专利名称：一种调频多普勒测距信号处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及调频无线电引信，具体涉及一种基于调频测距系统的调频多普勒测距信号处理装置。
背景技术：
调频无线电引信是一种发射信号频率按调制信号规律变化的等幅连续波无线电引信，该体制引信的炸点与目标对电磁波的反射特性无关，具有良好的距离选择能力，所以对其的研究具有重要的理论和现实意义。一般的调频测距系统主要是通过测量差频的频率来确定目标距离的。调频系统发射信号的频率是时间的函数，在无线电信号从引信发射到遇目标后返回这段时间内，发射信号已经发生了变化，于是导致回波信号的频率与发射信号频率不同。两者之间的差值的大小与引信到目标间的距离有关，测定其频率差，便可得到引信到目标的距离。由于差频存在一些不规则区，在这些不规则区间内，差频频率不能由差频公式求出，他们与距离也无直接关系，而差频频率又随时间按一定规律周期性变化，很明显，周期信号的频谱是离散的， 所以差频也是离散的，因此，一般的调频测距系统测距并不十分准确。另外，上述的差频分析方法没有考虑调频测距系统与目标之间的相对运动，也就忽略了多普勒的影响，而且时频方法是用发射频率和接收频率直接相减，但实际中混频应该是相位相减的。因此，这种差频分析方法是近似的，这种调频测距系统所测距离也是近似结果，不能满足更高精度的引信定距要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种调频多普勒测距信号处理装置。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案
一种调频多普勒测距信号处理装置，包括高频有源带通滤波器、低频有源带通滤波器、 双混频器、两个自动增益放大器、两个二极管包络检波器和一个单片机，其中
高频有源带通滤波器，用于接收带有目标距离信息的差频信号，并提取该差频信号中频率为调制信号频率四倍左右的设定带宽的高频信号，输出四次谐波信号；
低频有源带通滤波器，用于接收带有目标距离信息的差频信号，并提取该差频信号中频率为调制信号频率两倍左右的设定带宽的低频信号，输出二次谐波信号；
双混频器，由两个混频器组成，该两个混频器中的一个用来接收从高频有源带通滤波器输出的四次谐波信号和由单片机输出的频率为调制信号频率四倍的本振信号，使两者进行混频，再进行低通滤波，输出包含距离信息的第一正弦波信号；该两个混频器中的另一个用来接收从低频有源带通滤波器输出的二次谐波信号和由单片机输出的频率为调制信号频率两倍的本振信号，使两者进行混频，再进行低通滤波，输出包含距离信息的第二正弦波信号；自动增益放大器，用于接收从双混频器输出的第一正弦波信号或第二正弦波信号，对第一正弦波信号或第二正弦波信号进行放大，输出第一正弦波增益信号或第二正弦波增益信号；
二极管包络检波器，用于接收从自动增益放大器输出的第一正弦波增益信号或第二正弦波增益信号，对第一正弦波增益信号或第二正弦波增益信号进行包络检波，提取包络信号，并对应输出第一包络信号或第二包络信号；
单片机，用于接收从两个二极管包络检波器输出的第一包络信号和第二包络信号，并将该两路包络信号进行相减，若所得结果 > 起爆门限电平，则输出启动信号，若所得结果< 起爆门限电平，则不输出启动信号；且单片机还具有与双混频器相连的输出端，用于向双混频器输出本振信号。作为本发明的一个具体实施方案，所述混频器中包括模拟开关电路和有源低通滤波电路；所述模拟开关电路接收由单片机输出的本振信号和由高频有源带通滤波器或者低频有源带通滤波器输出的四次谐波信号或二次谐波信号，通过使本振信号与谐波信号相加和相减得到两路带有目标距离信息的模拟信号，并将该两路模拟信号输出给有源低通滤波电路；所述有源低通滤波电路通过低通滤波从所述两路模拟信号中取得具有特定频率的带有目标距离信息的正弦波信号。进一步地，所述单片机输出的本振信号为方波信号，所述调制信号为对称三角波信号。进一步地，所述调频多普勒测距信号处理装置还包括与所述单片机的输出端相连、能够输出对称三角波调制信号的有源积分放大电路。进一步地，所述单片机的一个输出端与自动增益放大器相连，使得单片机能够通过对自动增益放大器所接收的正弦波信号的比较运算来确定自动增益放大器的信号放大倍数。进一步地，所述二极管包络检波器包括用于对正弦波增益信号进行包络检波的二极管包络检波电路，以及用于去除包络信号上的高频噪音的有源低通滤波电路。由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点 (a)距离截止特性好
普通的多普勒引信，自差机输出信号包络与距离没有确定的规律，因而该体制不具备测距能力。通常的调频引信利用单根谐波谱线定距，由于差拍频率并非单根谱线，导致尚未到达定距距离时，待提取的谐波分量作为差拍频谱包络的幅谱线，已具有足够能量，并通过锐截止特性的滤波器推动后级电路，引起早炸，产生所谓周期调频引信的固定误差。而本发明的双通道工作方式依靠频谱比值而来定距，省去了限幅电路，而且摆脱了差频包络幅谱线的影响，严格地在定距距离给出了执行启动信号。双支路双谐波的采用提高了抗干扰性能
没有电子干扰信号，也无目标反射信号时，主要噪声源是混频器的内部宽带噪声。当干扰信号出现在天线照射范围时，产生类似噪声的宽带频谱。或者当接近多普勒频率的振动噪声信号串入低频线路时，双通道接收同样输入功率的信号，得到增益相同，相减后无法通过比较产生启动信号，相当于噪声抵消。泄漏信号影响的消除利用偶次谐波定距，避开了分布在奇次谐波上的调制信号泄漏影响，有用信号得以正常放大处理，而且使本发明装置实现了收发天线共用。定距的可靠性提高
双混频器的二次混频将处理中频差频信号转化为处理低频多普勒信号，简化了装置， 提高了定距的可靠性；而且解决了调频体制在弹丸高速下落时低炸高的精度问题，因为高速下落时，多普勒频率和差频很近似，若按直接处理差拍信号的计数鉴频方法，则会产生很大的定距误差。
图1为本发明调频多普勒测距信号处理装置的电路原理框图； 图2为本发明有源带通滤波器电路原理图3为本发明双混频器的电路原理图； 图4是本发明自动增益放大器的电路原理图； 图5是本发明二极管包络检波器的电路原理图； 图6是本发明调制信号产生的有源积分放大电路图。
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。 实施例参见图1，本实施例调频多普勒测距信号处理装置包括高频有源带通滤波器、低频有源带通滤波器、双混频器、两个自动增益放大器、两个二极管包络检波器和一个单片机， 其中
高频有源带通滤波器用于接收带有目标距离信息的差频信号，并提取该差频信号中频率为调制信号频率四倍左右的设定带宽的高频信号，输出四次谐波信号。低频有源带通滤波器，用于接收带有目标距离信息的差频信号，并提取该差频信号中频率为调制信号频率两倍左右的设定带宽的低频信号，输出二次谐波信号。高频有源带通滤波器和低频有源带通滤波器的电路原理图相同，如图2所示。本实施例中，高频和低频有源带通滤波电路的输入信号Vi均为信号幅度为0. lmv^5mv,频率小于IMHz的带有目标距离信息的差频信号。本实施例调频多普勒测距信号处理装置的原理是通过对比调制信号的二次和四次谐波的幅度来进行定距，由于调制信号的频率为100kHz，所以其二次和四次谐波的频率分别为 200kHz和400kHz。因此，本实施例高频有源带通滤波电路的输出信号Vo为400kHz 士20kHz 范围内的正弦波信号；本实施例低频有源带通滤波电路的输出信号Vo为200kHz士20kHz范围内的正弦波信号。双混频器，由两个混频器组成，该两个混频器中的一个用来解调从高频有源带通滤波器输出的四次谐波信号，另一个用来解调从低频有源带通滤波器输出的二次谐波信号。本实施例混频器的电路原理图如图3所示，它包括一个模拟开关电路31和一个有源低通滤波电路32。以解调低频有源带通滤波器输出的二次谐波信号为例说明本实施例混频器的工作原理模拟开关电路31的输入信号为两路，一路为低频有源带通滤波器提供的二次谐波信号，它是频率为205kHz的正弦波信号，另一路为单片机输出的本振信号，它是频率为200 kHz的方波信号。这两路信号利用模拟开关的通断特性实现相加和相减，得到一个 405kHz的高频信号和一个5kHz的低频信号，该高频和低频信号通过截止频率为IOkHz的有源低通滤波电路32的低通滤波，滤去高频信号，输出频率为5kHz的第二正弦波信号，即实现了对二次谐波信号的解调。同理，高频有源带通滤波器输出的四次谐波信号经混频器解调，输出第一正弦波信号。两个自动增益放大器分别处理由双混频器输出的两路正弦波信号。本实施例自动增益放大器的电路原理图如图4所示，自动增益放大电路的输入信号Vi为双混频器输出的第一或第二正弦波信号，它的功能是对第一或第二正弦波信号进行放大，增大信号处理的动态范围，便于单片机的接收处理，它的输出信号为第一正弦波增益信号或第二正弦波增益信号。本实施例自动增益放大器还与单片机相连，使得单片机能够根据自动增益放大器所接收的正弦波信号的大小确定自动增益放大器的放大倍数。本实施例中，当自动增益放大电路的输入信号Vi为0. lmv^O. 7mv区间时，自动增益放大电路对输入信号提供37dB的增益；当输入信号Vi为0. 7mv^5mv区间时，自动增益放大电路对输入信号提供20dB的增
■、Λ
frff. ο两个二极管包络检波器的作用是分别对由两个自动增益放大器输出的第一正弦波增益信号或第二正弦波增益信号进行包络检波，提取包络信号，并对应输出第一包络信号或第二包络信号。本实施例二极管包络检波器的电路原理图如图5所示，它包括一个二极管包络检波电路51和一个有源低通滤波电路52。该二极管包络检波电路51由二极管 D510、电阻R511和电容C512构成，输入信号Vi为自动增益放大器输出的第一正弦波增益信号或第二正弦波增益信号，当输入信号Vi大于二极管D510的导通电压时，对电容C512 进行充电，当输入信号Vi小于二极管D510的导通电压时，对电容C512进行放电。通过选择合适的参数，可以使得充电时间很短，放电时间很长，如此反复，得到的信号就接近输入信号的包络，该信号再经有源低通滤波电路52的低通滤波，去除包络上的高频噪音，即得到Vi的包络信号Vo。单片机是本实施例调频多普勒测距信号处理装置的中心控制单元，它接收由二极管包络检波器输出的两路包络信号并对此两路信号进行比较和运算分析，具体是使第一包络信号和第二包络信号相减，若所得结果 > 起爆门限电平，则输出启动信号，若所得结果< 起爆门限电平，则不输出启动信号，如此实现对引信的行为进行控制，确定最佳炸高以启动爆炸信号，达到最大杀伤效果。另外，单片机还具有以下作用
①为双混频器提供本振信号以及为整个装置提供调制信号。由于本实施例装置需要的调制信号为频率IOOkHz的对称三角波信号，而单片机输出的是方波信号，因此本装置还在单片机的调制信号输出端设置了一个有源积分放大电路(如图6所示)，方波经过有源积分放大电路的处理即可输出对称三角波调制信号。②对接收的包络信号的峰值进行跟踪计算，不断与门限比较，输出控制信号给自动增益放大器，实现自动增益控制。以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所
7作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种调频多普勒测距信号处理装置，其特征在于所述调频多普勒测距信号处理装置包括高频有源带通滤波器、低频有源带通滤波器、双混频器、两个自动增益放大器、两个二极管包络检波器和一个单片机，其中高频有源带通滤波器，用于接收带有目标距离信息的差频信号，并提取该差频信号中频率为调制信号频率四倍左右的设定带宽的高频信号，输出四次谐波信号；低频有源带通滤波器，用于接收带有目标距离信息的差频信号，并提取该差频信号中频率为调制信号频率两倍左右的设定带宽的低频信号，输出二次谐波信号；双混频器，由两个混频器组成，该两个混频器中的一个用来接收从高频有源带通滤波器输出的四次谐波信号和由单片机输出的频率为调制信号频率四倍的本振信号，使两者进行混频，再进行低通滤波，输出包含距离信息的第一正弦波信号；该两个混频器中的另一个用来接收从低频有源带通滤波器输出的二次谐波信号和由单片机输出的频率为调制信号频率两倍的本振信号，使两者进行混频，再进行低通滤波，输出包含距离信息的第二正弦波信号；自动增益放大器，用于接收从双混频器输出的第一正弦波信号或第二正弦波信号，对第一正弦波信号或第二正弦波信号进行放大，输出第一正弦波增益信号或第二正弦波增益信号；二极管包络检波器，用于接收从自动增益放大器输出的第一正弦波增益信号或第二正弦波增益信号，对第一正弦波增益信号或第二正弦波增益信号进行包络检波，提取包络信号，并对应输出第一包络信号或第二包络信号；单片机，用于接收从两个二极管包络检波器输出的第一包络信号和第二包络信号，并将该两路包络信号进行相减，若所得结果 > 起爆门限电平，则输出启动信号，若所得结果< 起爆门限电平，则不输出启动信号；且单片机还具有与双混频器相连的输出端，用于向双混频器输出本振信号。
2.根据权利要求1所述的调频多普勒测距信号处理装置，其特征在于所述混频器中包括模拟开关电路和有源低通滤波电路；所述模拟开关电路接收由单片机输出的本振信号和由高频有源带通滤波器或者低频有源带通滤波器输出的四次谐波信号或二次谐波信号， 通过使本振信号与谐波信号相加和相减得到两路带有目标距离信息的模拟信号，并将该两路模拟信号输出给有源低通滤波电路；所述有源低通滤波电路通过低通滤波从所述两路模拟信号中取得具有特定频率的带有目标距离信息的正弦波信号。
3.根据权利要求1所述的调频多普勒测距信号处理装置，其特征在于所述单片机输出的本振信号为方波信号，所述调制信号为对称三角波信号。
4.根据权利要求3所述的调频多普勒测距信号处理装置，其特征在于所述调频多普勒测距信号处理装置还包括与所述单片机的输出端相连、能够输出对称三角波调制信号的有源积分放大电路。
5.根据权利要求1所述的调频多普勒测距信号处理装置，其特征在于所述单片机的一个输出端与自动增益放大器相连，使得单片机能够通过对自动增益放大器所接收的正弦波信号的比较运算来确定自动增益放大器的信号放大倍数。
6.根据权利要求1所述的调频多普勒测距信号处理装置，其特征在于所述二极管包络检波器包括用于对正弦波增益信号进行包络检波的二极管包络检波电路，以及用于去除包络信号上的高频噪音的有源低通滤波电路。
全文摘要
本发明涉及一种调频多普勒测距信号处理装置,包括高频有源带通滤波器、低频有源带通滤波器、双混频器、两个自动增益放大器、两个二极管包络检波器和一个单片机。本发明装置的工作原理带有距离信息的差频信号经两个有源带通滤波器滤波分别输出二次谐波和四次谐波给双混频器，双混频器将该二次谐波和四次谐波分别与从单片机输入的本振信号进行混频，输出两路正弦波信号，该两路正弦波信号再分别经自动增益放大器增益和二极管包络检波器包络检波，得到含有距离信息的两路包络信号并输出给单片机，单片机对输入的两路包络信号进行比较运算并根据所得结果判断是否启动爆炸信号。本发明具有距离截止特性好、抗干扰能力强、定距可靠性高等优点。
文档编号G01S13/34GK102508236SQ20111033021
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者张浩然, 房建峰, 李贵娇, 鲁争艳 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心