43为全向微带天线。

具体的，所述装定器3还包括双工器34，所述双工器34的输入端与所述装定控制电路31、微波功率放大器32相连，其输出端与发射天线33相连。

参见图2，所述装定控制电路31包括第一MCU311、微波源312、可变增益放大器313、微波开关314、第一微波通信芯片315、收发放大芯片316、第一滤波器317，所述第一MCU311分别与所述微波源312、所述可变增益放大器313、微波开关314、第一微波通信芯片315、收发放大芯片316、第一滤波器317相连，所述微波源312、可变增益放大器313和微波开关314用于产生频率和幅度可控的微波信号，所述第一MCU311用于接收来自上位机1的装定信息，并将所述装定信息发送至所述第一微波通信芯片315，所述第一微波通信芯片315用于在所述微波信号中加入所述装定信息，所述收发放大芯片316、第一滤波器317用于对加入装定信息后的微波信号进行一次放大和抗干扰。

示例性的，微波源312采用ADF4351锁相环芯片，第一微波通信芯片315采用NRF2401P，收发放大芯片316采用RFX2401C。

参见图3，所述接收控制电路41包括第二MCU411、电压比较器412、Boost电路413、第二微波通信芯片414、第二滤波器415，所述能量转换电路42的输出端与所述电压比较器412相连，所述电压比较器412通过所述Boost电路413为所述第二MCU411、第二微波通信芯片414供电，所述第二滤波器415通过第二微波通信芯片414与第二MCU411相连，所述第二微波通信芯片414用于对包含装定信息后的微波信号进行解调，所述第二MCU411用于将解调出来的装定信息发送至弹上终端2。

示例性的，接收天线43对装定器3发出的微波能量进行接收，绝大多数的微波能量经能量转换电路42转换成电能并存储，当电能存储至超过电压比较器412设置的阈值时，经能量转换电路42所存储的电能开始向Boost电路413输出，最终实现第二微波通信芯片414以及第二MCU411的供电，Boost电路413主要实现升压稳压功能，以保证负载电路的供电稳定，部分微波能量通过第二滤波器415输入第二微波通信芯片414中，第二微波通信芯片414在上电后对微波信号进行通信解调，由第二MCU411对通信解调后获得的装定信息向进行存储，以及将所述装定信息发送至所述弹上终端2。

优选的，作为本发明的一种可选实施方式，第二微波通信芯片414采用NRF2401P，电压比较器412采用MAX9064EUK+，Boost电路413采用同步整流升压转换器芯片。

具体的，所述接收控制电路41还包括稳压器416、隔离电路417，弹上电源通过所述稳压器416以及隔离电路417为所述第二MCU411、第二微波通信芯片414进行有线供电，所述隔离电路417接入所述第二MCU411与所述第二通信芯片之间，所述隔离电路417的一个输入端与所述Boost电路413相连，另一个输入端与稳压器416相连，所述隔离电路417的输出端为所述第二MCU411、第二微波通信芯片414供电。示例性的，接收器4具有两套供电电路，其中能量装换电路、电压比较器412以及Boost电路413组成了微波供电电路，而弹上电源以及稳压器416组成了有线供电电路，其隔离电路417用于使两套供电电路互不干扰。

参见图5示例性的，隔离电路417由两个二极管D1、D2组成，二极管D1输入端接入Boost电路413输入，二极管D2输入端接入稳压器416输入，二极管D1、D2的共输出端向MCU和微波通信芯片供电输出。可选的，D1、D2采用IN5817WS。

具体的，所述能量转换电路42包括通信耦合电路421、能量转换芯片422以及储能电容423，所述接收天线43与所述通信耦合电路421电性相连，所述通信耦合电路421的一个输出端与所述能量转换芯片422电性相连，另一个输出端与第二滤波器415相连，所述能量转换芯片422与所述储能电容423电性相连，所述储能电容423与所述电压比较器412电性相连。示例性的，储能电容423为多组钽电容器并联组成。

参见图4，所述通信耦合电路421由电容过C1、C2、C3以及R1组成，所述接收天线43所接受的微波能量从输入端口一接入电容C1，所述电容C1与电阻R1、电容C2构成输出端口二，所述电容C1与电容C3构成输出端口三，所述输出端口二与所述能量转换芯片422电性相连，所述输出端口三与所述第二滤波器415相连，绝大部分微波能量传输至输出端口二，作为能量转换芯片422的输入，其能量转换芯片422能将微波能量转换成电能，所述储能电容423用于对电能进行存储，当储能电容423中的电能存储至超过电压比较器412设置的阈值时，经能量转换电路42所存储的电能开始向Boost电路413输出，同时少数微波能量传输至输出端口三，作为具有通信抗干扰功能的第二滤波器415的输入。

优选的，作为本发明的一种可选实施方式，C1、C2、C3容值值47pF，R1阻值100欧姆。

在装定器3向接收器4发送装定信息的同时，接收器4也会向装定器3发送反馈信息，两者之间采用时分复用的方式进行信息通信。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，包括上位机与弹上终端，其特征在于，还包括装定器与接收器，所述装定器包括装定控制电路、发射天线、微波功率放大器，所述接收器包括接收控制电路、能量转换电路、接收天线，所述上位机与所述装定控制电路信号相连，所述装定控制电路依次与所述微波功率放大器、所述发射天线电性相连，所述发射天线用于发出微波能量，所述接收天线用于接收微波能量，所述能量转换电路将接收到的微波能量转换为电能，所述接收控制电路将接收到的微波能量进行通信解调，并将通信解调结果装定至所述弹上终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，其特征在于，所述装定器还包括双工器，所述双工器的输入端与所述装定控制电路、微波功率放大器相连，其输出端与发射天线相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，其特征在于，所述装定控制电路包括第一MCU、微波源、可变增益放大器、微波开关、第一微波通信芯片、收发放大芯片、第一滤波器，所述第一MCU分别与所述微波源、所述可变增益放大器、微波开关、第一微波通信芯片、收发放大芯片、第一滤波器相连，所述微波源、可变增益放大器和微波开关用于产生频率和幅度可控的微波信号，所述第一MCU用于接收来自上位机的装定信息，并将所述装定信息发送至所述第一微波通信芯片，所述第一微波通信芯片用于在所述微波信号中加入所述装定信息，所述收发放大芯片、第一滤波器用于对加入装定信息后的微波信号进行一次放大和抗干扰。

4.根据权利要求3所述的一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，其特征在于，所述接收控制电路包括第二MCU、电压比较器、Boost电路、第二微波通信芯片、第二滤波器，所述能量转换电路的输出端与所述电压比较器相连，所述电压比较器通过所述Boost电路为所述第二MCU、第二微波通信芯片供电，所述第二滤波器通过第二微波通信芯片与第二MCU相连，所述第二微波通信芯片用于对包含装定信息后的微波信号进行解调，所述第二MCU用于将解调出来的装定信息发送至弹上终端。

5.根据权利要求4所述的一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，其特征在于，所述接收控制电路还包括稳压器、隔离电路，弹上电源通过所述稳压器以及隔离电路为所述第二MCU、第二微波通信芯片进行有线供电，所述隔离电路接入所述第二MCU与所述第二通信芯片之间。

6.根据权利要求5所述的一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，其特征在于，所述隔离电路的一个输入端与所述Boost电路相连，另一个输入端与稳压器相连，所述隔离电路的输出端为所述第二MCU、第二微波通信芯片供电。

7.根据权利要求6所述的一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，其特征在于，所述能量转换电路包括通信耦合电路、能量转换芯片以及储能电容，所述接收天线与所述通信耦合电路电性相连，所述通信耦合电路的一个输出端与所述能量转换芯片电性相连，另一个输出端与第二滤波器相连，所述能量转换芯片与所述储能电容电性相连，所述储能电容与所述电压比较器电性相连。

8.根据权利要求7所述的一种基于微波能量收集的弹药信息装定系统，其特征在于，所述通信耦合电路由电容过C1、C2、C3以及R1组成，所述接收天线所接受的微波能量从输入端口一接入电容C1，所述电容C1与电阻R1、电容C2构成输出端口二，所述电容C1与电容C3构成输出端口三，所述输出端口二与所述能量转换芯片电性相连，所述输出端口三与所述第二滤波器相连。