專利名稱：一種調頻多普勒測距信號處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及調頻無線電引信，具體涉及一種基于調頻測距系統的調頻多普勒測距信號處理裝置。
背景技術：
調頻無線電引信是一種發射信號頻率按調制信號規律變化的等幅連續波無線電引信，該體制引信的炸點與目標對電磁波的反射特性無關，具有良好的距離選擇能力，所以對其的研究具有重要的理論和現實意義。一般的調頻測距系統主要是通過測量差頻的頻率來確定目標距離的。調頻系統發射信號的頻率是時間的函數，在無線電信號從引信發射到遇目標后返回這段時間內，發射信號已經發生了變化，于是導致回波信號的頻率與發射信號頻率不同。兩者之間的差值的大小與引信到目標間的距離有關，測定其頻率差，便可得到引信到目標的距離。由于差頻存在一些不規則區，在這些不規則區間內，差頻頻率不能由差頻公式求出，他們與距離也無直接關系，而差頻頻率又隨時間按一定規律周期性變化，很明顯，周期信號的頻譜是離散的， 所以差頻也是離散的，因此，一般的調頻測距系統測距并不十分準確。另外，上述的差頻分析方法沒有考慮調頻測距系統與目標之間的相對運動，也就忽略了多普勒的影響，而且時頻方法是用發射頻率和接收頻率直接相減，但實際中混頻應該是相位相減的。因此，這種差頻分析方法是近似的，這種調頻測距系統所測距離也是近似結果，不能滿足更高精度的引信定距要求。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種調頻多普勒測距信號處理裝置。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案
一種調頻多普勒測距信號處理裝置，包括高頻有源帶通濾波器、低頻有源帶通濾波器、 雙混頻器、兩個自動增益放大器、兩個二極管包絡檢波器和一個單片機，其中
高頻有源帶通濾波器，用于接收帶有目標距離信息的差頻信號，并提取該差頻信號中頻率為調制信號頻率四倍左右的設定帶寬的高頻信號，輸出四次諧波信號；
低頻有源帶通濾波器，用于接收帶有目標距離信息的差頻信號，并提取該差頻信號中頻率為調制信號頻率兩倍左右的設定帶寬的低頻信號，輸出二次諧波信號；
雙混頻器，由兩個混頻器組成，該兩個混頻器中的一個用來接收從高頻有源帶通濾波器輸出的四次諧波信號和由單片機輸出的頻率為調制信號頻率四倍的本振信號，使兩者進行混頻，再進行低通濾波，輸出包含距離信息的第一正弦波信號；該兩個混頻器中的另一個用來接收從低頻有源帶通濾波器輸出的二次諧波信號和由單片機輸出的頻率為調制信號頻率兩倍的本振信號，使兩者進行混頻，再進行低通濾波，輸出包含距離信息的第二正弦波信號；自動增益放大器，用于接收從雙混頻器輸出的第一正弦波信號或第二正弦波信號，對第一正弦波信號或第二正弦波信號進行放大，輸出第一正弦波增益信號或第二正弦波增益信號；
二極管包絡檢波器，用于接收從自動增益放大器輸出的第一正弦波增益信號或第二正弦波增益信號，對第一正弦波增益信號或第二正弦波增益信號進行包絡檢波，提取包絡信號，并對應輸出第一包絡信號或第二包絡信號；
單片機，用于接收從兩個二極管包絡檢波器輸出的第一包絡信號和第二包絡信號，并將該兩路包絡信號進行相減，若所得結果 > 起爆門限電平，則輸出啟動信號，若所得結果< 起爆門限電平，則不輸出啟動信號；且單片機還具有與雙混頻器相連的輸出端，用于向雙混頻器輸出本振信號。作為本發明的一個具體實施方案，所述混頻器中包括模擬開關電路和有源低通濾波電路；所述模擬開關電路接收由單片機輸出的本振信號和由高頻有源帶通濾波器或者低頻有源帶通濾波器輸出的四次諧波信號或二次諧波信號，通過使本振信號與諧波信號相加和相減得到兩路帶有目標距離信息的模擬信號，并將該兩路模擬信號輸出給有源低通濾波電路；所述有源低通濾波電路通過低通濾波從所述兩路模擬信號中取得具有特定頻率的帶有目標距離信息的正弦波信號。進一步地，所述單片機輸出的本振信號為方波信號，所述調制信號為對稱三角波信號。進一步地，所述調頻多普勒測距信號處理裝置還包括與所述單片機的輸出端相連、能夠輸出對稱三角波調制信號的有源積分放大電路。進一步地，所述單片機的一個輸出端與自動增益放大器相連，使得單片機能夠通過對自動增益放大器所接收的正弦波信號的比較運算來確定自動增益放大器的信號放大倍數。進一步地，所述二極管包絡檢波器包括用于對正弦波增益信號進行包絡檢波的二極管包絡檢波電路，以及用于去除包絡信號上的高頻噪音的有源低通濾波電路。由于以上技術方案的實施，本發明與現有技術相比具有如下優點 (a)距離截止特性好
普通的多普勒引信，自差機輸出信號包絡與距離沒有確定的規律，因而該體制不具備測距能力。通常的調頻引信利用單根諧波譜線定距，由于差拍頻率并非單根譜線，導致尚未到達定距距離時，待提取的諧波分量作為差拍頻譜包絡的幅譜線，已具有足夠能量，并通過銳截止特性的濾波器推動后級電路，引起早炸，產生所謂周期調頻引信的固定誤差。而本發明的雙通道工作方式依靠頻譜比值而來定距，省去了限幅電路，而且擺脫了差頻包絡幅譜線的影響，嚴格地在定距距離給出了執行啟動信號。雙支路雙諧波的采用提高了抗干擾性能
沒有電子干擾信號，也無目標反射信號時，主要噪聲源是混頻器的內部寬帶噪聲。當干擾信號出現在天線照射范圍時，產生類似噪聲的寬帶頻譜。或者當接近多普勒頻率的振動噪聲信號串入低頻線路時，雙通道接收同樣輸入功率的信號，得到增益相同，相減后無法通過比較產生啟動信號，相當于噪聲抵消。泄漏信號影響的消除利用偶次諧波定距，避開了分布在奇次諧波上的調制信號泄漏影響，有用信號得以正常放大處理，而且使本發明裝置實現了收發天線共用。定距的可靠性提高
雙混頻器的二次混頻將處理中頻差頻信號轉化為處理低頻多普勒信號，簡化了裝置， 提高了定距的可靠性；而且解決了調頻體制在彈丸高速下落時低炸高的精度問題，因為高速下落時，多普勒頻率和差頻很近似，若按直接處理差拍信號的計數鑒頻方法，則會產生很大的定距誤差。
圖1為本發明調頻多普勒測距信號處理裝置的電路原理框圖； 圖2為本發明有源帶通濾波器電路原理圖3為本發明雙混頻器的電路原理圖； 圖4是本發明自動增益放大器的電路原理圖； 圖5是本發明二極管包絡檢波器的電路原理圖； 圖6是本發明調制信號產生的有源積分放大電路圖。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發明做進一步詳細的說明，但不限于這些實施例。 實施例參見圖1，本實施例調頻多普勒測距信號處理裝置包括高頻有源帶通濾波器、低頻有源帶通濾波器、雙混頻器、兩個自動增益放大器、兩個二極管包絡檢波器和一個單片機， 其中
高頻有源帶通濾波器用于接收帶有目標距離信息的差頻信號，并提取該差頻信號中頻率為調制信號頻率四倍左右的設定帶寬的高頻信號，輸出四次諧波信號。低頻有源帶通濾波器，用于接收帶有目標距離信息的差頻信號，并提取該差頻信號中頻率為調制信號頻率兩倍左右的設定帶寬的低頻信號，輸出二次諧波信號。高頻有源帶通濾波器和低頻有源帶通濾波器的電路原理圖相同，如圖2所示。本實施例中，高頻和低頻有源帶通濾波電路的輸入信號Vi均為信號幅度為0. lmv^5mv,頻率小于IMHz的帶有目標距離信息的差頻信號。本實施例調頻多普勒測距信號處理裝置的原理是通過對比調制信號的二次和四次諧波的幅度來進行定距，由于調制信號的頻率為100kHz，所以其二次和四次諧波的頻率分別為 200kHz和400kHz。因此，本實施例高頻有源帶通濾波電路的輸出信號Vo為400kHz 士20kHz 范圍內的正弦波信號；本實施例低頻有源帶通濾波電路的輸出信號Vo為200kHz士20kHz范圍內的正弦波信號。雙混頻器，由兩個混頻器組成，該兩個混頻器中的一個用來解調從高頻有源帶通濾波器輸出的四次諧波信號，另一個用來解調從低頻有源帶通濾波器輸出的二次諧波信號。本實施例混頻器的電路原理圖如圖3所示，它包括一個模擬開關電路31和一個有源低通濾波電路32。以解調低頻有源帶通濾波器輸出的二次諧波信號為例說明本實施例混頻器的工作原理模擬開關電路31的輸入信號為兩路，一路為低頻有源帶通濾波器提供的二次諧波信號，它是頻率為205kHz的正弦波信號，另一路為單片機輸出的本振信號，它是頻率為200 kHz的方波信號。這兩路信號利用模擬開關的通斷特性實現相加和相減，得到一個 405kHz的高頻信號和一個5kHz的低頻信號，該高頻和低頻信號通過截止頻率為IOkHz的有源低通濾波電路32的低通濾波，濾去高頻信號，輸出頻率為5kHz的第二正弦波信號，即實現了對二次諧波信號的解調。同理，高頻有源帶通濾波器輸出的四次諧波信號經混頻器解調，輸出第一正弦波信號。兩個自動增益放大器分別處理由雙混頻器輸出的兩路正弦波信號。本實施例自動增益放大器的電路原理圖如圖4所示，自動增益放大電路的輸入信號Vi為雙混頻器輸出的第一或第二正弦波信號，它的功能是對第一或第二正弦波信號進行放大，增大信號處理的動態范圍，便于單片機的接收處理，它的輸出信號為第一正弦波增益信號或第二正弦波增益信號。本實施例自動增益放大器還與單片機相連，使得單片機能夠根據自動增益放大器所接收的正弦波信號的大小確定自動增益放大器的放大倍數。本實施例中，當自動增益放大電路的輸入信號Vi為0. lmv^O. 7mv區間時，自動增益放大電路對輸入信號提供37dB的增益；當輸入信號Vi為0. 7mv^5mv區間時，自動增益放大電路對輸入信號提供20dB的增
■、Λ
frff. ο兩個二極管包絡檢波器的作用是分別對由兩個自動增益放大器輸出的第一正弦波增益信號或第二正弦波增益信號進行包絡檢波，提取包絡信號，并對應輸出第一包絡信號或第二包絡信號。本實施例二極管包絡檢波器的電路原理圖如圖5所示，它包括一個二極管包絡檢波電路51和一個有源低通濾波電路52。該二極管包絡檢波電路51由二極管 D510、電阻R511和電容C512構成，輸入信號Vi為自動增益放大器輸出的第一正弦波增益信號或第二正弦波增益信號，當輸入信號Vi大于二極管D510的導通電壓時，對電容C512 進行充電，當輸入信號Vi小于二極管D510的導通電壓時，對電容C512進行放電。通過選擇合適的參數，可以使得充電時間很短，放電時間很長，如此反復，得到的信號就接近輸入信號的包絡，該信號再經有源低通濾波電路52的低通濾波，去除包絡上的高頻噪音，即得到Vi的包絡信號Vo。單片機是本實施例調頻多普勒測距信號處理裝置的中心控制單元，它接收由二極管包絡檢波器輸出的兩路包絡信號并對此兩路信號進行比較和運算分析，具體是使第一包絡信號和第二包絡信號相減，若所得結果 > 起爆門限電平，則輸出啟動信號，若所得結果< 起爆門限電平，則不輸出啟動信號，如此實現對引信的行為進行控制，確定最佳炸高以啟動爆炸信號，達到最大殺傷效果。另外，單片機還具有以下作用
①為雙混頻器提供本振信號以及為整個裝置提供調制信號。由于本實施例裝置需要的調制信號為頻率IOOkHz的對稱三角波信號，而單片機輸出的是方波信號，因此本裝置還在單片機的調制信號輸出端設置了一個有源積分放大電路(如圖6所示)，方波經過有源積分放大電路的處理即可輸出對稱三角波調制信號。②對接收的包絡信號的峰值進行跟蹤計算，不斷與門限比較，輸出控制信號給自動增益放大器，實現自動增益控制。以上對本發明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領域技術的人士能夠了解本發明的內容并加以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍，凡根據本發明的精神實質所
7作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種調頻多普勒測距信號處理裝置，其特征在于所述調頻多普勒測距信號處理裝置包括高頻有源帶通濾波器、低頻有源帶通濾波器、雙混頻器、兩個自動增益放大器、兩個二極管包絡檢波器和一個單片機，其中高頻有源帶通濾波器，用于接收帶有目標距離信息的差頻信號，并提取該差頻信號中頻率為調制信號頻率四倍左右的設定帶寬的高頻信號，輸出四次諧波信號；低頻有源帶通濾波器，用于接收帶有目標距離信息的差頻信號，并提取該差頻信號中頻率為調制信號頻率兩倍左右的設定帶寬的低頻信號，輸出二次諧波信號；雙混頻器，由兩個混頻器組成，該兩個混頻器中的一個用來接收從高頻有源帶通濾波器輸出的四次諧波信號和由單片機輸出的頻率為調制信號頻率四倍的本振信號，使兩者進行混頻，再進行低通濾波，輸出包含距離信息的第一正弦波信號；該兩個混頻器中的另一個用來接收從低頻有源帶通濾波器輸出的二次諧波信號和由單片機輸出的頻率為調制信號頻率兩倍的本振信號，使兩者進行混頻，再進行低通濾波，輸出包含距離信息的第二正弦波信號；自動增益放大器，用于接收從雙混頻器輸出的第一正弦波信號或第二正弦波信號，對第一正弦波信號或第二正弦波信號進行放大，輸出第一正弦波增益信號或第二正弦波增益信號；二極管包絡檢波器，用于接收從自動增益放大器輸出的第一正弦波增益信號或第二正弦波增益信號，對第一正弦波增益信號或第二正弦波增益信號進行包絡檢波，提取包絡信號，并對應輸出第一包絡信號或第二包絡信號；單片機，用于接收從兩個二極管包絡檢波器輸出的第一包絡信號和第二包絡信號，并將該兩路包絡信號進行相減，若所得結果 > 起爆門限電平，則輸出啟動信號，若所得結果< 起爆門限電平，則不輸出啟動信號；且單片機還具有與雙混頻器相連的輸出端，用于向雙混頻器輸出本振信號。
2.根據權利要求1所述的調頻多普勒測距信號處理裝置，其特征在于所述混頻器中包括模擬開關電路和有源低通濾波電路；所述模擬開關電路接收由單片機輸出的本振信號和由高頻有源帶通濾波器或者低頻有源帶通濾波器輸出的四次諧波信號或二次諧波信號， 通過使本振信號與諧波信號相加和相減得到兩路帶有目標距離信息的模擬信號，并將該兩路模擬信號輸出給有源低通濾波電路；所述有源低通濾波電路通過低通濾波從所述兩路模擬信號中取得具有特定頻率的帶有目標距離信息的正弦波信號。
3.根據權利要求1所述的調頻多普勒測距信號處理裝置，其特征在于所述單片機輸出的本振信號為方波信號，所述調制信號為對稱三角波信號。
4.根據權利要求3所述的調頻多普勒測距信號處理裝置，其特征在于所述調頻多普勒測距信號處理裝置還包括與所述單片機的輸出端相連、能夠輸出對稱三角波調制信號的有源積分放大電路。
5.根據權利要求1所述的調頻多普勒測距信號處理裝置，其特征在于所述單片機的一個輸出端與自動增益放大器相連，使得單片機能夠通過對自動增益放大器所接收的正弦波信號的比較運算來確定自動增益放大器的信號放大倍數。
6.根據權利要求1所述的調頻多普勒測距信號處理裝置，其特征在于所述二極管包絡檢波器包括用于對正弦波增益信號進行包絡檢波的二極管包絡檢波電路，以及用于去除包絡信號上的高頻噪音的有源低通濾波電路。
全文摘要
本發明涉及一種調頻多普勒測距信號處理裝置,包括高頻有源帶通濾波器、低頻有源帶通濾波器、雙混頻器、兩個自動增益放大器、兩個二極管包絡檢波器和一個單片機。本發明裝置的工作原理帶有距離信息的差頻信號經兩個有源帶通濾波器濾波分別輸出二次諧波和四次諧波給雙混頻器，雙混頻器將該二次諧波和四次諧波分別與從單片機輸入的本振信號進行混頻，輸出兩路正弦波信號，該兩路正弦波信號再分別經自動增益放大器增益和二極管包絡檢波器包絡檢波，得到含有距離信息的兩路包絡信號并輸出給單片機，單片機對輸入的兩路包絡信號進行比較運算并根據所得結果判斷是否啟動爆炸信號。本發明具有距離截止特性好、抗干擾能力強、定距可靠性高等優點。
文檔編號G01S13/34GK102508236SQ20111033021
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者張浩然, 房建峰, 李貴嬌, 魯爭艷 申請人:中國兵器工業集團第二一四研究所蘇州研發中心