提高时空识别精度的分析方法

虽然作用目标已定，但是激光脉冲探测的反应装甲的倾角变化较大（在22°～90°），所以钟形回波脉冲幅值变化较大。在探测距离为900mm，用真实的反应装甲板作探测目标，激光脉冲回波幅值大约相差1.5倍。激光回波脉冲的上升沿tr为6 ns。由简单的几何关系可推导出触发点时间差异与脉冲上升沿和脉冲幅度动态范围之间的关系：

式中，

式中，α为最大回波峰值与最小回波峰值之比，称幅度比值系数；Vref为阈值电压；VP-max为回波脉冲信号峰值最大值；VP-min为回波脉冲信号峰值最小值；tr为回波脉冲上升沿时间。

可以计算，脉冲相位变化大约为2.5 ns，由于激光定距是脉冲往返探测，所以定距误差为0.375m，这远远满足不了破甲弹引信激光定距精度的要求，因此必须采取一定措施和方法来减小这种误差。从理论上分析，减小这种误差的方法有3种：

1）采用可变阈值的方法。这种方法的作用原理实际上是一种负反馈，利用一个峰值检测电路和智能判别电路来检测信号幅值的大小，并不断、及时调整检测信号的阈值电平。当钟形回波脉冲的幅值很大时，智能电路就会自动提高检测回波信号的阈值；当回波信号的幅值变小时，智能电路就会降低阈值，这样就能保证检测出来的回波信号的相位基本不变，在静态试验状态下，这种方法可以使定距误差降低到0.03～0.05m，大大满足破甲弹灵巧引信技术的精度要求。图7.22所示为可变阈值检测电路的原理框图。在该电路系统中，峰值检测电路、可变阈值电路以及整形比较电路都可以用一个集成的CPLD来实现。

图7.22　可变阈值检测电路原理框图

2）采用可变增益控制的方法。这种方法实际上也是一种负反馈，原理如图7.23所示。这种方法与可变阈值检测电路不同的是主要靠调节主放大器的放大倍数来调节回波脉冲的输出电压幅度，主放大器的增益由脉冲幅度检测电路和增益控制电路完成，当反应装甲钟形回波幅度较大时，控制主放大器减小增益，而当回波幅度较小时，控制主放大器加大增益，这样使得反应装甲倾角在22°～90°范围内变化时，无论回波脉冲能量大小，主放大器的输出钟形信号幅度基本上保持不变，这时只需使用固定阈值整形电路，就可保证反应装甲倾角变化时，回波脉冲基本上在脉冲上升沿的相同点触发，也就是在相同的相位触发，从而保证了定距精度。

图7.23　可变增益控制方法原理框图

以上两种方法都是一种负反馈，既然是反馈，那么无论是调整阈值还是调整增益，都要基于预测，也就是要通过检测第一个脉冲的峰值功率来控制下一个脉冲的检测情况，这种方法的探测精度一方面受激光发射频率的限制，另一方面受系统的响应度的限制。如激光发射模块的频率不是足够高，这两种措施带来的误差是可想而知的，即使激光发射的频率足够高，也会带来一定的误差。如果用改进后的噪声自动增益控制，就会得到更好的效果，这种方法的特点就是利用主放大器输出信号的噪声电平的变化来控制放大器的增益变化，这种控制方法比前两种的反馈周期短、速度快、探测可靠，其原理如图7.24所示。

3）采用对数放大法。图7.25所示是对数放大法的工作原理框图。这种方法的特点就是不基于预测，而对信号直接控制，大大提高了对信号的处理速度，间接提高了系统的定距精度。根据对数放大器的工作原理，它对大的回波信号有压缩作用，对小的回波信号有放大作用，实际上它相当于是一个直接控制信号幅值变化的可变增益控制放大器。这样就会使每个回波信号的上升沿基本保持不变，也就是在固定阈值检测时它的每个信号的触发点是基本相同的，这样就大大提高了系统的定距精度和相应的信号处理速度。另外，采用这种方法设计的电路结构简单，使用的元器件较少。但是，在使用这种放大器时要特别注意信噪比的问题，因为对数放大器的噪声基础比较高，在进行信号处理时阈值电平的设置很重要。另外，在使用对数放大器时，一定要注意其饱和程度，因为饱和会导致其内部延时的变化，这样也会给系统带来误差。

图7.24　噪声自动增益控制原理框图

图7.25　对数放大法原理框图

（1）减小弹目相对运动引起误差的研究

由于破甲弹激光定距引信技术是在高速运动状态下工作的，破甲弹的炮口速度为905m/s，即使弹体从出炮口到作用点速度有一定的衰减，在着靶点弹目相对运动的速度也不小于700m/s，所以在激光定距引信作用的范围内弹目相对运动的速度很大。如果不考虑对这种相对运动给系统带来的误差进行补偿，激光定距系统精度将大大受到影响。(www.xing528.com)

解决这种误差的方法主要是提高激光发射模块的发射频率。破甲弹引信单脉冲定距情况下的定距误差可由式（7.4）表示：

式中，R为目标距离；vp为弹目相对运动速度；c为光速。通常弹目运动速度远小于光速，即vp≪c，因而ΔR非常小（微米量级），对激光定距引信可忽略不计。由式（7.4）可知，当脉冲积累个数为3时脉冲激光器的发射频率必须大于30 kHz才能满足破甲弹激光定距引信的精度要求，一般情况下，在实际作战场合，脉冲积累个数一般都是3个左右，有时为了提高激光的探测精度，也有采用脉冲积累个数为2的情况。

由于破甲弹引信定距比较近，激光发射的强度要求不是很大，这为提高激光的发射频率大大提供了空间。因为发射频率和峰值电流是影响激光器功耗的两个主要因素，在峰值电流要求不高的情况下，可以提高激光器的发射频率，而且也不会引入系统的功耗和激光器的散热等问题。

（2）减小着靶速度对破甲弹二级起爆精度影响的措施

在外弹道上，弹丸在出炮口处初速最大，然后在弹道上衰减。因此，在弹丸有效作用距离范围内，弹丸终点速度大小随目标与炮口相对距离变化而改变。目标与炮口相对距离即弹丸外弹道飞行距离由近到远，弹丸终点速度由大至小。设弹丸飞行距离为S（t），终点速度为Vs，弹丸初速为V0，如图7.26所示。

图7.26　着靶速度对破甲弹二级起爆精度的影响

L为引信的定距距离，表示副装药起爆时刻弹丸至目标距离。理论上为给定值，如800mm。副装药起爆时刻弹丸至炮口距离S，为弹丸外弹道飞行时间t的函数S（t）；也可近似理解为目标至炮口距离。

将图7.26中的L段提取出来，放大后如图7.27所示。

图7.27　放大后的L

假设Vsmax为最大速度，Vsmin为最小速度，那么Vs满足式：

Δt为定值，表示为防止目标反应装甲爆炸对主射流影响所需最小延迟时间。反映到距离为ΔL，ΔL≈Vs× △t，受弹丸速度影响而是个变值。H为定值，表示主装药有利炸高要求。T为所要实现的延迟时间，表示从一级引信给出副装药起爆信号开始，至到达主装药有利炸高时终止这一时间段。

假设：△t≤T，由速度公式，延迟时间T=（L-H）/V均≈（L-H）/Vs（认为在L距离段弹丸速度Vs保持不变）可得到：

而Vs=V（t）。因此，延迟时间T与弹丸外弹道飞行时间t存在函数关系：T=f（t）。

综上所述，目标相对炮口距离是变化的，攻击目标的弹丸的飞行距离S随之改变；因大气衰减等因素作用，弹丸终点速度Vs随飞行距离S变化而变化，亦即随弹道飞行时间t变化，而不同的终点速度Vs决定了不同的延迟起爆时间T；然后将飞行时间t与所需延迟时间T联系起来。因此，要得到精确延期值，通过确定T与t的函数关系式，或者直接根据已知的射表进行查寻得到最佳延时也可。