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      電容定向探測電路的制作方法

      文檔序號:11152366閱讀:669來源:國知局
      電容定向探測電路的制造方法與工藝

      本發(fā)明屬于傳感器目標(biāo)探測技術(shù)領(lǐng)域,主要應(yīng)用于彈載引信。



      背景技術(shù):

      引信是利用環(huán)境信息、目標(biāo)信息、或按指定信息,在期望時空,對彈藥實(shí)施起爆控制、點(diǎn)火控制及姿態(tài)控制的信息控制系統(tǒng)。電子對抗的發(fā)展使得一些體制的近感引信受到嚴(yán)重威脅,特別是無線電近感引信。

      目前國外有關(guān)電容近炸引信的科技資料中,沒有發(fā)現(xiàn)有利用電容探測原理來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定方位探測的具體實(shí)例,英國馬克尼公司的吹管導(dǎo)彈電容引信中采用了兩個對稱于彈軸的探測電極,但達(dá)不到實(shí)現(xiàn)定向探測的要求。有關(guān)目標(biāo)定向探測國內(nèi)外主要集中在無線電體制和光學(xué)體制上。

      對于無線電體制引信的定向,方案大都采用收發(fā)共用的微帶天線陣列與電控掃描技術(shù)相結(jié)合,但均受微帶天線陣列與電控掃描技術(shù)工程實(shí)現(xiàn)上的影響,據(jù)報(bào)導(dǎo)采用該方案只能識別三至四個象限。也有人提出過利用微帶天線進(jìn)行定向探測的思想?;驹O(shè)計(jì)思路是在彈軸上對稱安裝四個微帶天線,分別探測彈軸周圍四個不同的方向,每個方向覆蓋90°角。通過單刀四擲PIN開關(guān)控制彈體周向的四個微帶天線對周圍空間進(jìn)行掃描的接通與斷開,使得每一時刻只有一個天線處于工作狀態(tài)。PIN開關(guān)控制電路四個支路輪流工作,使四個收發(fā)天線在360°角范圍內(nèi)不停的掃描。當(dāng)天線某一支路探測到目標(biāo)時,便可以得到一個完成探測的電信號,目標(biāo)方位信息提取電路就可以從開關(guān)控制電路高電平所對應(yīng)的輸出端獲取目標(biāo)的方位信息。將該信息輸送給定向引爆系統(tǒng)即可完成定向探測任務(wù)。這種定向探測方法只能把探測角度范圍限定在90°角以內(nèi),探測精度不高。

      對于光學(xué)近炸引信的定向探測。日本1992年1月17日發(fā)表在“公開特許公報(bào)”上的前島德之和齊藤修的專利“近炸引信制御裝置”便提出了一種簡單的定向探測方法及其信號處理電路。它利用的是配用在空-空導(dǎo)彈上的激光引信,采用單“極”發(fā)射,多“極”固定對應(yīng)接收反射信號的探測模式。其基本原理是以導(dǎo)彈的彈軸為中心向周圍空間方向分成四個象限,在每象限激光發(fā)射器發(fā)出一定方向和發(fā)散角的半導(dǎo)體激光對導(dǎo)彈前方進(jìn)行掃視,一旦遇到目標(biāo),就會有漫反射光返回。裝置中的光學(xué)接收器把檢測到的漫反射信號送入后級的信號比較器陣列,由于目標(biāo)所處的象限不同必然導(dǎo)致信號比較器的輸出波形大相迥異。根據(jù)目標(biāo)存在象限信號的關(guān)系來判定目標(biāo)所處的具體象限,借此來實(shí)現(xiàn)定向探測功能,然后目標(biāo)方位信號輸入起爆電路控制戰(zhàn)斗部自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)最佳炸點(diǎn)。這種裝置具有很多優(yōu)點(diǎn),比如它可以大大縮短作用時間,可以減少電能消耗,最主要的是它排除了追尾攻擊時發(fā)生誤動作的可能性。因此這種裝置在定向探測和定向起爆方面具有先進(jìn)性,但是這種激光體制的近炸引信其目標(biāo)方位探測精度僅達(dá)到一個象限的水平,即其覆蓋范圍只在90°內(nèi)。這種途徑為我們提供了一種切實(shí)可行的思路——幾何定位的探測方法。

      隨著數(shù)字信號技術(shù)中碼分技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了運(yùn)用收發(fā)分開的天線陣列與碼分技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成的可識別目標(biāo)方位的引信探測方法。方案中,天線陣列繞圓周均勻分布于表面,發(fā)射天線T1、T2和接收天線R1、R2分別對稱排列。每兩相鄰天線在彈體上間隔90°。工作原理為:振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號經(jīng)功分器分成四路,其中兩路經(jīng)由偽碼I、偽碼II通過調(diào)相器進(jìn)行調(diào)相(o/π調(diào)相),調(diào)制后的兩路信號分別由天線T1、T2輻射出去。一旦有目標(biāo)出現(xiàn),則產(chǎn)生目標(biāo)回波信號,經(jīng)天線R1或R2接收后,與功分器耦合過來的本振信號相混,混頻后的信號經(jīng)與偽碼I、偽碼II進(jìn)行多路相關(guān)處理、濾波檢測等處理后被送至綜合信息處理與控制單元,通過對檢測到的信號參數(shù)進(jìn)行特征提取,比較相關(guān)信息處理支路的信號相對大小關(guān)系,根據(jù)各接收天線的相關(guān)通道信號的有無來識別目標(biāo)相對于引信的方位。此方案方位識別區(qū)域劃分多,抗干擾能力強(qiáng),可用于引戰(zhàn)配合的有效信息量大,不僅可獲得目標(biāo)方位信息,而且檢測信號較大的相關(guān)通道可獲得距離、速度、尾追/迎擊等方面的信息,以便獲得良好的引戰(zhàn)配合效能,同時方案中采用的關(guān)鍵技術(shù)大多是較成熟的技術(shù)。

      以上幾種不同體制的近炸引信定向探測方法中,它們的目標(biāo)方位探測精度不夠理想,僅達(dá)到把目標(biāo)區(qū)域確定在一個象限范圍內(nèi)的水平上。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:實(shí)現(xiàn)彈載引信近距離探測目標(biāo)的功能,同時對目標(biāo)方位進(jìn)行識別。

      為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種電容定向探測電路,其特征在于,包括一個發(fā)射電極、三個接收電極、電源模塊、振蕩電路及檢波電路,發(fā)射電極固定在彈頭的軸心位置,三個接收電極布置于彈頭側(cè)面,且繞彈頭軸線呈120°均勻分布,由電源模塊為振蕩電路及檢波電路提供工作電壓,振蕩電路產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定的高振幅的正弦波信號加給發(fā)射電極,從而在三個接收電極上產(chǎn)生頻率不變且幅度衰減的正弦波信號,檢波電路包括三個檢波器,三個檢波器分別對三個接收電極上產(chǎn)生的正弦波信號進(jìn)行檢測,得到三路檢波電壓,導(dǎo)彈遇目標(biāo)時,依據(jù)三個接收電極與目標(biāo)之間的距離遠(yuǎn)近產(chǎn)生三個不同的檢波電壓變化量,將三個檢波電壓變化量送信號處理電路進(jìn)行識別即可對目標(biāo)進(jìn)行定向識別。

      優(yōu)選地,所述電源模塊包括輸入電源及與輸入電源相連的穩(wěn)壓電路。

      優(yōu)選地,所述振蕩電路包括電流跟隨器及LC振蕩電路,所述電源模塊的輸出經(jīng)由電流跟隨器連接LC振蕩電路的輸入,LC振蕩電路的輸出連接所述發(fā)射電極。

      優(yōu)選地,所述電流跟隨器包括三極管V1,三極管V1的集電極與基極之間形成輸出,三極管V1的輸出連接所述LC振蕩電路的輸入,三極管V1的發(fā)射極經(jīng)由電容C3連接所述電源模塊的輸出,三極管V1的發(fā)射極經(jīng)由電阻R1接地,在三極管V1的基極與發(fā)射極之間跨接電容C4。

      優(yōu)選地,所述LC振蕩電路包括電感L,電容C5與電阻R2串聯(lián)后并聯(lián)在電感L兩端,所述三極管V1的輸出連接在電阻R2的兩端。

      優(yōu)選地,所述檢波器采用電壓跟隨器。

      優(yōu)選地,所述電壓跟隨器包括三極管,三極管的集電極經(jīng)由電阻一連接所述電源模塊的輸出,三極管的基極連接三個所述接收電極中任意一個接收電極的輸出,三極管的基極經(jīng)由電阻二接地,三極管的發(fā)射極形成一路所述檢波電壓,三極管的發(fā)射極經(jīng)由電容接地,在三極管的基極與發(fā)射極之間跨接二極管,二極管的陰極連接三極管的基極,二極管的陽極連接三極管的發(fā)射極。

      本發(fā)明設(shè)計(jì)的電容探測電路,能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的探測及方位的識別,主要用于對付裝甲、飛機(jī)等導(dǎo)體目標(biāo),技術(shù)特征如下:

      1)在空間中放置多個探測電極組,以目標(biāo)與各個電極間的距離不同,所導(dǎo)致的檢波電壓變化量的差異來推知目標(biāo)方位。

      2)接收電極采用所設(shè)計(jì)的多(三個)接收電極陣列形式,用分立的三路檢波器進(jìn)行檢波。

      本發(fā)明提供的電容近感引信由于工作于準(zhǔn)靜電場,其有定距精度高、抗電磁干擾好和抗隱身等特點(diǎn),它可以配用在炸高要求2m左右以下的任何彈種,且特別適合用于強(qiáng)電磁干擾的野戰(zhàn)環(huán)境下的彈種。

      附圖說明

      圖1為本發(fā)明的原理圖;

      圖2為本發(fā)明的具體電路圖。

      具體實(shí)施方式

      下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解,在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改,這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

      本發(fā)明實(shí)現(xiàn)定向探測的設(shè)計(jì)思想為:

      電容近炸引信探測方向性具有各向同性的特征。要使它具有進(jìn)行目標(biāo)定向識別的能力,其中一種方法是對電極的結(jié)構(gòu)及分布方式進(jìn)行改造。經(jīng)過資料調(diào)研和分析研究,本發(fā)明提出多接收電極陣列探測的方案。即采用一個發(fā)射電極,將它固定于彈頭的軸心位置,而在彈的側(cè)面按一定角度φ對稱分布幾個接收電極。在彈目接近過程中,由于每個接收電極與目標(biāo)的實(shí)際距離必然是不同的,雖然他們與被探測目標(biāo)間的距離差異不是很大,但由于它們所處的該靜電場的場點(diǎn)不同,對電場產(chǎn)生的擾動的接收程度有明顯不同。再根據(jù)電容近炸引信基本原理,各接收電極和目標(biāo)間產(chǎn)生的電容變化并不相同,從而各自的檢波電壓輸出也不相同。如果對每個接收電極所獲得的遇目標(biāo)信號進(jìn)行單獨(dú)檢波,再由處理系統(tǒng)按所建立的判定準(zhǔn)則進(jìn)行方位識別,就可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定向探測。在實(shí)際情況中,為了保證探測靈敏度,接收電極的有效面積和形狀以及發(fā)射電極和接收電極間距的具體數(shù)值都要視所配彈頭情況而定。

      具體接收電極的數(shù)量n該取多少,下面將討論。假設(shè)n=2,此時兩個接收電極典型位置是間隔180°對稱于導(dǎo)彈的軸線設(shè)置,那么當(dāng)目標(biāo)以同樣角度分別位于兩個接收電極連線的左右兩側(cè)面時,它們所對應(yīng)的檢波電路接收到的導(dǎo)彈目標(biāo)接近的遇目標(biāo)信號并沒有什么區(qū)別。因而取兩個接收電極只能區(qū)分目標(biāo)處于兩電極連線的垂直平分線所分成的兩個半?yún)^(qū),而不能區(qū)分目標(biāo)究竟處于兩電極連線的左半?yún)^(qū)還是右半?yún)^(qū)。顯然,使該引信實(shí)現(xiàn)定向目標(biāo)探測的電極陣列配置的必要條件是n≥3。因?yàn)閚個接收電極中每兩個接收電極就可以判斷目標(biāo)在某一個半?yún)^(qū),那么就可以得到個方位信息,通過計(jì)算就可以得出目標(biāo)處于彈側(cè)的某一個扇區(qū)。假設(shè)n取大于或等于4的值時,接收電極的間距變小,所產(chǎn)生的檢波電壓信號差別可能不是很大,加上技術(shù)條件的限制,各電極的探測靈敏度和檢波靈敏度不可能做得完全一樣,造成檢波電壓存在誤差,反而不利于信號處理電路的區(qū)分,同時還必需相應(yīng)地增大檢波電路和信號處理電路的個數(shù),造成電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜化,也不利于信號處理系統(tǒng)的實(shí)時性,在硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)上都增加了不少難度。鑒于以上問題和現(xiàn)有的技術(shù)條件,初步設(shè)計(jì)為n取3,三個接收電極繞導(dǎo)彈軸線呈120°均勻分布,發(fā)射電極和接收電極不在同一平面內(nèi),發(fā)射電極仍安裝在彈頭的軸心位置,接收電極分布于彈頭的側(cè)面,有利于對側(cè)面目標(biāo)的識別。

      為了說明該電極陣列可以有效地實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的定向探測,假定目標(biāo)的物理場特性和幾何特性均嚴(yán)格對稱于其方位的中心線。下面以目標(biāo)以一般普通的方式從側(cè)面接近的情況來論述。目標(biāo)處于φ角(φ≤60°)方位時(由前述可知,探測方位可被分為6個60°的方位),電極距目標(biāo)的距離分別為R1、R2、R3,其中條件關(guān)系滿足R1<R2<R3,因?yàn)殪o電場場強(qiáng)按r3規(guī)律衰減,所以探測電極與目標(biāo)之間的距離越近則電容的變化率越大,所以就有Δu1>Δu2>Δu3,Δu1、Δu2、Δu3分別為通過三個接收電極檢測到的電壓變化率,這樣目標(biāo)就會被識別到一個60°的方位內(nèi)。

      本發(fā)明提供的一種電容定向探測電路的原理框圖如圖1所示。它由電源、穩(wěn)壓電路、振蕩電路、探測電極陣列(包括發(fā)射電極A、接收電極B1、接收電極B2、接收電極B3)和檢波電路(包括三路檢波器)五部分組成。本發(fā)明的基本原理是:輸入電源通過穩(wěn)壓電路為振蕩電路及檢波電路提高工作電壓。振蕩電路產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定的高振幅(滿足靈敏度的要求)的正弦波信號加給發(fā)射電極A,經(jīng)發(fā)射電極A與各接收電極間的固有電容與各接收電極與彈體間的固有電容的分壓耦合,在接收電極B1、接收電極B2、接收電極B3上均產(chǎn)生一個頻率不變而幅度大大衰減了的正弦波信號。接收電極B1、接收電極B2、接收電極B3產(chǎn)生的三路正弦波信號分別經(jīng)三路檢波器進(jìn)行檢波,輸出三路穩(wěn)定的檢波電壓U1、U2、U3。導(dǎo)彈遇目標(biāo)時,依據(jù)接收電極B1、接收電極B2、接收電極B3離目標(biāo)距離的遠(yuǎn)近產(chǎn)生不同的檢波電壓變化量Δu1、Δu2、Δu3,Δu1、Δu2、Δu3即為一簇檢波輸出的遇目標(biāo)信號,該遇目標(biāo)信號送信號處理電路進(jìn)行識別即可完成遇目標(biāo)時的目標(biāo)定向識別功能。

      如圖2所示,為上述電容定向探測電路的具體電路圖,其中:

      穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓器78L24,在其輸入端Vin及輸出端Vout分別加上濾波電容C1、C2。

      振蕩電路包括電流跟隨器及LC振蕩電路。電流跟隨器包括三極管V1,三極管V1的集電極與基極之間形成輸出,三極管V1的輸出連接LC振蕩電路的輸入,三極管V1的發(fā)射極經(jīng)由電容C3連接穩(wěn)壓器78L24的輸出端Vout,三極管V1的發(fā)射極經(jīng)由電阻R1接地,在三極管V1的基極與發(fā)射極之間跨接電容C4。LC振蕩電路包括電感L,電容C5與電阻R2串聯(lián)后并聯(lián)在電感L兩端,三極管V1的輸出連接在電阻R2的兩端。

      三路檢波器均采用電壓跟隨器,以與接收電極B1相連的電壓跟隨器為例,包括三極管V2,三極管V2的集電極經(jīng)由電阻R3連接穩(wěn)壓器78L24的輸出端Vout,三極管V2的基極連接三個接收電極B1的輸出,三極管V2的基極經(jīng)由電阻R6接地,三極管V2的發(fā)射極形成一路檢波電壓U1,三極管V2的發(fā)射極經(jīng)由電容C6接地,在三極管V2的基極與發(fā)射極之間跨接二極管D1,二極管D1的陰極連接三極管V2的基極,二極管D2的陽極連接三極管V2的發(fā)射極。

      與接收電極B2相連的電壓跟隨器包括三極管V3、電阻R4、二極管D2、電阻R7、電容C7。與接收電極B3相連的電壓跟隨器包括三極管V4、電阻R5、二極管D3、電阻R8、電容C8。各元器件之間的連接關(guān)系同上。

      本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):

      1)當(dāng)輸入為30V左右小擾動信號,穩(wěn)壓電路輸出約為24V穩(wěn)壓信號,并且其響應(yīng)速度快。

      2)當(dāng)輸入為24V直流穩(wěn)壓信號,振蕩器電路輸出為在24V上疊加一個約160V2.38MHz的振蕩信號。其振幅大,頻率高,輸出穩(wěn)定。

      3)當(dāng)輸入為振蕩器輸出信號,檢波電路輸出約為24V直流信號。其檢波效率高,輸出穩(wěn)定。

      4)探測電路與檢波電路,兩電路間接入一模擬耦合的電容器,取其值為0.38pF。當(dāng)輸入約為24V直流,輸出為直流檢波電壓。

      5)探測器電路,可在系統(tǒng)啟動后0.7ms進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。該電路能夠把不同電極上耦合的等效電容量以檢波電壓的形式表示出來,且等效電容量與檢波電壓滿足線性關(guān)系,故檢波電壓包含有目標(biāo)方位信息。

      以上結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)探測器電路滿足設(shè)計(jì)要求,電路有效可行,能夠完成探測目標(biāo)方位的目的。

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