新型半主動激光制導(dǎo)仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).doc

隨著以計算機為代表的信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，半實物仿真技術(shù)1在國內(nèi)外的航空航天、通信等眾多軍用和民用領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，具有費用低，開發(fā)周期短等特點。激光半主動制導(dǎo)半實物仿真系統(tǒng)2在激光制導(dǎo)武器的研究、試驗、作戰(zhàn)仿真和教學(xué)訓(xùn)練中有重要作用。為測試激光制導(dǎo)干擾設(shè)備對激光制導(dǎo)的干擾效果，開發(fā)研制了該系統(tǒng)。1 系統(tǒng)組成及工作原理該仿真系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號處理電路和執(zhí)行機構(gòu)組成，實物如圖1所示。系統(tǒng)的工作原理是模擬激光源發(fā)射經(jīng)過編碼的激光束經(jīng)過濾光片照射到四象限光電探測器，光電探測器將激光信號裝換為電信號輸出。光電探測器輸出的電信號進過前置放大濾波電路、采樣保持電路和AD轉(zhuǎn)換電路，進入微處理器，通過光斑檢測定位算法3，解算出目標光斑偏離中心的偏差即偏離目標光源中心點的脫靶量4，根據(jù)脫靶量形成對伺服系統(tǒng)的控制指令，二維轉(zhuǎn)臺伺服控制系統(tǒng)根據(jù)控制指令適時調(diào)整導(dǎo)引頭的姿態(tài)，穩(wěn)定跟蹤模擬目標，原理流程框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)工作原理圖Fig. 1 Schematic diagram of system系統(tǒng)光電探測器組件采用中國電子工業(yè)集團公司第四十四所生產(chǎn)的GD4311Y四象限光電探測器。它具有可控增益、響應(yīng)速度快、盲區(qū)小、噪聲低；均勻性、對稱性好等特點，在激光定位、激光制導(dǎo)等方面應(yīng)用廣泛。它的光敏尺寸為8mm，響應(yīng)波長范圍為850到1064nm。為了增強探測效果，濾除其他背景的干擾，加裝了濾光片，對進入到探測器的激光進行了過濾。伺服系統(tǒng)為雙自由度高精度數(shù)字云臺PT01502，前后俯仰72，水平旋轉(zhuǎn)-157至157，RS485通信接口，24V/3A直流供電，七十多條默認缺省指令集，指令響應(yīng)時間12ms。2硬件電路設(shè)計2.1 前置放大電路GD4311Y四象限探測器電路如圖2所示，其中U1為GD43311Y探測器，D1、D2、D3、D4為四象限電流信號輸出，+80V的作用是給探測器提供的典型偏置電壓，+2V的作用是給探測器提供增益控制電壓，+5V的作用是給探測器提供的正電源，在正電源與地之間接入100pF的電容。四象限探測器的作用是將光信號轉(zhuǎn)變成了微弱的電信號，其輸出相當于一個高速脈沖電流源。前置放大電路采用跨阻放大器對探測器輸出的微弱電信號進行放大，并將電流信號轉(zhuǎn)為為電壓信號輸出，電路圖如圖3所示。圖2 探測電路 圖3 前置放大電路 Fig. 2 Detection circuit Fig. 3 Preamplifer circuit跨阻放大器選用AD8007低失真的高速放大器，放大器最高增益跨阻為?k，650MHz帶寬。D1 為探測器輸出，R1為200限流電阻，流入跨阻放大器；+5V、-5V作用是提供工作電壓；F1為經(jīng)過放大的輸出信號。2.2 峰值保持電路5-8在將信號輸入到AD轉(zhuǎn)換之前，由于信號頻率高，AD無法在短時間內(nèi)完成裝換，需要將信號的峰值保持一段時間。而峰值保持電路的作用就是將采集到的信號峰值保持下來，供ADC 采樣所用。系統(tǒng)采用具有響應(yīng)速度快、動態(tài)范圍大和誤差小等優(yōu)點的跨導(dǎo)型峰值保持電路，電路如圖4所示。圖4 峰值保持電路Fig. 4 Peak holding circuit跨導(dǎo)放大器（WTA）選用Maxim公司的MAX436。MAX436無需另外設(shè)置靜態(tài)工作點，是高速、寬帶跨導(dǎo)型放大器。其反向輸入端電阻很大，反饋回路從圖中的S1處引入，這樣減少了電壓緩沖器的延時。圖中U27、U28信號緩沖器為MAX4201開環(huán)單緩沖器。它們的作用是對信號進行緩沖，提高驅(qū)動能力和抗干擾能力。U28的輸出即為峰值保持結(jié)果，通過接插件與后續(xù)采樣保持器電路連接。電阻R18用于設(shè)置MAX436的跨導(dǎo)增益，當R12=50時，跨導(dǎo)增益為160mS。電阻R19用于設(shè)置MAX436的最大輸出電流，當R19=5.9k時，最大輸出電流為20mA。保持電容取100pF，反饋回路直接從U28的輸出端接入。圖中N1為放電回路的控制端，低電平使放電回路放電，由單片機輸出使能74HC4066模擬開關(guān)芯片控制。Q3在這里起高速開關(guān)的作用。當峰值保持器采集完成，單片機輸出高電平放電使能信號，峰值保持電路開始放電。放電回路的目的是對保持電容進行復(fù)位，以便于下一次的峰值保持。2.3 峰值檢測與AD轉(zhuǎn)換電路峰值檢測9電路將放大后的信號進行峰值時刻鑒別檢測，在信號達到峰值前輸出觸發(fā)信號輸入到峰值保持電路，系統(tǒng)采用高速差動比較器LM361芯片設(shè)計峰值檢測電路，如圖5所示。圖中P1為1路信號輸入， 經(jīng)過LM361的反向輸入端電壓由電位器分壓得到。比較器的輸出為TTL電平信號，由于其時間較短，其輸出信號經(jīng)過74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，延長其保持時間。圖5 峰值檢測電路Fig.5 Peak detection circuitADC電路將峰值保持電路的輸出信號進行模擬到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)選用AD7994作為AD轉(zhuǎn)換芯片。3 應(yīng)用程序設(shè)計系統(tǒng)的單片機應(yīng)用程序主要包括四元定位、脫靶量計算、串口通信等模塊，采用C語言進行模塊化編程。單片機程序流程如圖6所示。圖6 程序流程圖Fig.6 Flow chart of program4 結(jié)束語本文簡介了系統(tǒng)的工作原理，并對處理電路的關(guān)鍵電路進行詳細的描述，根據(jù)實際的情況，通過選擇合適的處理芯片，完成對探測器輸出信號的放大、鑒別、保持和AD轉(zhuǎn)換，最后通過單片機的C