探测光幕的高速弹丸红外辐射信号获取研究

为了解决光电探测靶在低照度环境下不能工作的问题,提出采用红外探测技术改善其低照度探测性能。利用普朗克定律,分析高速弹丸作用于探测光幕的红外辐射特性;结合探测光幕,分析高速弹丸穿越光幕的红外辐射通亮的变化;利用红外探测器的响应率,建立红外电压信号输出模型,设计红外探测放大电路与数据采集电路,通过实验,飞行弹丸穿越光幕瞬间,探测系统输出的信号明显,在小口径弹作用下,输出幅值可达1V。     

立靶光幕探测性能分析与弹丸信息提取研究

交汇立靶测量系统可以实现飞行弹丸的速度、着靶坐标测量,是靶场测试中不可缺少的测龟装置,然而,由于交汇立靶中的倾斜光幕存在,致使飞行弹丸在穿越光幕过程中的输出信息不一致,影响了测量精度;基于立靶测最系统原理,分析了立靶光幕的光学探测性能;从光学探测方面,研究与分析光幕幕厚、作用距离与光电探测输出信息的关系,并根据交汇光幕布阵的几何特点,提出采用相关算法对飞行弹丸穿越光幕信号的时刻提取,减少光幕幕厚不一致产生的计时误差,提高系统测量精度.     

光幕测速法中微弱光信号的分析与检测

构建了弹丸通过光幕的几何模型,提出了用于检测微弱光信号的边沿提取法,设计了由预处理电路、级联滤波放大电路和整流电路三部分组成的模拟电路,通过滤波的方式可有效滤除自然光和蚊虫噪声的干扰,实现微弱信号提取。该方法还可有效克服弹丸属性对测量的影响,增强检测系统的适应性。仿真实验表明,电路可以有效提取放大微弱的光信号,信噪比达到20 dB以上,满足探测的要求。     

基于光幕触发CCD交汇连发弹丸坐标处理方法研究

针对CCD线阵交汇系统中测试弹丸连发坐标时以最大帧频连续拍摄,数据量过大而导致处理时间过长的问题,提出一种基于基于激光光幕触发的多峰值检测和自适应阈值弹丸检测的快速检测连发弹丸坐标方法。采用90°的“一”字线型半导体激光器配合原向反射屏形成光电探测靶面,光电转换模块将弹丸过靶时引起的光通量变化转换成电信号产生过靶信号,处理数据时先使用多峰值检测算法,根据获得的过靶信号波形计算出所有弹丸的过靶时刻和对应图像位置信息,并将该幅图像和临近两幅图像拼接成一幅组合图像作为该发弹丸的过靶图像,再使用基于自适应阈值的弹丸检测算法对其进行弹丸目标检测得到弹丸坐标。当该图像检测出多个像素坐标时,使用像素坐标剔除算法进行处理得到准确坐标。最后进行了4组对照试验,在得到正确连发坐标的前提下分别统计本文方法与传统方法的处理时间。结果表明与处理所有图像的传统方法相比,本文提出的方法在保证连发弹丸坐标正确率的前提下,提高了处理速度。     

基于FPGA与STM32的光幕靶校验仪

光幕靶是一种能够对弹丸飞行速度测量的仪器,对光幕靶进行检定与校准是保证其测试数据准确、可靠的必备工作,针对现阶段有关光幕靶校验测试设备中存在操作繁琐复杂、造价高、专用性不强、测量效率低等问题,设计了基于FPGA与STM32的便携式光幕靶校验仪;提出了光幕靶校验仪的总体方案,分析和设计同步检定与异步校准信号,介绍了DDS技术的原理;设计了FPGA、STM32、DA模块硬件电路与光电夹具、串口触摸屏、电池模组,完成了对应芯片与所用器件的选型;在LabVIEW平台完成对FPGA的开发,利用FPGA采用DDS技术通过DA模块实现触发信号的生成,STM32完成数据处理与数据传输,使用串口触摸屏实现人机交互功能,最终由光电夹具输出信号;实验结果表明：该光幕靶校验仪输出信号同步时间一致性误差在330 ns～370 ns之间,异步延时精确度在±0.1 μs以内,具有误差小、精度高、便携轻量等特点,满足光幕靶快速校验的应用需求,为提高光幕靶的装调精度提供技术保证。     

CMOS脉搏血氧采集传感器信号处理电路设计

针对脉搏波信号幅度小噪声大等问题,提出并设计了一款基于CMOS的脉搏血氧采集传感器信号处理电路.采用UMC 0.18 μm 1P6M CMOS工艺进行设计,提出一种能有效放大微弱信号、减小噪声且滤除高频信号的信号处理电路,从而使信号达到模数转换的输入范围.芯片测试结果表明:该芯片在1.8V单电源的供电下,输出动态范围为0.7V~1.4V,芯片的可变增益范围为30 dB~54 dB,共模抑制比和电源抑制比均大于88 dB,芯片的总体功耗为360 μW,达到了预期的效果.     

反射式大面积光幕测速装置研究

介绍了一种基于反射式的大面积光幕测速装置,靶面的横向距离可达6000mm,避免了现有弹丸测速区截装置测试区域小、安全距离近、容易损坏测速装置等缺点。该装置由激光光学系统、回归式反光材料（反光膜）及其固定支架、反射镜、光电探测器与处理电路组成。将激光光源投射到另一端的反光膜上,形成光幕探测区,当弹丸或破片穿过光幕时,引起光通量变化,通过测时仪或数据采集系统即可获得过靶速度。用7．62mm枪弹经与高精度的框架式800mm×800mm的光幕靶进行了比对试验,结果满足测量精度要求。试验证明：该装置具有靶面大、精度高、使用维护方便,成本低等显著优点,不仅能进行常规的弹丸速度测试,同时,也适用于破片、弹幕武器等的速度测量。     

弹丸过靶时间提取的算法研究

针对测速系统中弹丸过靶时间提取算法影响测试精度的问题.在介绍激光光幕测速系统的基础上,讨论了弹丸过靶时间提取的斜率计时法、峰值一半计时法、手动计时法等.分析了过靶波形基础上,提出了计算弹丸过靶时间的相关算法,经论证相关算法方法较常规方法计算更加准确.并且可以提高测试系统的抗干扰能力.     

弱信号锁相放大CD552-R3电路

锁相放大电路是微弱信号检测的重要方法.基于CD552-R3相敏检波芯片设计了一种锁相放大电路,应用于大背景噪声下微弱信号的检测.采用信号发生器产生的标准信号和染噪信号,对该锁相放大电路进行了鉴幅和鉴相性能测试,并在不同强度噪声下对弱信号进行检测.测试结果表明:研制的锁相放大电路输出线性度高于0.9999,具有良好的鉴幅和鉴相特性,能将信噪比为-36 dB的毫伏级信号提取出来,可用于大背景噪声下微弱信号的检测.     

天幕靶灵敏度自适应控制技术研究

为了解决天幕靶的探测灵敏度受外界环境光变化影响引起探测性能不稳定的问题,提出了一种基于天空亮度自适应调节的天幕靶灵敏度稳定的方法。对天幕靶的探测灵敏度模型进行了分析,确定了天空背景亮度、噪声和弹丸口径和速度等为主要影响因素;通过控制光通量、改变偏置电阻以及调整电路增益等手段,有效地实现了灵敏度自适应稳定的要求。经实弹试验验证,天幕靶输出信号的幅值波动范围减小为原来的35%,实现了天幕靶适应性强且灵敏度稳定的要求。     

基于压电传感器的零点漂移改善电路的研究

针对弹药发射及侵彻过程中高速大量程冲击信号的测量需求,设计了一种基于电荷传感器的高冲击弹载侵彻加速度测量电路,解决了常规弹载记录仪在侵彻过程中压电传感器因高过载而产生的严重信号值零点漂移的现象;通过对压电传感器的零点漂移现象的机理分析以及推导电荷转换等效电路中零点漂移电压的相关表达式,提出在前端采集的调理电路中用晶体管与运算放大器搭建了加推挽电流放大级的电荷放大器的方案,增强电路驱动能力,加快压电传感器放电速度;改善电路可替代例如小波分析等事后处理数据消除零点漂移的算法,在信号源头处解决零点漂移现象,并且实现在FPGA中搭建FIR滤波器对信号进行滤波,去除机械结构共振与传感器安装谐振造成的信号失真现象,满足测量常规弹药侵彻过程高过载连续动态特性的实时性测量,对研究这类工程问题的人员实现对测量电路改进具有指导意义。     

基于脉冲位置幅度调制的距离速度同时测量

针对传统波形方法在多普勒激光雷达测量目标距离和速度的应用中不能同时获得高测量精度的问题,提出一种使用位置和幅度同时调制的测量信号波形,以解决距离和速度测量精度之间的矛盾,同时使两个参数测量之间相互独立,并分析了该方法应用于智能驾驶道路环境中目标距离和速度测量的可行性。首先,讨论典型调制方法在同时测量目标距离和速度方面存在的困难,在此基础上,设计一种位置和幅度同时调制发射信号波形的解决方法,结合在线光纤放大器的放大特性给出该方法的物理可实现性;然后,讨论使用位置和幅度调制方法的激光雷达输出外差信号的频率计算方法以及激光雷达接收机输出回波信号的数据累加方法,从而分别测量出目标的速度和距离;最后,在道路移动目标可生成的多普勒频率范围内,通过仿真验证该方法的测量可行性以及两测量参数之间的独立性,并分析测量精度。仿真实验结果表明,位置和幅度同时调制的方法在激光雷达接收机输出信号的信噪比（SNR）低于0 dB时,可以有效测量目标的距离和速度,且这两个待测参数的测量过程完全独立。     

战斗部破片光电测速系统设计

战斗部破片的飞行速度是体现其性能指标的重要参数。针对目前在战斗部破片速度参数测试中存在对测试环境要求高,测试面积小,设备结构易被破片误击而损坏,成本昂贵等问题,设计了非接触式战斗部破片光电测速系统,包含原向反射膜,反射式光电探测装置,光电转换电路,信号处理电路及测速装置;阐述了系统结构组成和测速原理,通过反射式光电探测装置与光电转换电路,将得到的光信号转换为电信号,利用集成信号处理电路对电信号滤波放大,比较整形处理,由FPGA,STM32及其他外设组成的测速装置自动处理数据输出并显示战斗部破片的飞行速度结果;实验结果表明：该系统能够可靠,稳定地完成战斗部破片速度的测量任务;与传统测速系统相比,具有不受限于环境,测试区域大,易维护,低成本,操作简单等优势。     

压电传感器信号调理及输出芯片设计

为了提高压电传感器测量系统的集成度,采用1μm高压双极—互补金属氧化物半导体—双重扩散金属氧化物半导体(BCD)工艺,设计了一种适用于压电传感器的信号调理及输出芯片.集成了电压放大型阻抗变换电路、可调增益放大电路、二线制电流输出电路.仿真结果表明:芯片具有输入阻抗高,单位增益带宽大,总增益可调范围广等特点,在12~24 V宽供电范围下可正常工作,耗电仅为3.1 mA.     

高性能朗缪尔探针测量仪的研制

简要介绍了朗缪尔探针测量仪的系统构成和工作原理,给出了信号发生及采集处理系统的电路设计.通过选用精密低噪声的仪用放大器并组合适当大小、适宜材料的电阻和电容构建模拟链路,以及贯穿于整个模拟链路的滤波电路设计,保证了低噪声采集电路的实现.采用高边检流和浮地方法,解决了单探针测量接地误差问题.设计有8×7个不同的电流采样量程,电压电流信号同步采样,可实现10nA～50 mA动态微弱信号的精确测量.     

基于CMOS工艺的自动增益控制电路研究

在无线接收机中,天线接收的信号强度往往变化很大,自动增益控制环路(automatic gain control,AGC)根据这个信号强度来动态调节控制放大器的增益,向后级基带电路(如ADC)提供幅度恒定的信号,使得接受到的不同强度信号均能被正确接收和解调;为了达到通过识别接收机接收信号的强度动态调节放大器的增益,以实现输出信号幅度恒定的目的,文章基于TSMC90nm CMOS工艺着重论述了针对70 MHz中频信号的AGC电路设计过程,详细设计了AGC各模块电路,并从提高线性度、降低直流失调和提高稳定性等方面对电路进行了优化,主要介绍AGC芯片的版图设计并进行了后仿,给出了整个AGC系统的工作特性和各项指标;在电路设计过程中,针对线性度、输出信号幅度、增益控制范围等进行改进与优化,得到符合设计指标的电路结构;最后对AGC环路的性能进行仿真验证,得到该AGC在满足输出信号幅度和线性度的基础上达到了30 dB的动态范围,满足了接收机系统的要求。     

一种适用于微弱传感信号检测的锁相放大电路

针对复杂噪声环境中有效提取出微弱传感信号的问题,设计了一种实用的锁相放大器电路。该设计通过产生两路正交的矢量参考信号与经低噪声放大和带通滤波后的被测信号相乘实现信号相位差检测,经过低通滤波和均方根计算等实现对微弱信号的提取。该设计采用了一种基于变换的方波乘法器,实现了动态范围宽、直流漂移小、线性度高的乘法运算,进一步提高提取信号的精度。测试结果表明,该设计不但提取的信号精度高,而且电路结构简单,对元件一致性要求低,克服了普通放大器需要被预知被测信号和参考信号相差的问题。     

被动FTIR遥感技术的微弱信号调理电路设计

微弱信号调理电路设计的好坏直接影响到被动傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)的探测精度。基于HgCdTe光电导型红外探测器接受干涉光后输出的微弱电信号来设计前置检测电路和放大电路,该电路具有高增益、高信噪比、相位补偿功能,有效降低了噪声和温漂以及大的动态输入范围等特性。红外探测器将干涉红外光转换为10-8mA数量级的微弱电信号,在此输入条件下对信号调理电路进行实测,试验结果表明,该电路测量精度高,具有较好的稳定性,且结构简单易实现,可以在光谱仪应用中验证其正确性和可行性。