基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理方法和系统

文档序号:1844967 发布日期:2021-11-16 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理方法和系统 (Anti-backscattering signal processing method and system based on target tracking of laser seeker ) 是由 王永法 王福 宁博宇 史先锋 闫晶 于 2021-06-30 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理方法,用于解决现有技术中无法准确识别后向散射信号并加以去除的缺陷,方法包括:当接收到同步信号时,记录当前时刻t0;同步信号用于表示激光照射器已发出激光信号;当检测到脉冲信号时,记录当前时刻t1;计算T1=t1-t0,若T1不满足第一预设值,则忽略t 1时刻的脉冲信号,并等待下一个脉冲信号;若T1满足第一预设值,则对t1时刻的信号进行跟踪测量,并且在此后的时间里判断接收到脉冲信号的时刻距离t1时刻是否满足第二预设值,若满足,则进行跟踪处理,若不满足,则忽略。本发明还包括一种基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理系统。本发明的一个应用是激光半主动制导武器。(The invention relates to an anti-backscattering signal processing method based on a laser seeker tracking target, which is used for solving the defect that backscattering signals cannot be accurately identified and removed in the prior art, and comprises the following steps: when the synchronization signal is received, recording the current time t 0; the synchronous signal is used for indicating that the laser irradiator emits laser signals; when the pulse signal is detected, recording the current time t 1; calculating T1-T1-T0, and if T1 does not meet the first preset value, ignoring the pulse signal at the time of T1 and waiting for the next pulse signal; if T1 meets the first preset value, the signal at the time of T1 is tracked and measured, and whether the time of receiving the pulse signal is away from the time of T1 to meet the second preset value or not is judged in the later time, if yes, tracking processing is carried out, and if not, the tracking processing is ignored. The invention also comprises an anti-backscattering signal processing system based on the laser seeker tracking target. One application of the present invention is laser semi-active guided munitions.)

基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理方法和 系统

技术领域

本发明涉及后向散射信号处理方法领域,具体涉及一种基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理方法和系统。

背景技术

激光半主动制导武器具有精度高、成本低、战术运用灵活等优点,是目前装备量最大、应用范围最广的一类精确打击武器,被广泛地应用于无人机搭载武器。激光的波长短,大气尘埃、云雾、雨水等的组成颗粒大小在微米量级,与激光的波长在同一数量级上,激光信号在空气中传输的过程中,大气环境对激光信号的传输会起到衰减、散射和衍射作用,从而使激光传输光路发生改变,激光信号空间反射和散射示意图如图1和图2所示。

散射区主要是由于激光照射器出瞳位置附近的一段距离内,激光光束较窄,能量密度最大,导致照射器前50-100m距离范围内大气对激光的散射信号会非常强(一般与目标的回波在同一量级),且散射的视场角度较大,在同机照射条件下很容易被导引头截获,造成无法正常跟踪目标。

图3至图6为多种情形下激光导引头捕获到的信号波形:对比可知,后向散射信号和目标回波信号在时间上表现为一前一后两个脉冲信号,后向散射信号与激光器给出的发光同步信号的位置基本不变,而目标的回波信号随着目标距离的变化而变化。并且可以计算出,后向散射以50-70m处为主。

图7示出了现有技术中采用选通门进行处理的方式,由于导引头在搜索过程中无法将后向散射信号和激光回波信号加以区分,因此仅能在时间上对第一个接收到的信号进行处理,这样就会错误地将后向散射信号认为是回波信号,而进行跟踪处理。并且由于系统采用自动增益处理模式,系统还会将后向散射信号进行增益调节,这样会导致实际的回波信号弱于后向散射信号,更加无法被系统分辨出来。

发明内容

本发明的一个目的是解决现有技术中无法准确识别后向散射信号并加以去除的缺陷。

根据本发明的第一方面,提供了一种基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理方法,包括:当接收到同步信号时,记录当前时刻t0;所述同步信号用于表示激光照射器已发出激光信号;当检测到脉冲信号时,记录当前时刻t1;计算T1=t1-t0,若T1不满足第一预设值,则忽略所述t1时刻的脉冲信号,并等待下一个脉冲信号;若T1满足第一预设值,则对所述t1时刻的信号进行跟踪测量,并且在此后的时间里判断接收到脉冲信号的时刻距离t1时刻是否满足第二预设值,若满足,则进行跟踪处理,若不满足,则忽略。

优选地,第一预设值根据弹体与目标的距离确定,第二预设值根据同步信号的发送周期确定。

优选地,方法还包括:若连续接收到的脉冲信号均满足第二预设值,则不执行S1至S4;对此后的每一个脉冲信号均进行跟踪处理。

根据本发明的第二方面,提供一种基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理系统,包括:设置在飞行器中的激光照射器,用于发送同步信号和激光信号;所述同步信号用于表示激光照射器已发出激光信号;设置在导引头中的控制器,进一步包括:同步信号接收装置,用于在接收到同步信号时,记录当前时刻t0;脉冲信号检测装置,用于在检测脉冲信号时,记录当前时刻t1;第一处理装置,用于计算T1=t1-t0,并判断T1是否满足第一预设值,若T1不满足,则忽略所述t1时刻的脉冲信号,并等待下一个脉冲信号;若满足,则对所述t1时刻的信号进行跟踪测量,并且在此后的时间里判断接收到脉冲信号的时刻距离t1时刻是否满足第二预设值,若满足,则进行跟踪处理,若不满足,则忽略。

优选地,第一预设值根据弹体与目标的距离确定,第二预设值根据同步信号的发送周期确定。

优选地,系统还包括第二处理装置,用于当连续接收到的脉冲信号均满足第二预设值时,跳过同步信号接收装置、脉冲信号检测装置和第一处理装置;对此后的每一个脉冲信号均进行跟踪处理。

本发明的技术效果是:利用激光照射器同步信号使导引头能够识别出回波信号,滤除后向散射信号,避免使导引头对错误信号进行跟踪处理。并且同步信号只需要发送一次,即使导弹被发射出去,仍然能够持续准确地对目标回波信号进行跟踪处理。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述,本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例,并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为激光信号发生后向散射现象的原理示意图;

图2为激光信号发生后向散射现象从另一角度观察的原理示意图;

图3为激光照射器与导引头横向相距1m时,且不存在后向散射现象时导引头接收到的时域信号,其中横坐标为时间,纵坐标为幅值;

图4为激光照射器与导引头横向相距155m时,且存在后向散射现象时导引头接收到的时域信号;

图5为激光照射器与导引头横向相距360m时,且存在后向散射现象时导引头接收到的时域信号;

图6为激光照射器与导引头横向相距1500m时,且存在后向散射现象时导引头接收到的时域信号;

图7为现有技术中未使用激光照射器同步信号,而仅采用选通门进行信号处理时的示意图;从图中可以看出选通门仅能选定后向散射信号;

图8为本发明一个实施例的方法流程图;

图9为本发明中采用激光照射器同步信号进行改进的示意图;其中T表示第一预设值;从图中可以看出选通门可以选定目标回波信号;

图10为本发明中步骤S5所针对的场景的示意图;其中虚线扇形面表示导引头的信号侦测范围;虚线圆表示弹体的原始位置;虚线箭头表示弹体的移动趋势;

图11为本发明一个实施例的系统原理框图;

图12为本发明一个实施例中通过同轴屏蔽线发送同步信号的原理框图;

图13为本发明一个实施例使用DSP对脉冲信号进行识别处理的原理图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

<实施方式一>

本实施方式提供一种基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理方法,其中一个实施例的流程图如图8所示,包括:

S1:当接收到同步信号时,记录当前时刻t0;所述同步信号用于表示激光照射器已发出激光信号。

S2:当检测到脉冲信号时,记录当前时刻t1。

S3:计算T1=t1-t0,若T1不满足第一预设值,则忽略所述t1时刻的脉冲信号,并等待下一个脉冲信号。

S4:若T1满足第一预设值,则对所述t1时刻的信号进行跟踪测量,并且在此后的时间里判断接收到脉冲信号的时刻距离t1时刻是否满足第二预设值,若满足,则进行跟踪处理,若不满足,则忽略。S4进一步分为S4A1、S4A2、S4A3、S4B1、S4B2、S4B3,各步骤内容已在图8中示出。

本发明的一个原理图如图9所示,对比图7和图9可知,本发明相比于普通的选通门方式,增加了激光照射器同步信号,在可以提供照射器的同步信号的条件下,由于后向散射信号与照射信号的时间位置上相对固定(在1微秒范围内),因此可以从硬件上使系统对选通门开启时刻加以限制,使其在后向散射的位置上不开启,从而避免了系统错误地捕获后向散射。一旦系统正确捕捉到目标的激光回波,根据导引头程序设计的逻辑,会按照前一次的回波去设置选通门,因此,会自然地躲开后向散射的时刻,使后向散射无法再进入选通门中,保证系统能够一直正常工作。也就是在发射前锁定了目标后,即使导弹发射出去,也不会因为没有照射器的同步信号而在此锁定后向散射信号。

步骤S1至S4均由导引头内部的控制系统完成。在一个应用实施例中,飞行器同时搭载了激光照射器和弹体(如图1和图2所示),激光照射器照射到目标后,反射的回波信号被导引头接收到,以此使导引头确定目标位置。在弹体从飞行器上发射出去之前,飞行器能够根据定位系统确定弹目距离(即弹体与目标之间的距离),再通过激光信号在介质中的传播速度可以确定回波信号从发射到被导引头接收所需的时间,将这个时间记为第一预设值,则导引头可以从接收到同步信号的时刻开始记录接收到激光脉冲信号的时间,如果接收到激光脉冲信号时距离收到同步信号的时刻不足第一预设值,则可以认为该信号为后向散射信号,对其不进行处理。如果满足第一预设值,则认为该信号为需要进行跟踪的回波信号,对其进行处理。并且此时还应当获取激光照射信号的发射周期,因为激光照射器是周期性发射信号的,因此一旦确定了第一个回波信号,在此后的时间里,只需要判断每个接收到的脉冲信号距离第一个回波信号的时间是否满足激光发射周期即可,不满足的即为干扰信号,满足的即为需要处理的回波信号。需要说明的是,从同步信号发出至同步信号被导引头接收到的时间可以忽略不计,并且同步信号只需要发出一次,无需多次发送。

由此可以看出,导引头控制系统执行步骤S1至S4的具体过程为:

首先S1中,系统等待同步信号,当接收到同步信号时,记录当前时刻t0,认为此时为激光脉冲发出的时间,由于此时弹体还在飞行器上,飞行器可以将根据定位计算出弹目距离并折算成时间发送给导引头,因此在t0时刻之前,导引头已经能够确定回波信号将在什么时间被自身接收到。S2中,导引头持续检测激光脉冲信号,若检测到,将当前时刻记为t1,判断该信号距离接收到同步信号的时间差值是否是弹目距离折算出的时间,将这个时间记为第一预设值,第一预设值代表的是一个时间段(含误差)。例如可以是1μs±0.05μs。一般在存在后向散射的情况下,第一个收到的脉冲信号一定是后向散射信号(回波信号还未达到目标时便已经发生后向散射),因此当接收到的信号不符合这一范围,则忽略该信号,不对其进行跟踪处理。这一过程对应于步骤S3。而如果接收到的脉冲信号符合这一范围,则认为该脉冲信号就是回波信号,然后对该信号进行跟踪处理。并且在此后的时间里,仅对t1+T×n时刻(含误差)的信号进行处理,其中T为激光照射器发射激光脉冲信号的周期,n为正整数,这样就可以无遗漏且无误判地找到所有的回波信号,而不受干扰信号的影响。这里的T×n就可以记为是第二预设值。这一过程对应于步骤S4。

进一步地,若连续接收到的脉冲信号均满足第二预设值,则不执行S1至S4;而是对此后的每一个脉冲信号均进行跟踪处理。即如果导引头发现每一个检测到的脉冲信号都符合t1+T×n的范围,则不需要再按照步骤S1至S4的方式去记录时刻以及判断阈值,而是认为此后每一个接收到的信号都是回波信号,均进行跟踪处理。其中的原理如图10所示,可以看出后向散射区域是位置相对固定的区域,弹体在发射出去之后,飞行一段距离后将不会再接收到后向散射信号,而是只会接收到回波信号,因此此时可以简化控制逻辑,不需要导引头时刻判断脉冲信号的来源,而是对接收到的符合一定编码规则的信号均进行跟踪处理。至此,避开了所有后向散射信号,成功对回波信号进行了跟踪和处理。需要说明的是,判断是否是“连续接收到”可以根据预先设定的次数进行判断,例如可以设定连续两次收到的信号如果都满足第二预设值,则认为符合触发条件。还可以根据需要设定成其他值。

<实施方式二>

本实施方式提供一种基于激光导引头跟踪目标下的抗后向散射信号处理系统,如图11所示,包括:

设置在飞行器中的激光照射器10,用于发送同步信号和激光信号;所述同步信号用于表示激光照射器已发出激光信号。

设置在导引头20中的控制器,控制器进一步包括:同步信号接收装置21,用于在接收到同步信号时,记录当前时刻t0。脉冲信号检测装置22,用于在检测脉冲信号时,记录当前时刻t1。第一处理装置23,用于计算T1=t1-t0,并判断T1是否满足第一预设值,若T1不满足,则忽略所述t1时刻的脉冲信号,并等待下一个脉冲信号;若满足,则对所述t1时刻的信号进行跟踪测量,并且在此后的时间里判断接收到脉冲信号的时刻距离t1时刻是否满足第二预设值,若满足,则进行跟踪处理,若不满足,则忽略。其中第一预设值根据弹体与目标的距离确定,第二预设值根据同步信号的发送周期确定。系统还可以包括第二处理装置24,用于当连续接收到的脉冲信号均满足第二预设值时,跳过同步信号接收装置、脉冲信号检测装置和第一处理装置;对此后的每一个脉冲信号均进行跟踪处理。

图12和图13提供了一种硬件系统的原理图。其中:

图12表示激光照射器通过同轴屏蔽线将同步信号传输给导引头。在一个实施例中,激光器在电光调制器或者激光腔内取样整形后作用激光脉冲同步信号,同步信号的宽度要求200ns宽,电平为TTL 5V,脉冲信号的前沿时刻与照射器所发出的激光脉冲的抖动时间不超过20ns。该信号以同轴屏蔽线送到导引头的信号处理板上。

图13表示用DSP对脉冲信号进行识别处理的过程。在一个实施例中,DSP的CAP3功能引脚负责对于照射器给出的同步信号进行处理。CAP6功能引脚负责对导引头前端给出的激光回波进行处理。本实施例的处理过程为:

A.当激光器同步信号上升沿到达时,CAP3触发上升沿事件,记录系统全局计时器当前时刻t0。同时对CAP6进行使能。(此时导引头应该有处于架上截获状态)

B.当导引头前端在t0时间后输出第一个上升沿时,CAP6触发上升沿事件,记录全局定时器当前时刻t1。

C.信号处理器DSP计算T=t1-t0,如果存在后向散射,则T的值为图中的T1,会小于1.5微秒,此时这个CAP事件判定为后向散射造成的回波,系统不进行任何处理。系统继续等待下一次CAP6的上升沿事件。

D.当真正激光回波触发CAP6的上升沿事件发生时,此时记录全局定时器当前时刻t2。

E.信号处理器计算T=t2-t0,如果是激光回波则T的值应为图中的T2,1.5μs≤T2,此时判定此信号是真正激光回波,DSP允许根据该信号进行正常的跟踪测量。

F.如果不存在后向散射信号,则系统会按照D和E的工作过程正常工作。

G.当系统对真正激光回波进行处理后,会按照前一个激光脉冲的时刻去设置选通门,由于选通门的设置精度可以实现微秒量级精度,因此,系统正常捕获第一个真正脉冲后,即可按照原有的逻辑开选通门,避开后向散射的影响。因此,即便此时导引头已经发射出去,没有同步信号,导引头也能正常工作。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本发明的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

17页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:路侧相机与4D毫米波融合的目标检测方法、设备及介质

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!

技术分类