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一種抗高重頻干擾的激光編碼系統(tǒng)及方法

閱讀：815發(fā)布：2024-02-23

專利匯可以提供一種抗高重頻干擾的激光編碼系統(tǒng)及方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及一種抗高重頻干擾的激光編碼方法，通過(guò)對(duì)高重頻激光有源干擾對(duì)激光半主動(dòng)尋的制導(dǎo)的威脅，針對(duì)產(chǎn)生納秒級(jí)脈寬可調(diào) 激光器 ，提出一種使用電光 開關(guān) 直接削波實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和脈沖幅值的編碼，同時(shí)采用 正交 的KTP晶體來(lái)補(bǔ)償靜態(tài)雙折射產(chǎn)生的 相位 差，并且采用普克爾盒電源同步控制減少延遲和誤差，將激光編碼脈寬編碼與脈沖幅值調(diào)制相結(jié)合，形成一種既能對(duì)抗激光 角 度欺騙式干擾又能對(duì)抗高重頻激光干擾的PAWM編碼，同時(shí)在導(dǎo)引頭上對(duì)抗高重頻激光干擾的方法做出改進(jìn)，形成一種新型的激光編碼系統(tǒng)，該系統(tǒng)適合用于 跟蹤 、制導(dǎo)、 定位 、 準(zhǔn)直 、光通信APT技術(shù)、光電對(duì)抗等方面。，下面是一種抗高重頻干擾的激光編碼系統(tǒng)及方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種抗高重頻干擾的激光編碼系統(tǒng)，其特征在于，在激光目標(biāo)指示器預(yù)置納秒級(jí)脈寬可調(diào)激光器進(jìn)行PAWM編碼；在導(dǎo)引頭信號(hào)處理部分采用計(jì)數(shù)波門、選通波門，含有高重頻干擾信號(hào)的制導(dǎo)信號(hào)通過(guò)選通波門和計(jì)數(shù)波門，通過(guò)計(jì)數(shù)波門進(jìn)行高重頻周期測(cè)定，獲取反向高重頻同步信號(hào)，控制高頻電子開關(guān)對(duì)經(jīng)過(guò)選通波門的制導(dǎo)信號(hào)輸出控制信號(hào)，計(jì)數(shù)波門根據(jù)時(shí)刻記錄測(cè)量高重頻干擾信號(hào)的周期，根據(jù)高重頻干擾信號(hào)周期在計(jì)數(shù)波門內(nèi)確定反向高重頻信號(hào)的起始點(diǎn)，以起始點(diǎn)作為同步點(diǎn)發(fā)出與高重頻信號(hào)完全反向的周期信號(hào)，再以此周期信號(hào)控制一個(gè)高重頻電子開關(guān)，消除復(fù)合信號(hào)中的高重頻干擾信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光目標(biāo)指示器進(jìn)行PAWM編碼具體為：電光開關(guān)削波實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和脈沖幅度的編碼，正交的磷酸氧鈦鉀KTP晶體補(bǔ)償靜態(tài)雙折射產(chǎn)生的相位差，普克爾盒電源同步控制減少延遲和誤差，產(chǎn)生穩(wěn)定可調(diào)的脈沖寬度和脈沖幅值，激光編碼器調(diào)制脈沖寬度與脈沖幅值，形成PAWM編碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，納秒級(jí)脈寬可調(diào)激光器采用如下三種方式之一實(shí)現(xiàn)脈沖寬度編碼：(1)利用布里淵散射SBS的染料調(diào)Q技術(shù)，實(shí)現(xiàn)脈沖寬度連續(xù)可調(diào)；(2)采用電光晶體光閘對(duì)前級(jí)驅(qū)動(dòng)器輸出的激光脈沖切割削波獲得任意整形的激光脈沖；(3)采用電光開關(guān)直接對(duì)單激光器輸出脈沖削波。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)KTP晶體的有效電光系數(shù)γcl制成電光開關(guān)，兩塊相同的KTP晶體正交放置，實(shí)現(xiàn)晶體的靜態(tài)雙折射補(bǔ)償，并對(duì)調(diào)Q脈沖進(jìn)行削波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，調(diào)用公式：T＝(tn-t1)/((n-1)/m)獲取高重頻信號(hào)的周期，其中，m為高重頻干擾源數(shù)，計(jì)數(shù)波門內(nèi)的第一個(gè)信號(hào)的時(shí)間為t1，最后一個(gè)信號(hào)的時(shí)間為tn，采樣脈沖個(gè)數(shù)為n，周期為T。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，尋找反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)具體為：選取計(jì)數(shù)波門內(nèi)的第一個(gè)脈沖信號(hào)作為反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)。
7.一種抗高重頻干擾的激光編碼方法，其特征在于，在激光目標(biāo)指示器預(yù)置納秒級(jí)脈寬可調(diào)激光器進(jìn)行PAWM編碼；在導(dǎo)引頭信號(hào)處理部分采用計(jì)數(shù)波門、選通波門，含有高重頻干擾信號(hào)的制導(dǎo)信號(hào)通過(guò)選通波門和計(jì)數(shù)波門，通過(guò)計(jì)數(shù)波門進(jìn)行高重頻周期測(cè)定，獲取反向高重頻同步信號(hào)，控制高頻電子開關(guān)對(duì)經(jīng)過(guò)選通波門的制導(dǎo)信號(hào)輸出控制信號(hào)，計(jì)數(shù)波門結(jié)合時(shí)刻記錄測(cè)量高重頻干擾信號(hào)的周期，根據(jù)高重頻干擾信號(hào)周期在計(jì)數(shù)波門內(nèi)確定反向高重頻信號(hào)的起始點(diǎn)，以起始點(diǎn)作為同步點(diǎn)發(fā)出與高重頻信號(hào)完全反向的周期信號(hào)，再以此周期信號(hào)控制一個(gè)高重頻電子開關(guān)，消除復(fù)合信號(hào)中的高重頻干擾信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述PAWM編碼具體為：電光開關(guān)削波實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和脈沖幅度編碼，正交的KTP晶體補(bǔ)償靜態(tài)雙折射產(chǎn)生的相位差，普克爾盒電源同步控制減少延遲和誤差，產(chǎn)生穩(wěn)定可調(diào)的脈沖寬度和脈沖幅值，激光編碼器調(diào)制脈沖寬度與脈沖幅度，形成PAWM編碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，調(diào)用公式：T＝(tn-t1)/((n-1)/m)獲取高重頻信號(hào)的周期，其中，m為高重頻干擾源數(shù)，計(jì)數(shù)波門內(nèi)的第一個(gè)信號(hào)的時(shí)間為t1、最后一個(gè)信號(hào)的時(shí)間為tn，采樣脈沖個(gè)數(shù)為n，周期為T。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，尋找反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)具體為：
選取計(jì)數(shù)波門內(nèi)的第一個(gè)脈沖信號(hào)作為反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)。

說(shuō)明書全文

一種抗高重頻干擾的激光編碼系統(tǒng)及方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及一種編碼方法，尤其是一種激光編碼方法。廣泛應(yīng)用于跟蹤、制導(dǎo)、定位、準(zhǔn)直、光通信、APT技術(shù)、光電對(duì)抗等方面。

背景技術(shù)

[0002] 現(xiàn)有激光半主動(dòng)尋的制導(dǎo)(跟蹤)系統(tǒng)中，采用編碼的激光脈沖作為制導(dǎo)信號(hào)，是激光半主動(dòng)尋的制導(dǎo)(跟蹤)實(shí)現(xiàn)同時(shí)跟蹤多目標(biāo)和提高抗干擾性能的重要手段。
[0003] 激光制導(dǎo)(跟蹤)以激光信號(hào)為指示信息源。從制導(dǎo)方式上可分為主動(dòng)式、半主動(dòng)式和被動(dòng)式，其中，半主動(dòng)較為常用。半主動(dòng)尋的激光制導(dǎo)(跟蹤)系統(tǒng)主要由跟蹤器上的激光導(dǎo)引頭和跟蹤器外的激光目標(biāo)指示器兩部分組成。在制導(dǎo)過(guò)程中，激光目標(biāo)指示器始終瞄準(zhǔn)照射所要跟蹤的目標(biāo)。而導(dǎo)引頭則利用目標(biāo)反射的激光信號(hào)進(jìn)行尋的。當(dāng)跟蹤器距目標(biāo)一定距離時(shí)，指示器開始向目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，導(dǎo)引頭也開始搜索從目標(biāo)反射的激光信號(hào)。導(dǎo)引頭在搜索從目標(biāo)反射的激光信號(hào)的同時(shí)，還要對(duì)其收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)識(shí)別，當(dāng)確認(rèn)其符合自身的制導(dǎo)信號(hào)形式后，就開始進(jìn)入尋的制導(dǎo)階段。整個(gè)制導(dǎo)過(guò)程分慣性制導(dǎo)、目標(biāo)搜索、和尋的制導(dǎo)三個(gè)階段。
[0004] 半主動(dòng)尋的的制導(dǎo)方式，其制導(dǎo)信號(hào)的發(fā)射器(激光目標(biāo)指示器)與接收器(跟蹤器激光導(dǎo)引頭)是相互分離的，制導(dǎo)信號(hào)的脈沖編碼形式是事先約定好的協(xié)議。導(dǎo)引頭對(duì)引導(dǎo)信號(hào)的處理要經(jīng)過(guò)接收-識(shí)別-確認(rèn)這一系列過(guò)程，也正是其這樣特征，使我們對(duì)其實(shí)施有效的有源干擾成為可能。
[0005] 激光調(diào)制是指以激光作為信息載體，通過(guò)對(duì)激光的物理特性如激光能量、脈沖寬度、重復(fù)頻率、脈沖間隔、脈沖幅值、波長(zhǎng)及相位等參量進(jìn)行調(diào)制，使激光攜帶盡可能多的信息。激光編碼是指對(duì)激光目標(biāo)指示器發(fā)射的激光脈沖物理特性進(jìn)行調(diào)制。
[0006] 激光編碼目的：一是解決在同一時(shí)刻多個(gè)跟蹤器同時(shí)跟蹤不同目標(biāo)時(shí)不致引起混亂；二是解決在同一時(shí)刻同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)多個(gè)激光目標(biāo)指示器互相干擾的問(wèn)題；三是對(duì)抗激光有源干擾。
[0007] 激光目標(biāo)指示器向目標(biāo)發(fā)射的是經(jīng)過(guò)編碼的激光脈沖，導(dǎo)引頭只有在接收到發(fā)射前預(yù)置的指定激光編碼后才認(rèn)為是捕獲了目標(biāo)。采用編碼，可以避免“重復(fù)跟蹤”提高抗主動(dòng)干擾能力。編碼的激光脈沖重復(fù)頻率應(yīng)適當(dāng)?shù)馗咭允箤?dǎo)引頭有足夠的數(shù)據(jù)率。分析表明對(duì)于固定的目標(biāo)，重復(fù)頻率5脈沖/s即可，對(duì)活動(dòng)目標(biāo)則應(yīng)在10脈沖/s以上，但在20脈沖/s以上作用已不明顯，而激光器的體積與重量將大為增加，所以通常在10-20脈沖/s之內(nèi)，及激光目標(biāo)指示器的工作重復(fù)頻率在10-20Hz。
[0008] 當(dāng)前可有效地對(duì)抗激光半主動(dòng)尋的制導(dǎo)的有源干擾技術(shù)主要有兩種：激光角度欺騙式干擾和高重頻激光干擾。激光角度欺騙式干擾需要識(shí)別出激光編碼的最小編碼周期，其干擾機(jī)理是識(shí)別和復(fù)制激光編碼信號(hào)，將同步或超前同步的激光干擾信號(hào)照射到假目標(biāo)上，致使導(dǎo)引頭無(wú)法區(qū)分制導(dǎo)信號(hào)與干擾信號(hào)，而實(shí)現(xiàn)干擾目的；高重頻激光干擾通常不需識(shí)別激光編碼信號(hào)的特征，其干擾機(jī)理是采用高重頻激光脈沖直接照射導(dǎo)引頭，使干擾信號(hào)先于制導(dǎo)信號(hào)進(jìn)入波門之內(nèi)，致使導(dǎo)引頭無(wú)法區(qū)分制導(dǎo)信號(hào)和干擾信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)干擾目的。
[0009] 激光半主動(dòng)制導(dǎo)(跟蹤)系統(tǒng)，常用來(lái)對(duì)抗激光有源欺騙式干擾的兩種方式：一是對(duì)目標(biāo)指示信號(hào)進(jìn)行編碼，同時(shí)在導(dǎo)引頭設(shè)置相應(yīng)的解碼電路解碼；二是在導(dǎo)引頭的跟蹤系統(tǒng)中設(shè)置脈沖錄取波門。選通波門就是外部信息出入的大門，開啟時(shí)，允許信息錄入，關(guān)閉時(shí)，禁止信息錄入。選通波門位于跟蹤器的信息處理部分。通常這兩種措施被同時(shí)采用。
[0010] 激光半主動(dòng)尋的制導(dǎo)(跟蹤)導(dǎo)引頭由兩個(gè)主要部分組成：位標(biāo)器(探測(cè)器)和電子艙。位標(biāo)器負(fù)責(zé)反射光束的吸收以及光電轉(zhuǎn)換；電子艙負(fù)責(zé)信號(hào)的處理、計(jì)算以及控制指令的形成。脈沖錄取波門的寬度受波門形式、激光頻率抖動(dòng)、跟蹤器導(dǎo)引頭與目標(biāo)距離變化時(shí)激光信號(hào)的延時(shí)差異、指示器與導(dǎo)引頭的時(shí)基誤差等諸多因素的影響不能設(shè)置得過(guò)小。固定型波門寬度通常為數(shù)百微秒，實(shí)時(shí)型波門可以設(shè)置在30～50μs，這使工作頻率僅在幾十赫茲的激光角度式欺騙干擾的干擾效果大大降低。
[0011] 在激光目標(biāo)指示器的預(yù)置編碼方面，現(xiàn)有的脈寬編碼技術(shù)主要是針對(duì)激光脈沖重復(fù)頻率編碼易受干擾的現(xiàn)狀，采用的方案存在普克爾盒削波時(shí)對(duì)光、電脈沖難以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步控制的難點(diǎn)，并且沒有考慮普克爾盒的靜態(tài)雙折射補(bǔ)償。而本發(fā)明的PAWM編碼可對(duì)抗激光誘騙式干擾，也能對(duì)抗激光高重頻干擾，并且采用了普克爾盒電源同步控制方案，解決了光、電脈沖的同步控制問(wèn)題，采用兩塊正交的KTP晶體實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)雙折射補(bǔ)償問(wèn)題。
[0012] 在激光導(dǎo)引頭(跟蹤器)抗干擾方面，普遍采用兩種對(duì)抗方案，這兩種方案均存在一定的缺點(diǎn)。方案一在尋找激光高重頻干擾信號(hào)的周期時(shí)，僅用5個(gè)脈沖討論就，6個(gè)及6個(gè)以上的隨機(jī)脈沖的情況均可以歸類于5個(gè)隨機(jī)脈沖時(shí)的三類情況；高重頻干擾脈沖的周期低至十幾微秒，甚至幾微秒，按方案一的情況，制導(dǎo)信號(hào)與干擾信號(hào)的脈沖之間的周期更小，所以不能夠準(zhǔn)確測(cè)量高重頻脈沖周期。方案二采用取樣波門內(nèi)信號(hào)與波門信號(hào)對(duì)比的方法來(lái)消除高重頻時(shí)，需要一個(gè)一個(gè)對(duì)比消除，運(yùn)算量很大，同時(shí)，如果高重頻干擾信號(hào)均超前于制導(dǎo)信號(hào)進(jìn)入波門，則方案二的方法不能消除高重頻信號(hào)的干擾。

發(fā)明內(nèi)容

[0013] 本申請(qǐng)針對(duì)激光半主動(dòng)尋的制導(dǎo)武器系統(tǒng)現(xiàn)有編碼方法易被激光高重頻干擾的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新型的激光抗干擾編碼系統(tǒng)，在激光目標(biāo)指示器預(yù)置PAWM編碼，以對(duì)抗高重頻干擾及誘騙式干擾；在導(dǎo)引頭上采用計(jì)數(shù)波門和電子開關(guān)，對(duì)抗多源激光高重頻干擾。該系統(tǒng)包括：激光目標(biāo)指示器和彈上尋的系統(tǒng)(導(dǎo)引頭，包括：探測(cè)器、放大及邏輯運(yùn)算、信號(hào)處理電路、陀螺)。在激光目標(biāo)指示器預(yù)置納秒級(jí)脈寬可調(diào)激光器進(jìn)行PAWM編碼；在導(dǎo)引頭信號(hào)處理電路采用計(jì)數(shù)波門進(jìn)行時(shí)刻記錄，測(cè)量高重頻干擾信號(hào)的周期，尋找反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)，以反向高重頻信號(hào)控制高重頻電子開關(guān)，消除高重頻干擾信號(hào)。
[0014] 激光目標(biāo)指示器采用脈寬可調(diào)激光器，實(shí)現(xiàn)脈沖寬度編碼和脈沖幅值編碼，信息處理電路、脈寬識(shí)別放大電路對(duì)光電轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、解碼，從而區(qū)分出真目標(biāo)和干擾信號(hào)。PAWM編碼具體為：脈寬可調(diào)激光器由電光開關(guān)削波實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和脈沖幅值的編碼，正交的KTP(磷酸氧鈦鉀)晶體補(bǔ)償靜態(tài)雙折射產(chǎn)生的相位差，普克爾盒電源同步控制減少延遲和誤差，產(chǎn)生穩(wěn)定可調(diào)的脈沖寬度和脈沖幅值，激光編碼器調(diào)制脈沖寬度與脈沖幅值，形成PAWM編碼。
[0015] 探測(cè)器獲取的含有高重頻干擾信號(hào)的制導(dǎo)信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路的選通波門和計(jì)數(shù)波門，計(jì)數(shù)波門結(jié)合時(shí)刻記錄測(cè)量高重頻干擾信號(hào)的周期，根據(jù)高重頻干擾信號(hào)周期在計(jì)數(shù)波門內(nèi)確定反向高重頻信號(hào)的起始點(diǎn)，以起始點(diǎn)作為同步點(diǎn)發(fā)出與高重頻信號(hào)完全反向的周期信號(hào)。以反向高重頻信號(hào)控制高重頻電子開關(guān)，消除高重頻干擾信號(hào)。根據(jù)KTP晶體的有效電光系數(shù)γcl制成電光開關(guān)，兩塊相同的KTP晶體正交放置，實(shí)現(xiàn)晶體的靜態(tài)雙折射補(bǔ)償，并對(duì)調(diào)Q脈沖進(jìn)行削波。可選取計(jì)數(shù)波門內(nèi)的第一個(gè)脈沖信號(hào)作為反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)。
[0016] 本發(fā)明針對(duì)產(chǎn)生納秒級(jí)脈寬激光器的途徑，提出一種使用電光開關(guān)直接削波的方法實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和脈沖幅值的編碼方法，設(shè)計(jì)了一種既能對(duì)抗激光角度欺騙式干擾又能對(duì)抗高重頻激光干擾的PAWM編碼；同時(shí)提出在導(dǎo)引頭上采用技術(shù)波門精確測(cè)量高重頻干擾周期與高重頻電子開關(guān)反向同步消除高重頻激光干擾信號(hào)的方法來(lái)對(duì)抗多源激光高重頻干擾。能夠?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格同步控制，準(zhǔn)確測(cè)量高重頻脈沖周期，減少運(yùn)算量。其抗干擾性能明顯提高，適用范圍有所提高，在激光高重頻干擾和激光誘騙式干擾的對(duì)抗方面具有應(yīng)用情景。該方案的兩個(gè)部分既能獨(dú)立使用對(duì)抗不同情況下的干擾，又可結(jié)合使用對(duì)抗復(fù)雜情況下的激光高重頻干擾。
附圖說(shuō)明
[0017] 圖1高重頻激光干擾示意圖
[0018] 圖2激光半主動(dòng)尋的系統(tǒng)
[0019] 圖3激光脈沖編碼和識(shí)別原理圖
[0020] 圖4KTP電光開關(guān)削波整形原理示意圖
[0021] 圖5兩塊KTP晶體正交放置示意圖
[0022] 圖6普克爾盒電源同步控制方案
[0023] 圖7抗高重頻激光干擾方案一原理圖
[0024] 圖8抗高重頻激光干擾方案二的波門示意圖
[0025] 圖9激光高重頻抗干擾處理模型
[0026] (a)干擾模型簡(jiǎn)圖
[0027] (b)改進(jìn)方案的波門外信號(hào)處理模型

具體實(shí)施方式

[0028] 高重頻激光干擾技術(shù)的干擾機(jī)理就在于利用足夠高重復(fù)頻率的激光脈沖作為干擾信號(hào)，保證在導(dǎo)引頭選通波門內(nèi)至少會(huì)有兩個(gè)干擾脈沖，迫使其探測(cè)系統(tǒng)較高概率地處理干擾信號(hào)，從而使導(dǎo)引頭形成錯(cuò)誤的制導(dǎo)指令去控制制導(dǎo)的飛行。對(duì)于高重頻的干擾激光，只要在重復(fù)頻率fμ1/τ(τ為波門時(shí)間寬度)時(shí)，至少會(huì)有一個(gè)干擾脈沖進(jìn)入波門。當(dāng)干擾脈沖較制導(dǎo)信號(hào)之前進(jìn)入波門且強(qiáng)度大于制導(dǎo)信號(hào)時(shí)，就會(huì)對(duì)導(dǎo)引頭形成有效的干擾，其原理如圖1所示。
[0029] 對(duì)抗高重頻激光干擾的途徑目前主要有兩種：一是在目標(biāo)指示器上設(shè)計(jì)能抗高重頻的新型編碼；二是激光導(dǎo)引頭上信號(hào)處理部分濾除高重頻。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，重復(fù)頻率高、單脈沖能量大的激光器日趨成熟，高重頻激光有源干擾已成為一種極具前途的干擾方式，具有無(wú)需編碼識(shí)別、實(shí)施簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0030] 針對(duì)激光高重頻干擾的機(jī)理，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種激光抗干擾編碼系統(tǒng)，如圖2所示激光半主動(dòng)尋的系統(tǒng)原理圖，在激光目標(biāo)指示器預(yù)置納秒級(jí)脈寬可調(diào)激光器進(jìn)行PAWM編碼，具體為，使用電光開關(guān)直接削波實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和脈沖幅值的編碼，采用正交的KTP(磷酸氧鈦鉀)晶體來(lái)補(bǔ)償靜態(tài)雙折射產(chǎn)生的相位差，采用普克爾盒電源同步控制減少延遲和誤差，產(chǎn)生穩(wěn)定可調(diào)的脈沖寬度和脈沖幅值，激光編碼器調(diào)制脈沖寬度與脈沖幅值，形成一種既能對(duì)抗激光角度欺騙式干擾又能對(duì)抗高重頻激光干擾的PAWM編碼。
[0031] 在導(dǎo)引頭上對(duì)抗多源激光高重頻干擾。采用計(jì)數(shù)波門進(jìn)行時(shí)刻記錄，測(cè)量多個(gè)高重頻干擾信號(hào)的周期，尋找反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)，以反向高重頻信號(hào)控制一個(gè)高重頻電子開關(guān)閉合，消除高重頻干擾信號(hào)。多源激光高重頻干擾時(shí)，可分別測(cè)量出各個(gè)激光高重頻干擾信號(hào)的周期，逐次消除干擾信號(hào)。該方法不僅能有效排除高重頻干擾信號(hào)，同時(shí)又不影響制導(dǎo)信號(hào)質(zhì)量。
[0032] 1.激光指示器預(yù)置編碼
[0033] 采用脈沖寬度可調(diào)激光器實(shí)現(xiàn)激光脈沖寬度編碼。納秒級(jí)脈寬可調(diào)激光器可采用如下三種方式實(shí)現(xiàn)：
[0034] 一、利用布里淵散射(SBS)的染料調(diào)Q技術(shù)，可通過(guò)單池布里淵散射或雙池布里淵散射實(shí)現(xiàn)SBS脈寬連續(xù)可調(diào)；二、采用電光晶體光閘對(duì)前級(jí)驅(qū)動(dòng)器輸出的激光脈沖切割削波獲得任意整形的激光脈沖；三、采用電光開關(guān)直接對(duì)單激光器件輸出脈沖削波，即在電光可調(diào)Q激光器中通過(guò)控制電光晶體所加高壓電脈沖實(shí)現(xiàn)激光脈沖的脈寬可調(diào)。
[0035] 第三種方案更易于實(shí)現(xiàn)編碼控制，能對(duì)任意調(diào)Q脈沖實(shí)現(xiàn)削波、整形，具有很好的穩(wěn)定性。因此，本實(shí)例以第三種方案為例說(shuō)明實(shí)現(xiàn)脈沖寬度的可調(diào)輸出。
[0036] 如圖3所示激光脈沖編碼和識(shí)別原理圖。激光脈沖編碼包括：脈沖寬度編碼激光器、雙四象限雪崩光電二極管、脈寬識(shí)別放大電路、脈沖合成電路、信號(hào)處理電路、方位和舵信號(hào)、編碼寬度選擇。
[0037] 激光目標(biāo)指示器采用脈沖寬度編碼激光器，激光器應(yīng)用可編程控制器實(shí)現(xiàn)脈沖寬度編碼和脈沖幅值編碼，經(jīng)過(guò)編碼的制導(dǎo)信號(hào)照射所要攻擊的目標(biāo)，導(dǎo)引頭的光電探測(cè)器(可采用雙四象限雪崩光電二極管)探測(cè)到制導(dǎo)信號(hào)，通過(guò)脈寬識(shí)別放大電路、信息處理電路對(duì)光電轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、解碼，從而能夠區(qū)分出真目標(biāo)和干擾信號(hào)，進(jìn)而形成方位和舵信號(hào)的控制指令，控制導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。
[0038] 脈沖寬度編碼激光器最好采用：波長(zhǎng)1.064μm，脈沖寬度應(yīng)能在5～50ns之間可調(diào)。假定三個(gè)脈寬分別為M0(10ns)、M1(20ns)、M2(30ns)，單脈沖能量30～60mJ，工作頻率20Hz。脈沖寬度編碼激光器采用KTP晶體的有效電光系數(shù)γcl制成的電光開關(guān)，兩塊相同的KTP晶體正交放置，實(shí)現(xiàn)晶體的靜態(tài)雙折射補(bǔ)償，并將它運(yùn)用于調(diào)Q脈沖的削波，實(shí)現(xiàn)方案如圖4所示。
[0039] 如電光開關(guān)削波采用Nd:YAG激光器，工作波長(zhǎng)1.064μm，輸出約為50ns的長(zhǎng)脈沖，當(dāng)GaAs光電導(dǎo)開關(guān)接收到從分光鏡反射出來(lái)的光信號(hào)后，GaAs光電導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通，輸出與光脈沖形狀一致的電脈沖，當(dāng)電脈沖幅度大于預(yù)定值時(shí)，觸發(fā)高壓電脈沖形成器產(chǎn)生高壓電脈沖，通過(guò)PLC(可編程控制器)控制的延遲電路，采用微帶傳輸線輸出整形電脈沖，并且幅值可調(diào)，以驅(qū)動(dòng)正交KTP晶體的普克爾盒削波整形，然后經(jīng)泵浦源驅(qū)動(dòng)的激光放大器處理后輸出削波整形后的激光信號(hào)，洛匈雙棱鏡分別起到起偏和檢偏的作用。
[0040] 其中KTP普克爾盒中的兩塊KTP晶體正交放置最好如圖5所示。其目的是為了對(duì)KTP晶體存在的靜態(tài)雙折射產(chǎn)生的相位差進(jìn)行補(bǔ)償。圖5是兩塊KTP電光開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)，在三維坐標(biāo)系中，晶體垂直主軸x切割，光束沿y方向傳播，通光長(zhǎng)度L，z方向加電場(chǎng)，電極間距為d。放在晶體兩端的兩個(gè)偏振片的起偏方向相互正交，并且偏振方向都與z軸成45°角。
[0041] 圖4中普克爾盒的電源可采用同步控制方案，如圖6所示，能有效的減小延遲產(chǎn)生的誤差。
[0042] 普克爾盒電源的同步控制方案是晶體控制電源每次輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖s1外觸發(fā)激光器放電電路的可控硅，使激光器經(jīng)閘流管、電容轉(zhuǎn)移電路、預(yù)電離及放電從而輸出原始光脈沖s2，控制電源本身從輸出s1脈沖時(shí)刻開始延時(shí)(此延時(shí)可調(diào))，至延時(shí)控制電路的傳感器檢測(cè)激光器的放電電路開始放電輸出光脈沖時(shí)，由以Krytron管(弧光放電充氣管)為主體的高壓脈沖電路輸出一幅值(晶體半波電壓)和脈寬均可調(diào)的電脈沖s3加到普克爾盒上，使光、電脈沖同步實(shí)現(xiàn)削波。
[0043] PLC(可編程控制器)根據(jù)編碼要求對(duì)延遲電路進(jìn)行編碼控制，不僅可以改變普克爾盒兩極間電壓的脈寬，有規(guī)律地改變輸出激光脈沖寬度實(shí)現(xiàn)激光脈寬編碼，還可以改變其幅值。脈沖調(diào)幅(PAW)是激光通訊中常用一種激光調(diào)制方式。是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)制方式。
[0044] 為增加識(shí)別解碼的難度，進(jìn)一步提高制導(dǎo)系統(tǒng)的抗干擾能力。采用將激光制導(dǎo)信號(hào)既進(jìn)行脈沖幅值編碼(PAM)又進(jìn)行脈沖寬度編碼(PWM)，脈沖幅值編碼采用大周期循環(huán)編碼，脈沖寬度編碼采用小周期循環(huán)編碼。這樣，經(jīng)過(guò)同時(shí)PAM和PWM編碼的PAWM編碼(脈沖幅度及寬度編碼)，既可以對(duì)抗激光角度欺騙式干擾又可以對(duì)抗激光高重頻干擾。
[0045] 以下舉一例說(shuō)明具體的編碼，設(shè)存在8個(gè)幅值間隔(PA)A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8和四個(gè)脈沖寬度(PW)b1，b2，b3，b4如表1所示。
[0046] 表1脈沖幅值、寬度和地址
[0047]序號(hào) 地址 PA PW
1 0 A1 b1
2 1 A2 b2
3 2 A3 b3
4 3 A4 b4
5 4 A5
6 5 A6
7 6 A7
8 7 A8
[0048] 對(duì)表1中的脈沖幅值間隔，若采用地址差異排列為： 根據(jù)首間隔不同可編出8組碼，采用3位二進(jìn)制表示，可表示為000，001，010，011，100，101，110，111，如表
2所示。
[0049] 表2PAM編碼
[0050]000 001 010 011 100 101 110 111
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A1
A7 A8 A1 A2 A3 A4 A5 A6
A5 A6 A7 A8 A1 A2 A3 A4
A7 A8 A1 A2 A3 A4 A5 A6
A6 A7 A8 A1 A2 A3 A4 A5
[0051]A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
[0052] 對(duì)表1中的脈沖寬度，采用地址差異排列為： 根據(jù)首寬度的不同，編出4組碼，用二進(jìn)制表示，可表示為00，01，10，11，如表3所示。
[0053] 表3PWM編碼
[0054]00 01 10 11
b1 b2 b3 b4
b3 b4 b1 b2
b2 b3 b4 b1
[0055] 通過(guò)將PAM和PWM組合后，可得到32組編碼，這里列出在表4中，如表4所示。
[0056] 表4PAWM編碼
[0057]000/00 001/01 010/10 011/11
A1(b1) A2(b2) A3(b3) A4(b4)
A2(b3) A3(b4) A4(b1) A5(b2)
A7(b2) A8(b3) A1(b4) A2(b1)
A5(b4) A6(b1) A7(b2) A8(b3)
A7(b3) A8(b4) A1(b1) A2(b2)
A6(b1) A7(b2) A8(b3) A1(b4)
A1(b4) A2(b1) A3(b2) A4(b3)
[0058] 由上述PAWM編碼可見，該編碼既具有隨機(jī)性又具有密碼性，其標(biāo)準(zhǔn)型、通用性和可擴(kuò)展性好。在脈沖幅值調(diào)制的基礎(chǔ)上加入脈沖寬度編碼，其抗激光角度欺騙式干擾和高重頻激光干擾的抗干擾性能明顯有所提高。
[0059] 本發(fā)明的激光抗干擾方案由兩部分構(gòu)成：激光目標(biāo)指示器內(nèi)的PAWM編碼與導(dǎo)引頭上抗多源激光高重頻干擾方案。PAWM編碼方法從激光目標(biāo)指示器上預(yù)置的編碼形式來(lái)對(duì)抗激光高重頻干擾，而跟蹤器抗高重頻激光干擾方案是能從波門的角度出發(fā)來(lái)設(shè)計(jì)對(duì)抗多個(gè)激光高重頻干擾的情況。這兩部分既相互獨(dú)立，又可相互結(jié)合使用來(lái)更好的對(duì)抗更復(fù)雜的激光干擾情況。
[0060] 2.跟蹤器抗高重頻激光干擾
[0061] 在激光目標(biāo)指示器上預(yù)置的一種可以同時(shí)抵抗激光角度欺騙式干擾和高重頻激光干擾的PAWM編碼，為更好實(shí)現(xiàn)抗干擾，本發(fā)明進(jìn)一步對(duì)跟蹤器進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)跟蹤器抗高重頻激光干擾。
[0062] 本實(shí)施例考慮一個(gè)高重頻激光干擾源或多個(gè)高重頻激光干擾源存在的情況。目前通常采用以下兩種方式實(shí)現(xiàn)抗高重頻干擾：
[0063] 第一種方案：根據(jù)對(duì)制導(dǎo)信號(hào)在干擾信號(hào)中的各種位置要完整分類的原則，隨機(jī)選取5個(gè)及以上的相鄰脈沖信號(hào)，計(jì)算高重頻的周期；尋找反向高重頻開關(guān)的同步點(diǎn)，發(fā)送與高重頻干擾信號(hào)完全反向的周期信號(hào)；使用反向高重頻信號(hào)控制高重頻電子開關(guān)，消除高重頻干擾信號(hào)。其工作原理如圖7所示。
[0064] 第二種方案：在兩個(gè)選通波門之間設(shè)置兩個(gè)波門，一個(gè)較寬的“計(jì)數(shù)波門”，對(duì)探測(cè)器上的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，判斷是否受到高重頻激光干擾威脅；另一個(gè)較窄的取樣波門，獲取高重頻激光在探測(cè)器上產(chǎn)生的信號(hào)，作為區(qū)分干擾信號(hào)和制導(dǎo)信號(hào)的參照。
[0065] 位于電子艙的導(dǎo)引頭信號(hào)處理電路在一個(gè)選通波門過(guò)后，先啟動(dòng)“計(jì)數(shù)波門”，對(duì)位于導(dǎo)引頭的光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)中探測(cè)器上的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)所計(jì)脈沖信號(hào)的數(shù)目，判斷導(dǎo)引頭是否會(huì)受到干擾。確定受到有效高重頻干擾后，啟動(dòng)“取樣波門”記錄高重頻激光脈沖在探測(cè)器上產(chǎn)生的信號(hào)，在隨后的選通波門開啟后，同波門內(nèi)的脈沖信號(hào)逐一進(jìn)行比較，如果一致，則認(rèn)為是干擾信號(hào)予以剔除，否則就認(rèn)為是制導(dǎo)信號(hào)。圖8為抗高重頻激光干擾過(guò)程的波門示意圖，實(shí)線代表選通波門，點(diǎn)虛線代表“計(jì)數(shù)波門”，虛線代表“取樣波門”。
[0066] 第一種方案在尋找激光高重頻干擾信號(hào)的周期時(shí)，僅用5個(gè)脈沖討論就行，6個(gè)及6個(gè)以上的隨機(jī)脈沖的情況均可以歸類于5個(gè)隨機(jī)脈沖時(shí)的三類情況；高重頻干擾脈沖的周期低至十幾微秒，甚至幾微秒，制導(dǎo)信號(hào)與干擾信號(hào)的脈沖之間的周期更小，所以存在不能夠準(zhǔn)確測(cè)量高重頻脈沖周期的問(wèn)題。方案二采用取樣波門內(nèi)信號(hào)與波門信號(hào)對(duì)比的方法來(lái)消除高重頻時(shí)，需要一個(gè)一個(gè)對(duì)比消除，運(yùn)算量很大。同時(shí)，如果高重頻干擾信號(hào)均超前于制導(dǎo)信號(hào)進(jìn)入波門，則方案二的方法不能消除高重頻信號(hào)的干擾。
[0067] 基于前述抗高重頻激光有源干擾方案存在的問(wèn)題，本文提出如下改進(jìn)方案。
[0068] 當(dāng)干擾信號(hào)與制導(dǎo)信號(hào)重合時(shí)，起到加強(qiáng)制導(dǎo)信號(hào)的作用，不會(huì)形成有效的干擾。由高重頻激光脈沖干擾的機(jī)理可知，只有干擾信號(hào)超前制導(dǎo)信號(hào)進(jìn)入選通波門時(shí)才能形成有效的干擾。
[0069] 假設(shè)目標(biāo)靜止，高重頻激光干擾源在跟蹤器(如圖9(a)中的導(dǎo)引頭)，與目標(biāo)連線地面投影的延長(zhǎng)線上。高重頻激光干擾模型如圖9(a)和波門信號(hào)處理控制電路原理如圖9(b)所示。波門信號(hào)處理控制電路位于激光制導(dǎo)系統(tǒng)跟蹤器的電子艙。圖9(b)中，由制導(dǎo)信號(hào)與高重頻干擾信號(hào)形成的復(fù)合信號(hào)，通過(guò)光電探測(cè)器進(jìn)入跟蹤器中，電子艙中的選通波門控制復(fù)合信號(hào)的進(jìn)入，同時(shí)在選通波門之間的計(jì)數(shù)波門開始工作，
[0070] 復(fù)合信號(hào)(含有高重頻干擾信號(hào)的制導(dǎo)信號(hào))通過(guò)選通波門和計(jì)數(shù)波門，通過(guò)計(jì)數(shù)波門進(jìn)行高重頻周期測(cè)定，獲取反向高重頻同步信號(hào)，控制高頻電子開關(guān)對(duì)經(jīng)過(guò)選通波門的制導(dǎo)信號(hào)輸出控制信號(hào)。首先通過(guò)計(jì)數(shù)波門結(jié)合時(shí)刻記錄測(cè)量激光高重頻干擾信號(hào)的周期，然后根據(jù)已測(cè)量出的高重頻周期在計(jì)數(shù)波門內(nèi)確定反向高重頻信號(hào)的起始點(diǎn)，最后以起始點(diǎn)作為同步點(diǎn)發(fā)出與高重頻信號(hào)完全反向的周期信號(hào)，再以此信號(hào)控制一個(gè)高重頻電子開關(guān)閉合，消除復(fù)合信號(hào)中的高重頻干擾信號(hào)。
[0071] 具體實(shí)現(xiàn)方式舉例說(shuō)明如下：
[0072] (1)獲取高重頻信號(hào)的周期
[0073] 在選通波門之間設(shè)置計(jì)數(shù)波門。如僅有一個(gè)高重頻干擾信號(hào)源存在時(shí)，記錄計(jì)數(shù)波門內(nèi)第一個(gè)信號(hào)的時(shí)間t1和最后一個(gè)信號(hào)的時(shí)間tn，得到計(jì)數(shù)波門內(nèi)總的時(shí)間t＝tn-t1，采樣的脈沖個(gè)數(shù)為n，則可根據(jù)公式：
[0074] T＝(tn-t1)/(n-1) (1)
[0075] 求得兩個(gè)脈沖之間的平均時(shí)間T，即T為高重頻信號(hào)的周期。
[0076] 若存在兩個(gè)干擾源，并且兩個(gè)干擾源的頻率相同，相位不同。設(shè)計(jì)數(shù)波門內(nèi)的第一個(gè)信號(hào)的時(shí)間為t1和最后一個(gè)信號(hào)的時(shí)間為tn，采樣脈沖個(gè)數(shù)為n(n＞2并且為奇數(shù))，則可求得兩個(gè)高重頻干擾信號(hào)的周期T：
[0077] T＝(tn-t1)/((n-1)/2) (2)
[0078] 如有m個(gè)頻率相同、相位不同的高重頻干擾源存在，設(shè)計(jì)數(shù)波門內(nèi)的第一個(gè)信號(hào)的時(shí)間為t1和最后一個(gè)信號(hào)的時(shí)間tn，采樣的脈沖個(gè)數(shù)為n(n＞m并且n-1能整除m)，則可求得多個(gè)干擾源的周期T：
[0079] T＝(tn-t1)/((n-1)/m) (3)
[0080] (2)尋找反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)
[0081] 通過(guò)計(jì)數(shù)波門尋找反向信號(hào)同步點(diǎn)。因?yàn)橛?jì)數(shù)波門位于選通波門之間，計(jì)數(shù)波門內(nèi)不存在制導(dǎo)信號(hào)，可選取計(jì)數(shù)波門內(nèi)的第一個(gè)脈沖信號(hào)作為反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)。
[0082] (3)高重頻干擾信號(hào)的消除
[0083] 以反向高重頻信號(hào)控制高重頻電子開關(guān)，當(dāng)復(fù)合信號(hào)通過(guò)此電子開關(guān)時(shí)就消除高重頻干擾信號(hào)?？梢钥紤]適當(dāng)加寬反向高重頻信號(hào)的脈沖寬度，達(dá)到更好消除高重頻干擾信號(hào)的目的。對(duì)于多個(gè)高重頻干擾源存在的情況，只要測(cè)定出干擾源的周期，就能參照一個(gè)干擾源存在的情況逐個(gè)消除高重頻干擾信號(hào)。若多個(gè)激光高重頻干擾源存在，則根據(jù)上述原理分別測(cè)量對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)的周期，在計(jì)數(shù)波門內(nèi)由干擾信號(hào)周期先確定一個(gè)反向高重頻信號(hào)的同步點(diǎn)，控制高重頻開關(guān)消除該頻率的干擾信號(hào)，再檢測(cè)波門內(nèi)是否存在干擾信號(hào)，若仍存在高重頻干擾信號(hào)，則將輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)重新進(jìn)入波門信號(hào)處理控制電路，同理可消除另一周期的高重頻干擾信號(hào)，直到波門內(nèi)檢測(cè)不到干擾信號(hào)為止，最終輸出制導(dǎo)信號(hào)。
[0084] 采用LabVIEW對(duì)本發(fā)明方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真程序采用while循環(huán)結(jié)構(gòu)，用來(lái)控制程序的起止；使用脈沖信號(hào)子VI和“pulse”子VI來(lái)模擬激光制導(dǎo)信號(hào)和高重頻干擾信號(hào)；通過(guò)單頻測(cè)量模擬計(jì)數(shù)波門及高重頻周期測(cè)定模塊；采用測(cè)定的高重頻干擾信號(hào)周期控制一個(gè)反向的高重頻脈沖信號(hào)來(lái)消除混合信號(hào)中的高重頻干擾信號(hào)。其中，“pulse”是我們?cè)O(shè)計(jì)制作封裝的可實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)延遲的脈沖信號(hào)子VI。
[0085] 可以得出表5的不同干擾源仿真對(duì)比：
[0086] 表5不同干擾源仿真對(duì)比
[0087]
[0088] 從表5中可以看出，無(wú)論是一個(gè)還是多個(gè)高重頻激光干擾源存在，導(dǎo)引頭上改進(jìn)的抗干擾方法均能有效的消除高重頻激光的干擾而不影響制導(dǎo)信號(hào)。若將PAWM編碼與改進(jìn)的方法結(jié)合以后，形成的新型的激光編碼方法對(duì)抗激光角度欺騙式干擾和高重頻激光干擾的能力都大大提高，能更適應(yīng)與未來(lái)多個(gè)干擾源存在的復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境。
[0089] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)高重頻激光有源干擾對(duì)激光半主動(dòng)尋的制導(dǎo)的威脅，針對(duì)產(chǎn)生納秒級(jí)脈寬可調(diào)激光器，提出一種使用電光開關(guān)直接削波的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和脈沖幅值的編碼，同時(shí)采用正交的KTP晶體來(lái)補(bǔ)償靜態(tài)雙折射產(chǎn)生的相位差，并且采用普克爾盒電源同步控制方法來(lái)減少延遲和誤差，產(chǎn)生穩(wěn)定可調(diào)的脈沖寬度和脈沖幅值，將激光編碼脈寬編碼與脈沖幅值調(diào)制相結(jié)合，形成一種既能對(duì)抗激光角度欺騙式干擾又能對(duì)抗高重頻激光干擾的PAWM編碼，同時(shí)在導(dǎo)引頭上對(duì)抗高重頻激光干擾的方法做出改進(jìn)，形成一種新型的激光抗干擾方案。其抗干擾性能明顯提高，適用范圍有所提高，在越來(lái)越復(fù)雜的激光干擾對(duì)抗方面具有廣泛的應(yīng)用情景。
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