一種敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要組成部分包括：光電轉(zhuǎn)換部分、信號放大部分、濾波部分、自動電平增益控制部分、單片機(jī)及輸出端過壓保護(hù)電路。首先由光電轉(zhuǎn)換部分將接收到的微弱的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后將轉(zhuǎn)換得到的電信號輸入系統(tǒng)的放大部分，對信號進(jìn)行放大，接著對信號進(jìn)行濾波處理，將目標(biāo)信號提取出來后，再通過自動電平增益控制電路對信號進(jìn)行處理，同時(shí)為了防止輸出端電平過大燒毀單片機(jī)，還增加了輸出端過壓保護(hù)電路，最后將信號輸入單片機(jī)中。該系統(tǒng)能有效的提高現(xiàn)有作戰(zhàn)系統(tǒng)的敵我識別效能、降低誤傷率。該系統(tǒng)具有高精確度、高可靠性、成本低廉以及低功耗等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)的具體應(yīng)用，尤其涉及一種敵我識別應(yīng)答器的信號處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]敵我識別是古今中外戰(zhàn)爭中首先要解決的根本問題之一。戰(zhàn)爭中傳統(tǒng)的敵我識別主要是依靠人的判斷，通過對敵我服飾、裝備形狀特征、臨時(shí)的某種識別信標(biāo)、甚至暗號等的判斷來實(shí)現(xiàn)的。隨著戰(zhàn)爭的發(fā)展和科技的進(jìn)步，敵我識別系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。敵我識別系統(tǒng)的作用是在戰(zhàn)爭中正確的自動區(qū)分?jǐn)澄夷繕?biāo)。由于缺少有效的敵我識別系統(tǒng)而造成誤攻擊的事件，已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的一個(gè)突出問題。在海灣戰(zhàn)爭中，多國部隊(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)時(shí)多次錯(cuò)誤攻擊己方或友方目標(biāo)，造成了非常慘重的損失。有關(guān)資料和數(shù)據(jù)表明:海灣戰(zhàn)爭期間，由于敵我識別不清，誤傷致死的美軍人數(shù)占美軍總死亡人數(shù)的25% ;誤射擊毀的美國坦克、裝甲車輛占被擊毀坦克、裝甲車輛總數(shù)的80%。在伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍雖然采取了一些技術(shù)措施加強(qiáng)敵我識別系統(tǒng)，如在坦克、飛機(jī)上安裝“電子身份確認(rèn)系統(tǒng)”等，但從實(shí)戰(zhàn)情況看，敵我識別系統(tǒng)的可靠性、靈敏度并不盡如人意，誤傷和誤射事件仍然屢見不鮮。這一切引起了美國及世界其它國家對現(xiàn)代戰(zhàn)爭中敵我識別技術(shù)研究的高度重視。目前敵我識別技術(shù)已成為世界各國軍事研究的一個(gè)重要課題。
[0003]隨著現(xiàn)代作戰(zhàn)武器的機(jī)動性能和殺傷力的不斷提高，對敵我識別的準(zhǔn)確性和快速性的要求也越來越高。目前敵我識別系統(tǒng)中的某些關(guān)鍵技術(shù)尚不成熟，如非協(xié)作式系統(tǒng)中的識別模型問題、激光協(xié)作式系統(tǒng)中的應(yīng)答瞄準(zhǔn)問題以及應(yīng)答信號的處理問題等，仍需要進(jìn)一步去研究和發(fā)展。提高戰(zhàn)場敵我識別能力，可大大提高對目標(biāo)敵我屬性判別的準(zhǔn)確性，降低誤傷誤射率，提高部隊(duì)作戰(zhàn)效能。基于上述背景，該發(fā)明提供了一種具有高精確度、高可靠性、成本低廉以及低功耗的敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，能有效的提升整個(gè)敵我識別系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]敵我識別系統(tǒng)的工作過程為:當(dāng)目標(biāo)被發(fā)射出時(shí)，同時(shí)給出一個(gè)觸發(fā)信號，此時(shí)詢問器開始工作，在飛行方向上發(fā)射一組經(jīng)過預(yù)先編碼的激光脈沖信號，作為詢問信號；如果目標(biāo)在飛行過程中，遇到己方或友方目標(biāo)，則裝備于己方或友方裝備中的應(yīng)答器中的激光探測器將接收到詢問信號，并通過信號處理電路確認(rèn)為己方或友方信號后，通過控制電路控制回波調(diào)制系統(tǒng)，對詢問信號按照預(yù)先規(guī)定好的編碼格式進(jìn)行調(diào)制，并借助光學(xué)裝置返回；經(jīng)過調(diào)制的激光回波信號被詢問器中的激光接收器接收，然后通過信號處理電路加以識別、判別；若目標(biāo)在飛行過程中，遇到的為敵方目標(biāo)，則詢問器接收不到正確的應(yīng)答信號，或根本接收不到任何信號，以此達(dá)到避免對己方或友方誤攻擊的目的。
[0005]針對現(xiàn)有敵我識別應(yīng)答信號處理系統(tǒng)精度低相應(yīng)速度慢及噪聲嚴(yán)重的實(shí)際情況，從整個(gè)敵我識別系統(tǒng)的應(yīng)答器的信號處理角度入手，結(jié)合具體的硬件和軟件設(shè)計(jì)，本發(fā)明的目的在于，提供一種精確度高、可靠性好、成本低廉以及低功耗的敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，以滿足整個(gè)敵我識別系統(tǒng)的作戰(zhàn)要求。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案:
一種敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，其特征在于，應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)作為整個(gè)敵我識別系統(tǒng)的重要組成部分可以對來自詢問器發(fā)出的微弱發(fā)熱激光信號進(jìn)行放大和濾波處理，同時(shí)盡可能抑制無用的部分。該系統(tǒng)包括:光電轉(zhuǎn)換部分、信號放大部分、濾波部分、自動電平增益控制部分、單片機(jī)以及輸出端過壓保護(hù)電路。具體的，首先由光電轉(zhuǎn)換部分將接收到的微弱的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后將轉(zhuǎn)換得到的電信號輸入系統(tǒng)的放大部分，對信號進(jìn)行放大，接著對信號進(jìn)行濾波處理，將目標(biāo)信號提取出來后，為了防止信號直接輸入單片機(jī)時(shí)會因?yàn)槟承┮蛩責(zé)龤纹瑱C(jī)，該系統(tǒng)加入了自動電平增益控制電路對信號進(jìn)行處理，同時(shí)為了防止輸出端電平過大燒毀單片機(jī)，還增加了輸出端過壓保護(hù)電路，最后將信號輸入單片機(jī)中。所述的光電轉(zhuǎn)換部分的輸出端與信號放大部分的輸入端連接，信號放大部分的輸出端與濾波部分的輸入端連接，濾波部分的輸出端接入自動電平增益控制部分的輸入端，輸出端過壓保護(hù)電路模塊分別與自動電平增益控制部分的輸出端和單片機(jī)的輸入端口連接。
[0007]在該信號處理系統(tǒng)中，所述的光電轉(zhuǎn)換部分包括了光電二極管和電流/電壓轉(zhuǎn)換器。所述的光電二極管選用具有內(nèi)增益的雪崩光電二極管，系統(tǒng)中具體選擇的是2CU30型硅光電二極管，其響應(yīng)時(shí)間彡10ms，光譜范圍400-1100nm，峰值波長為880nm，激光器的波長為650nm，光敏面直徑為_，因此具有暗電流小、靈敏度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。所述的電流/電壓轉(zhuǎn)換器采用T型網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路的結(jié)構(gòu)，來提高放大倍數(shù)。
[0008]在該信號處理系統(tǒng)中，所述的信號放大部分選定AD795為轉(zhuǎn)換電路所需的運(yùn)算放大器，放大電路采用了較為簡單的反相比例運(yùn)算電路。其電路中的反饋電阻采用可變電阻的形式，放大倍數(shù)因此可調(diào)，即可根據(jù)需要選擇可變電阻的數(shù)值。
[0009]在該信號處理系統(tǒng)中，所述的濾波部分選定了帶通濾波器作為本系統(tǒng)的濾波硬件電路，所述的帶通濾波器即采用同相輸入接法的二階壓控電壓源帶通濾波器。同時(shí)，在該電路中以TLC2272作為電路選用的運(yùn)算放大器。
[0010]在該信號處理系統(tǒng)中，所述的自動電平增益控制部分主要是利用集成電路SA571進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，將SA571作為擴(kuò)展器和壓縮器使用，當(dāng)為擴(kuò)展器使用時(shí)起到擴(kuò)展輸入信號的動態(tài)范圍的作用，作為壓縮器使用時(shí)，起到壓縮輸入信號的動態(tài)范圍的作用。在壓縮器電路中用變化的輸入信號來控制反饋回路可變增益單元的增益，輸出可以保持較小的變化且不必額外增加放大環(huán)節(jié)，即可以較好的實(shí)現(xiàn)自動增益控制。
[0011]在該信號處理系統(tǒng)中，所述的單片機(jī)并不需要實(shí)現(xiàn)特殊的功能，故選用通用型的單片機(jī)AT89C51，在進(jìn)行外部存儲器擴(kuò)展時(shí)，凡具有輸入/輸出控制的8位寄存器均可作為地址鎖存器，本發(fā)明中選用74LS573作為地址鎖存器。
[0012]在該信號處理系統(tǒng)中，還設(shè)計(jì)有輸出端過壓保護(hù)電路，所述的過壓保護(hù)電路可作為自動電平增益控制電路的替補(bǔ)電路。其功能是為了防止輸出端電平過大燒毀單片機(jī)，只是這種電路沒有“自動”控制電平的作用，而是將電平控制在所需的范圍之內(nèi)。其主要工作是選擇合適的穩(wěn)壓管來實(shí)現(xiàn)電路要求的功能。
[0013]本發(fā)明的有益效果是: 本發(fā)明由光電轉(zhuǎn)換部分、信號放大部分、濾波部分、自動電平增益控制部分、單片機(jī)及輸出端過壓保護(hù)電路幾部分組成；自詢問器發(fā)出的微弱發(fā)熱激光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后將信號送入前置放大部分，其輸出的信號再經(jīng)過濾波和電壓保護(hù)電路之后有效的去除了雜波和經(jīng)過電壓過載保護(hù)的TTL信號，且信號的幅值處于單片機(jī)的閾值范圍之內(nèi)，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
[0014]通過模塊化設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)中的光電轉(zhuǎn)換部分、信號放大部、濾波部分、自動電平增益控制部分、單片機(jī)及輸出端過壓保護(hù)電路等模塊進(jìn)行逐一的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了各模塊在系統(tǒng)中的特定功能。
[0015]本發(fā)明最終實(shí)現(xiàn)了對敵我識別系統(tǒng)中自詢問器發(fā)出的微弱發(fā)熱激光信號進(jìn)行處理并完成向單片機(jī)進(jìn)行可靠地信號輸入，該系統(tǒng)以其可靠的設(shè)計(jì)，強(qiáng)大且快速的處理能力和簡單的結(jié)構(gòu)及低廉的成本實(shí)現(xiàn)了對敵我識別系統(tǒng)中應(yīng)答信號的處理功能，有力的提升了敵我識別系統(tǒng)的使用效能。
【附圖說明】
[0016]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明。
[0017]圖1是敵我識別系統(tǒng)工作原理框圖；
圖2是敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)框圖；
圖3是敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖；
圖4是電流/電壓轉(zhuǎn)換器示意圖；
圖5是放大部分電路原理圖；
圖6是SA571組成的自動增益控制電路；
圖7是自動增益電路模型；
圖8是輸出端過壓保護(hù)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1是敵我識別系統(tǒng)工作原理框圖，其工作過程為:當(dāng)目標(biāo)被發(fā)射出時(shí)，同時(shí)給出一個(gè)觸發(fā)信號，此時(shí)詢問器開始工作，在飛行方向上發(fā)射一組經(jīng)過預(yù)先編碼的激光脈沖信號，作為詢問信號；如果目標(biāo)在飛行過程中，遇到己方或友方目標(biāo)，則裝備于己方或友方裝備中的應(yīng)答器中的激光探測器將接收到詢問信號，并通過信號處理電路確認(rèn)為己方或友方信號后，通過控制電路控制回波調(diào)制系統(tǒng)，對詢問信號按照預(yù)先規(guī)定好的編碼格式進(jìn)行調(diào)制，并借助光學(xué)裝置返回；經(jīng)過調(diào)制的激光回波信號被詢問器中的激光接收器接收，然后通過信號處理電路加以識別、判別；若目標(biāo)在飛行過程中，遇到的為敵方目標(biāo)，則詢問器接收不到正確的應(yīng)答信號，或根本接收不到任何信號，以此達(dá)到避免對己方或友方誤攻擊的目的。
[0019]圖2是敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)框圖，由敵我識別系統(tǒng)中自詢問器發(fā)出的微弱發(fā)熱激光信號光信號被光電接收裝置接收后經(jīng)過一系列的包括光電轉(zhuǎn)換、放大、濾波等信號處理電路處理，之后信號被送入單片機(jī)中進(jìn)行敵我方信號識別處理，由此構(gòu)成一個(gè)敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)。
[0020]圖3是敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖，作為系統(tǒng)的具體實(shí)施結(jié)構(gòu)，在此將系統(tǒng)分為光電轉(zhuǎn)換部分、信號放大部、濾波部分、自動電平增益控制部分、單片機(jī)及輸出端過壓保護(hù)電路等幾個(gè)部分。首先由光電轉(zhuǎn)換部分將接收到的微弱的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后將轉(zhuǎn)換得到的電信號輸入系統(tǒng)的放大部分，對信號進(jìn)行放大，接著對信號進(jìn)行濾波處理，將目標(biāo)信號提取出來后，為了防止信號直接輸入單片機(jī)時(shí)會因?yàn)槟承┮蛩責(zé)龤纹瑱C(jī)，該系統(tǒng)加入了自動電平增益控制電路對信號進(jìn)行處理，同時(shí)為了防止輸出端電平過大燒毀單片機(jī)，還增加了輸出端過壓保護(hù)電路，最后將信號輸入單片機(jī)中。
[0021]圖4是電流/電壓轉(zhuǎn)換器示意圖，由于光電二極管輸出的信號是一微弱的電流信號，故所選擇設(shè)計(jì)的電流/電壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)符合對微弱電流的要求，圖中采用了 T型網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路的結(jié)構(gòu)來提高放大倍數(shù)。選定AD795為轉(zhuǎn)換電路所需的運(yùn)算放大器，由于在轉(zhuǎn)換電路中引入了電阻3R，使反饋系數(shù)減小，所以為保證足夠的反饋深度，應(yīng)用了開環(huán)增益大的運(yùn)放，AD795的開環(huán)增益最小為llOdB，共模抑制比最小為90dB。
[0022]圖5是放大部分電路原理圖，放大部分選定AD795為轉(zhuǎn)換電路所需的運(yùn)算放大器，放大電路采用了較為簡單的形式一反相比例運(yùn)算電路。其電路中的反饋電阻采用可變電阻的形式，放大倍數(shù)因此可調(diào)，即可根據(jù)需要選擇可變電阻的數(shù)值；所述的信號放大部分主要完成對上一步由光電轉(zhuǎn)換部分處理完成的電信號的放大功能。
[0023]圖6是SA571組成的自動增益控制電路，SA571是一個(gè)16引腳、單電源工作的集成電路。單片集成兩個(gè)通道的電路，其引腳功能完全對稱，通道共有四個(gè)部分組成:可變增益單元、全波檢波器、運(yùn)算放大器和偏置電路。所述的自動電平增益控制部分主要是利用集成電路SA571進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
[0024]圖7是自動增益電路模型，自動增益是將SA571作為擴(kuò)展器和壓縮器使用，當(dāng)為擴(kuò)展器使用時(shí)起到擴(kuò)展輸入信號的動態(tài)范圍的作用，作為壓縮器使用時(shí)，起到壓縮輸入信號的動態(tài)范圍的作用。在壓縮器電路中用變化的輸入信號來控制反饋回路可變增益單元的增益，輸出可以保持較小的變化且不必額外增加放大環(huán)節(jié)，即可以較好的實(shí)現(xiàn)自動增益控制。
[0025]圖8是輸出端過壓保護(hù)電路圖，所述的過壓保護(hù)電路可作為自動電平增益控制電路的替補(bǔ)電路。其功能是為了防止輸出端電平過大燒毀單片機(jī)，只是這種電路沒有“自動”控制電平的作用，而是將電平控制在所需的范圍之內(nèi)。其主要工作是選擇合適的穩(wěn)壓管來實(shí)現(xiàn)電路要求的功能。
[0026]除了上述以外本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也都能理解到，在此說明和圖示的具體實(shí)施例都可以進(jìn)一步變動結(jié)合。雖然本發(fā)明是就其較佳實(shí)施例予以示圖說明的，但是熟悉本技術(shù)的人都可理解到，在所述權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可對本發(fā)明做出多種改動和變動。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)能將由敵我識別系統(tǒng)中的詢問器發(fā)出的微弱的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、放大、濾波處理傳送到單片機(jī)，完成信號處理工作；所述的敵我識別應(yīng)答信號處理系統(tǒng)由光電轉(zhuǎn)換部分、信號放大部、濾波部分、自動電平增益控制部分、單片機(jī)及輸出端過壓保護(hù)電路模塊組成；光電轉(zhuǎn)換部分的輸出端與信號放大部分的輸入端連接，信號放大部分的輸出端與濾波部分的輸入端連接，濾波部分的輸出端接入自動電平增益控制部分的輸入端，輸出端過壓保護(hù)電路模塊分別與自動電平增益控制部分的輸出端和單片機(jī)的輸入端口連接。2.如權(quán)利要求1所述的敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換部分包括了光電二極管和電流/電壓轉(zhuǎn)換器；所述的光電轉(zhuǎn)換部分完成對來自敵我識別系統(tǒng)中的詢問器發(fā)出的微弱的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換處理； 所述的信號放大部分以AD795作為轉(zhuǎn)換電路所需的運(yùn)算放大器，放大電路采用反相比例運(yùn)算電路，所述電路中的反饋電阻采用可變電阻的形式；所述的信號放大部分完成對上一步由光電轉(zhuǎn)換部分處理完成的電信號的放大功能； 所述的濾波部分采用二階壓控電壓源帶通濾波器作為系統(tǒng)的濾波硬件電路，對上一步經(jīng)放大部分放大的信號進(jìn)行雜波和干擾的濾除； 所述的單片機(jī)選用了通用型的單片機(jī)AT89C51，作為系統(tǒng)的運(yùn)算處理核心； 所述的輸出端過壓保護(hù)電路作為自動電平增益控制電路的替補(bǔ)電路，其功能是為了防止輸出端電平過大燒毀單片機(jī)。3.如權(quán)利要求2所述的敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述的光電二極管選用具有內(nèi)增益的雪崩光電二極管，系統(tǒng)中選擇2CU30型硅光電二極管，其響應(yīng)時(shí)間^ 1ms,光譜范圍400-1100nm;峰值波長為880nm，激光器的波長為650nm，光敏面直徑為5_，所述的電流/電壓轉(zhuǎn)換器符合微弱電流使用要求，采用T型網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路的結(jié)構(gòu)，用來提高放大倍數(shù)。4.如權(quán)利要求1所述的敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述的放大電路采用反相比例運(yùn)算電路，其電路中的反饋電阻采用可變電阻的形式，放大倍數(shù)因此可調(diào)，即可根據(jù)需要選擇可變電阻的數(shù)值。5.如權(quán)利要求1所述的敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述的帶通濾波器即采用同相輸入接法的二階壓控電壓源帶通濾波器，同時(shí)，在該電路中以TLC2272作為電路選用的運(yùn)算放大器。6.如權(quán)利要求1所述的敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)選用通用型的單片機(jī)AT89C51系統(tǒng)選用74LS573作為地址鎖存器。7.如權(quán)利要求1所述的敵我識別應(yīng)答器信號處理系統(tǒng)，其特征在于，所述的輸出端過壓保護(hù)電路可以防止輸出端電平過大燒毀單片機(jī)。
【文檔編號】G01S17/74GK105988121SQ201510094151
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月3日
【發(fā)明人】歐鵬
【申請人】歐鵬