一种连续波半主动激光导引头系统

1.本发明涉及一种连续波半主动激光导引头系统，属于激光寻的制导技术领域。


背景技术：

2.激光制导武器具有制导精度高、抗干扰能力强、结构简单、成本低等优点，是一种精确制导体制，并且容易与其他制导体制相结合，广泛应用于各种武器装备之中。在激光制导武器中主动激光制导技术不够成熟，半主动激光制导是一种成熟的精确制导体制。激光导引头作为半主动激光制导的核心部件，其功能为捕获跟踪特定激光信号并完成对武器的制导精确打击目标物。半主动激光导引头工作方式为：地面或机载激光器发出激光照射到目标上，激光信号在目标上漫反射过后，通过导引头的光学系统，将光斑会聚到四象限探测器上，根据每个象限光电转换的信号幅值大小，来判断光斑在探测器上的位置，得出目标相对于导引头中心光轴的偏离角度，进而修正导弹的飞行角度，达到精确制导的目的。
3.当前半主动激光导引头的光源都采用脉冲激光器，在使用连续型激光器作为光源的半主动激光导引头精确制导技术方面尚属于空白。对于传统的脉冲激光光源来说，激光器单个激光脉冲宽度很小，在几纳秒到几十纳秒范围之内，每间隔一定时间才进行工作一次，虽然脉冲的峰值功率很高，但是由于其工作间隔长，所以平均功率较低，导致能量利用率偏低。所以，在使用过程中，为了能够达到远距离探测的目的，需要较大的峰值功率，这样导致激光器的体积相对较大，不易携带。


技术实现要素：

4.本发明目的是为了解决现有半主动激光导引头存在功率较低、能量利用率偏低，导致效率低的问题，提供了一种连续波半主动激光导引头系统。
5.本发明所述一种连续波半主动激光导引头系统，它包括：射频信号源、连续型激光器、上位机、半主动激光导引头和二维移动台；
6.所述半主动激光导引头包括光学系统、四象限探测器、跨阻放大器、前置放大电路、ad采样电路和信号处理电路；
7.射频信号源循环发出伪随机m序列，伪随机m序列作为触发信号，触发连续型激光器发射带有编码信息的连续型激光，连续型激光照射到目标上，目标将连续型激光进行漫反射；
8.半主动激光导引头的光学窗口正对目标，半主动激光导引头安装在二维移动台上，二维移动台的横向移动方向和纵向移动方向均与目标的法线方向垂直；
9.光学系统设置在半主动激光导引头的前端，用于接收目标漫反射的激光，并且对杂散光进行滤除，滤除杂散光后激光的光斑中心会聚在四象限探测器的中心位置；
10.四象限探测器将光信号转换为电流信号，然后将电流信号输出至跨阻放大器；
11.跨阻放大器将电流信号进行放大，并将电流信号转换成电压信号，将电压信号输出至前置放大电路；
12.前置放大电路对电压信号进行放大，将放大后的电压信号输出至ad采样电路；
13.ad采样电路对电压信号进行采样，并将采样获得的模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号发送至信号处理电路；
14.信号处理电路对获取的数字信号进行处理，获得每个象限的回波信息，并将获得的各象限回波信息输出至上位机；
15.上位机根据回波信号中包含的编码信息求解获得半主动激光导引头相对于目标的偏角。
16.优选的，它还包括移动台控制器和移动台控制计算机；
17.移动台控制计算机向移动台控制器发出控制信号；
18.移动台控制器根据控制信号对二维移动台的横向移动位置和纵向移动位置进行控制；
19.通过对二维移动台横向位置和纵向位置的控制，使光学系统接收的激光的光斑中心会聚在四象限探测器的中心位置。
20.优选的，它还包括试验台；射频信号源、连续型激光器、上位机、半主动激光导引头、二维移动台、移动台控制器和移动台控制计算机均安装在试验台上。
21.优选的，上位机根据回波信号中包含的编码信息求解获得半主动激光导引头相对于目标的偏角的具体方法包括：
22.首先，计算获得四个象限的回波幅值；
23.然后，根据四个象限的回波幅值计算获得光斑的中心位置；
24.最后，根据光斑的中心位置计算获得半主动激光导引头相对于目标的偏角。
25.优选的，所述计算获得四个象限的回波幅值的具体方法为：
26.将每个象限的回波信号与已知编码的连续波序列进行移位相乘再相加，获得回波曲线，回波曲线的峰值即为回波幅值。
27.优选的，所述根据四个象限的回波幅值计算获得光斑的中心位置的具体方法包括：
28.光斑的中心位置o(x,y)：
[0029][0030][0031]
其中，k表示标定因子，u1、u2、u3和u4分别表示四个象限的回波峰值。
[0032]
优选的，所述根据光斑的中心位置计算获得半主动激光导引头相对于目标的偏角的具体方法包括：
[0033]
半主动激光导引头相对于目标的偏角θ：
[0034][0035]
本发明的优点：本发明提出的一种连续波半主动激光导引头系统，采用连续型激
光器作为光源，通过检测四象限探测器每个象限回波幅值的大小，进而确定会聚在四象限探测器上的光斑中心，能够高效率地检测出导引头的光轴与目标偏离的角度，以此引导导弹飞向目标。能量利用率更高，照射器体积更小，有效地提高了半主动激光导引头系统的性能。
附图说明
[0036]
图1是本发明所述连续波半主动激光导引头系统的原理图；
[0037]
图2是本发明所述半主动激光导引头的原理框图。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0041]
实施例1：
[0042]
下面结合图1和图2说明本实施方式。
[0043]
它包括：射频信号源2、连续型激光器3、上位机4、半主动激光导引头5和二维移动台6；
[0044]
所述半主动激光导引头5包括光学系统10、四象限探测器11、跨阻放大器12、前置放大电路13、ad采样电路14和信号处理电路15；
[0045]
射频信号源2循环发出伪随机m序列，伪随机m序列作为触发信号，触发连续型激光器3发射带有编码信息的连续型激光，连续型激光照射到目标9上，目标9将连续型激光进行漫反射；
[0046]
半主动激光导引头5的光学窗口正对目标9，半主动激光导引头5安装在二维移动台6上，二维移动台6的横向移动方向和纵向移动方向均与目标9的法线方向垂直；
[0047]
光学系统10设置在半主动激光导引头5的前端，用于接收目标9漫反射的激光，并且对杂散光进行滤除，滤除杂散光后激光的光斑中心会聚在四象限探测器11的中心位置；
[0048]
四象限探测器11将光信号转换为电流信号，然后将电流信号输出至跨阻放大器12；
[0049]
跨阻放大器12将电流信号进行放大，并将电流信号转换成电压信号，将电压信号输出至前置放大电路13；
[0050]
前置放大电路13对电压信号进行放大，将放大后的电压信号输出至ad采样电路14；
[0051]
ad采样电路14对电压信号进行采样，并将采样获得的模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号发送至信号处理电路15；
[0052]
信号处理电路15对获取的数字信号进行处理，获得每个象限的回波信息，并将获
得的各象限回波信息输出至上位机4；
[0053]
上位机4根据回波信号中包含的编码信息求解获得半主动激光导引头5相对于目标9的偏角。
[0054]
它还包括移动台控制器7和移动台控制计算机8；
[0055]
移动台控制计算机8向移动台控制器7发出控制信号；
[0056]
移动台控制器7根据控制信号对二维移动台6的横向移动位置和纵向移动位置进行控制；
[0057]
通过对二维移动台6横向位置和纵向位置的控制，使光学系统10接收的激光的光斑中心会聚在四象限探测器11的中心位置。
[0058]
它还包括试验台1；射频信号源2、连续型激光器3、上位机4、半主动激光导引头5、二维移动台6、移动台控制器7和移动台控制计算机8均安装在试验台1上。
[0059]
进一步的，上位机4根据回波信号中包含的编码信息求解获得半主动激光导引头5相对于目标9的偏角的具体方法包括：
[0060]
首先，计算获得四个象限的回波幅值；
[0061]
然后，根据四个象限的回波幅值计算获得光斑的中心位置；
[0062]
最后，根据光斑的中心位置计算获得半主动激光导引头5相对于目标9的偏角。
[0063]
再进一步的，所述计算获得四个象限的回波幅值的具体方法为：
[0064]
将每个象限的回波信号与已知编码的连续波序列进行移位相乘再相加，获得回波曲线，回波曲线的峰值即为回波幅值。
[0065]
再进一步的，所述根据四个象限的回波幅值计算获得光斑的中心位置的具体方法包括：
[0066]
光斑的中心位置o(x,y)：
[0067][0068][0069]
其中，k表示标定因子，u1、u2、u3和u4分别表示四个象限的回波峰值。
[0070]
再进一步的，所述根据光斑的中心位置计算获得半主动激光导引头5相对于目标9的偏角的具体方法包括：
[0071]
半主动激光导引头5相对于目标9的偏角θ：
[0072][0073]
本发明中，采用连续型激光器3作为光源，连续型激光器虽然平均功率高，但是峰值功率较低，如果将连续型激光器3直接应用到传统的激光导引头系统中，将会导致低峰值的功率信号淹没在探测器的噪声中无法检测出。本发明提出的连续波半主动激光导引头系统，通过检测四象限探测器每个象限回波幅值的大小，进而确定会聚在四象限探测器上的光斑中心，能够检测出淹没在噪声中的低峰值功率信号。
[0074]
本发明中，将淹没在噪声中的低峰值功率信号检测出来，实现检测出导引头的光轴与目标偏离的角度。因此，系统的探测距离不再取决于回波的峰值功率，取决于每次探测的平均能量。因此，通过减小峰值功率，增加探测时间的方式能够保证平均能量，因而，使用更小平均功率的连续型激光器即可以实现半主动激光导引头系统的目标检测。
[0075]
此外，由于采用了相关的信号检测方法，使检测过程中对于各种噪声的抑制能力大大增强，从而可以允许系统工作在更低的回波强度之下。
[0076]
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。