电容定向探测电路的制作方法

本发明属于传感器目标探测技术领域，主要应用于弹载引信。

背景技术：

引信是利用环境信息、目标信息、或按指定信息，在期望时空，对弹药实施起爆控制、点火控制及姿态控制的信息控制系统。电子对抗的发展使得一些体制的近感引信受到严重威胁，特别是无线电近感引信。

目前国外有关电容近炸引信的科技资料中，没有发现有利用电容探测原理来实现目标定方位探测的具体实例，英国马克尼公司的吹管导弹电容引信中采用了两个对称于弹轴的探测电极，但达不到实现定向探测的要求。有关目标定向探测国内外主要集中在无线电体制和光学体制上。

对于无线电体制引信的定向，方案大都采用收发共用的微带天线阵列与电控扫描技术相结合，但均受微带天线阵列与电控扫描技术工程实现上的影响，据报导采用该方案只能识别三至四个象限。也有人提出过利用微带天线进行定向探测的思想。基本设计思路是在弹轴上对称安装四个微带天线，分别探测弹轴周围四个不同的方向，每个方向覆盖90°角。通过单刀四掷PIN开关控制弹体周向的四个微带天线对周围空间进行扫描的接通与断开，使得每一时刻只有一个天线处于工作状态。PIN开关控制电路四个支路轮流工作，使四个收发天线在360°角范围内不停的扫描。当天线某一支路探测到目标时，便可以得到一个完成探测的电信号，目标方位信息提取电路就可以从开关控制电路高电平所对应的输出端获取目标的方位信息。将该信息输送给定向引爆系统即可完成定向探测任务。这种定向探测方法只能把探测角度范围限定在90°角以内，探测精度不高。

对于光学近炸引信的定向探测。日本1992年1月17日发表在“公开特许公报”上的前岛德之和齐藤修的专利“近炸引信制御装置”便提出了一种简单的定向探测方法及其信号处理电路。它利用的是配用在空-空导弹上的激光引信，采用单“极”发射，多“极”固定对应接收反射信号的探测模式。其基本原理是以导弹的弹轴为中心向周围空间方向分成四个象限，在每象限激光发射器发出一定方向和发散角的半导体激光对导弹前方进行扫视，一旦遇到目标，就会有漫反射光返回。装置中的光学接收器把检测到的漫反射信号送入后级的信号比较器阵列，由于目标所处的象限不同必然导致信号比较器的输出波形大相迥异。根据目标存在象限信号的关系来判定目标所处的具体象限，借此来实现定向探测功能，然后目标方位信号输入起爆电路控制战斗部自适应实现最佳炸点。这种装置具有很多优点，比如它可以大大缩短作用时间，可以减少电能消耗，最主要的是它排除了追尾攻击时发生误动作的可能性。因此这种装置在定向探测和定向起爆方面具有先进性，但是这种激光体制的近炸引信其目标方位探测精度仅达到一个象限的水平，即其覆盖范围只在90°内。这种途径为我们提供了一种切实可行的思路——几何定位的探测方法。

随着数字信号技术中码分技术的发展，出现了运用收发分开的天线阵列与码分技术相结合构成的可识别目标方位的引信探测方法。方案中，天线阵列绕圆周均匀分布于表面，发射天线T1、T2和接收天线R1、R2分别对称排列。每两相邻天线在弹体上间隔90°。工作原理为：振荡器产生的振荡信号经功分器分成四路，其中两路经由伪码I、伪码II通过调相器进行调相(o/π调相)，调制后的两路信号分别由天线T1、T2辐射出去。一旦有目标出现，则产生目标回波信号，经天线R1或R2接收后，与功分器耦合过来的本振信号相混，混频后的信号经与伪码I、伪码II进行多路相关处理、滤波检测等处理后被送至综合信息处理与控制单元，通过对检测到的信号参数进行特征提取，比较相关信息处理支路的信号相对大小关系，根据各接收天线的相关通道信号的有无来识别目标相对于引信的方位。此方案方位识别区域划分多，抗干扰能力强，可用于引战配合的有效信息量大，不仅可获得目标方位信息，而且检测信号较大的相关通道可获得距离、速度、尾追/迎击等方面的信息，以便获得良好的引战配合效能，同时方案中采用的关键技术大多是较成熟的技术。

以上几种不同体制的近炸引信定向探测方法中，它们的目标方位探测精度不够理想，仅达到把目标区域确定在一个象限范围内的水平上。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：实现弹载引信近距离探测目标的功能，同时对目标方位进行识别。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种电容定向探测电路，其特征在于，包括一个发射电极、三个接收电极、电源模块、振荡电路及检波电路，发射电极固定在弹头的轴心位置，三个接收电极布置于弹头侧面，且绕弹头轴线呈120°均匀分布，由电源模块为振荡电路及检波电路提供工作电压，振荡电路产生一个频率稳定的高振幅的正弦波信号加给发射电极，从而在三个接收电极上产生频率不变且幅度衰减的正弦波信号，检波电路包括三个检波器，三个检波器分别对三个接收电极上产生的正弦波信号进行检测，得到三路检波电压，导弹遇目标时，依据三个接收电极与目标之间的距离远近产生三个不同的检波电压变化量，将三个检波电压变化量送信号处理电路进行识别即可对目标进行定向识别。

优选地，所述电源模块包括输入电源及与输入电源相连的稳压电路。

优选地，所述振荡电路包括电流跟随器及LC振荡电路，所述电源模块的输出经由电流跟随器连接LC振荡电路的输入，LC振荡电路的输出连接所述发射电极。

优选地，所述电流跟随器包括三极管V1，三极管V1的集电极与基极之间形成输出，三极管V1的输出连接所述LC振荡电路的输入，三极管V1的发射极经由电容C3连接所述电源模块的输出，三极管V1的发射极经由电阻R1接地，在三极管V1的基极与发射极之间跨接电容C4。

优选地，所述LC振荡电路包括电感L，电容C5与电阻R2串联后并联在电感L两端，所述三极管V1的输出连接在电阻R2的两端。

优选地，所述检波器采用电压跟随器。

优选地，所述电压跟随器包括三极管，三极管的集电极经由电阻一连接所述电源模块的输出，三极管的基极连接三个所述接收电极中任意一个接收电极的输出，三极管的基极经由电阻二接地，三极管的发射极形成一路所述检波电压，三极管的发射极经由电容接地，在三极管的基极与发射极之间跨接二极管，二极管的阴极连接三极管的基极，二极管的阳极连接三极管的发射极。

本发明设计的电容探测电路，能够实现目标的探测及方位的识别，主要用于对付装甲、飞机等导体目标，技术特征如下：

1)在空间中放置多个探测电极组，以目标与各个电极间的距离不同，所导致的检波电压变化量的差异来推知目标方位。

2)接收电极采用所设计的多(三个)接收电极阵列形式，用分立的三路检波器进行检波。

本发明提供的电容近感引信由于工作于准静电场，其有定距精度高、抗电磁干扰好和抗隐身等特点，它可以配用在炸高要求2m左右以下的任何弹种，且特别适合用于强电磁干扰的野战环境下的弹种。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的具体电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明实现定向探测的设计思想为：

电容近炸引信探测方向性具有各向同性的特征。要使它具有进行目标定向识别的能力，其中一种方法是对电极的结构及分布方式进行改造。经过资料调研和分析研究，本发明提出多接收电极阵列探测的方案。即采用一个发射电极，将它固定于弹头的轴心位置，而在弹的侧面按一定角度φ对称分布几个接收电极。在弹目接近过程中，由于每个接收电极与目标的实际距离必然是不同的，虽然他们与被探测目标间的距离差异不是很大，但由于它们所处的该静电场的场点不同，对电场产生的扰动的接收程度有明显不同。再根据电容近炸引信基本原理，各接收电极和目标间产生的电容变化并不相同，从而各自的检波电压输出也不相同。如果对每个接收电极所获得的遇目标信号进行单独检波，再由处理系统按所建立的判定准则进行方位识别，就可以实现目标定向探测。在实际情况中，为了保证探测灵敏度，接收电极的有效面积和形状以及发射电极和接收电极间距的具体数值都要视所配弹头情况而定。

具体接收电极的数量n该取多少，下面将讨论。假设n＝2，此时两个接收电极典型位置是间隔180°对称于导弹的轴线设置，那么当目标以同样角度分别位于两个接收电极连线的左右两侧面时，它们所对应的检波电路接收到的导弹目标接近的遇目标信号并没有什么区别。因而取两个接收电极只能区分目标处于两电极连线的垂直平分线所分成的两个半区，而不能区分目标究竟处于两电极连线的左半区还是右半区。显然，使该引信实现定向目标探测的电极阵列配置的必要条件是n≥3。因为n个接收电极中每两个接收电极就可以判断目标在某一个半区，那么就可以得到个方位信息，通过计算就可以得出目标处于弹侧的某一个扇区。假设n取大于或等于4的值时，接收电极的间距变小，所产生的检波电压信号差别可能不是很大，加上技术条件的限制，各电极的探测灵敏度和检波灵敏度不可能做得完全一样，造成检波电压存在误差，反而不利于信号处理电路的区分，同时还必需相应地增大检波电路和信号处理电路的个数，造成电路设计的复杂化，也不利于信号处理系统的实时性，在硬件和软件的实现上都增加了不少难度。鉴于以上问题和现有的技术条件，初步设计为n取3，三个接收电极绕导弹轴线呈120°均匀分布，发射电极和接收电极不在同一平面内，发射电极仍安装在弹头的轴心位置，接收电极分布于弹头的侧面，有利于对侧面目标的识别。

为了说明该电极阵列可以有效地实现对目标的定向探测，假定目标的物理场特性和几何特性均严格对称于其方位的中心线。下面以目标以一般普通的方式从侧面接近的情况来论述。目标处于φ角(φ≤60°)方位时(由前述可知，探测方位可被分为6个60°的方位)，电极距目标的距离分别为R₁、R₂、R₃，其中条件关系满足R₁＜R₂＜R₃，因为静电场场强按r³规律衰减，所以探测电极与目标之间的距离越近则电容的变化率越大，所以就有Δu₁＞Δu₂＞Δu₃，Δu₁、Δu₂、Δu₃分别为通过三个接收电极检测到的电压变化率，这样目标就会被识别到一个60°的方位内。

本发明提供的一种电容定向探测电路的原理框图如图1所示。它由电源、稳压电路、振荡电路、探测电极阵列(包括发射电极A、接收电极B1、接收电极B2、接收电极B3)和检波电路(包括三路检波器)五部分组成。本发明的基本原理是：输入电源通过稳压电路为振荡电路及检波电路提高工作电压。振荡电路产生一个频率稳定的高振幅(满足灵敏度的要求)的正弦波信号加给发射电极A，经发射电极A与各接收电极间的固有电容与各接收电极与弹体间的固有电容的分压耦合，在接收电极B1、接收电极B2、接收电极B3上均产生一个频率不变而幅度大大衰减了的正弦波信号。接收电极B1、接收电极B2、接收电极B3产生的三路正弦波信号分别经三路检波器进行检波，输出三路稳定的检波电压U1、U2、U3。导弹遇目标时，依据接收电极B1、接收电极B2、接收电极B3离目标距离的远近产生不同的检波电压变化量Δu₁、Δu₂、Δu₃，Δu₁、Δu₂、Δu₃即为一簇检波输出的遇目标信号，该遇目标信号送信号处理电路进行识别即可完成遇目标时的目标定向识别功能。

如图2所示，为上述电容定向探测电路的具体电路图，其中：

稳压电路采用稳压器78L24，在其输入端Vin及输出端Vout分别加上滤波电容C1、C2。

振荡电路包括电流跟随器及LC振荡电路。电流跟随器包括三极管V1，三极管V1的集电极与基极之间形成输出，三极管V1的输出连接LC振荡电路的输入，三极管V1的发射极经由电容C3连接稳压器78L24的输出端Vout，三极管V1的发射极经由电阻R1接地，在三极管V1的基极与发射极之间跨接电容C4。LC振荡电路包括电感L，电容C5与电阻R2串联后并联在电感L两端，三极管V1的输出连接在电阻R2的两端。

三路检波器均采用电压跟随器，以与接收电极B1相连的电压跟随器为例，包括三极管V2，三极管V2的集电极经由电阻R3连接稳压器78L24的输出端Vout，三极管V2的基极连接三个接收电极B1的输出，三极管V2的基极经由电阻R6接地，三极管V2的发射极形成一路检波电压U1，三极管V2的发射极经由电容C6接地，在三极管V2的基极与发射极之间跨接二极管D1，二极管D1的阴极连接三极管V2的基极，二极管D2的阳极连接三极管V2的发射极。

与接收电极B2相连的电压跟随器包括三极管V3、电阻R4、二极管D2、电阻R7、电容C7。与接收电极B3相连的电压跟随器包括三极管V4、电阻R5、二极管D3、电阻R8、电容C8。各元器件之间的连接关系同上。

本发明具有以下优点：

1)当输入为30V左右小扰动信号，稳压电路输出约为24V稳压信号，并且其响应速度快。

2)当输入为24V直流稳压信号，振荡器电路输出为在24V上叠加一个约160V2.38MHz的振荡信号。其振幅大，频率高，输出稳定。

3)当输入为振荡器输出信号，检波电路输出约为24V直流信号。其检波效率高，输出稳定。

4)探测电路与检波电路，两电路间接入一模拟耦合的电容器，取其值为0.38pF。当输入约为24V直流，输出为直流检波电压。

5)探测器电路，可在系统启动后0.7ms进入稳态。该电路能够把不同电极上耦合的等效电容量以检波电压的形式表示出来，且等效电容量与检波电压满足线性关系，故检波电压包含有目标方位信息。

以上结果表明，所设计探测器电路满足设计要求，电路有效可行，能够完成探测目标方位的目的。