一種目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)及方法，屬于信息處理【技術領域】。本發(fā)明利用前置增益調節(jié)電路將目標信號轉化為電壓信號，接著對電壓信號中的交流部分進行放大并輸出；然后利用數(shù)字增益調節(jié)電路對前置增益調節(jié)電路的輸出信號進行進一步放大；再將完成增益調節(jié)的目標信號經模數(shù)轉換電路采樣形成目標數(shù)據(jù)；最后根據(jù)目標數(shù)據(jù)的幅值計算出增益系數(shù)來控制兩級增益調節(jié)電路的增益，將進入模數(shù)轉換電路的目標信號幅值控制在一定范圍內，達到自動增益控制的目的。本發(fā)明能夠有效的控制目標信號的放大倍數(shù)，穩(wěn)定模數(shù)轉換器采集的目標信號幅值，抑制信號飽和現(xiàn)象。
【專利說明】一種目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)及方法，屬于信息處理【技術領域】。

【背景技術】
[0002]在基于紅外多元體制的導彈中，探測器感應目標、干擾、背景輻射的能量，輸出弱電流信號，經過前置放大器轉換成電壓信號并放大，再經過后級電路的放大調整等，送入模數(shù)轉換器完成模數(shù)轉換，彈載計算機讀取采樣數(shù)據(jù)后，彈載軟件對數(shù)據(jù)進行處理，從而找出真正目標的位置，引導飛控系統(tǒng)控制導彈飛向目標并擊毀目標。由于導彈從截獲目標發(fā)射至IJ到達目標附近并擊毀目標的過程中，隨著彈目距離的接近，導彈接收到目標輻射的能量迅速變大，導彈信息處理系統(tǒng)接收到的電信號也迅速變大，并且在導彈接近目標的過程中，若目標投放干擾，則導彈接收到目標和干擾的能量比較復雜，導彈信息處理系統(tǒng)接收到的電信號也隨之復雜起來；導彈各通道電路及探測器特性存在差異，這給彈載計算機中軟件算法的設計帶來了困難，必須采取相應的信號增益動態(tài)自動調節(jié)技術。
[0003]現(xiàn)有的增益調節(jié)技術一般通過可編程增益放大器芯片或者利用電阻網絡、運算放大器、控制開關組成的可編程增益控制電路來實現(xiàn)。兩者的增益調節(jié)范圍及步長控制均不夠靈活，若使用電阻網絡和控制開關控制增益，則占用的的空間大，增益調節(jié)的接口連線多，不利于實現(xiàn)電路小型化和信噪比的提升。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)及方法，以解決目前增益調節(jié)技術的增益調節(jié)范圍及步長控制均不夠靈活的問題。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術問題而提供了一種目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括前置增益調節(jié)電路、數(shù)字增益調節(jié)電路、模數(shù)轉換電路和增益調節(jié)模塊，所述前置增益調節(jié)電路的輸入端用于連接目標信號，輸出端與數(shù)字增益調節(jié)電路的輸入端連接，用于將目標信號轉換為電壓信號并對其交流部分進行放大，所述數(shù)字增益調節(jié)電路的輸出端與模數(shù)轉換電路的輸入端連接，用于對前置增益調節(jié)電路輸出信號進一步放大，所述模數(shù)轉換電路用于將完成增益調節(jié)的目標信號進行采樣形成目標數(shù)據(jù)，所述增益調節(jié)模塊的輸入端與模數(shù)轉換電路的輸出端相連，輸出端控制連接前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路，用于根據(jù)目標數(shù)據(jù)的幅值計算出增益系數(shù)來控制前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路的增益。
[0006]所述前置增益調節(jié)電路采用零偏壓跨阻放大電路，包括場效應管和第一放大器，所述場效應管柵極G與增益調節(jié)模塊的輸出端連接，場效應管源極S通過電阻R8連接到第一放大器的輸出端，場效應管漏極D連接到第一放大器的反向輸入端，所述場效應管源極S和漏極D之間通過電阻R6連接，所述第一放大器的反向輸入端用于與目標信號連接。
[0007]所述數(shù)字增益調節(jié)電路包括第二放大器和數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器的W端連接到第二放大器的反向輸入端，所述數(shù)字電位器的A端與第二放大器的輸出端連接，所述數(shù)字電位器的調節(jié)輸出端和A端之間通過電容連接，所述數(shù)字電位器的SPI接口與增益調節(jié)模塊的輸出端連接，所述第二放大器的反向輸入端與第一放大器的輸出端相連。
[0008]所述增益調節(jié)模塊通過設定幅值上下限對前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路的增益系數(shù)進行調節(jié)，當不存在大于下限的數(shù)據(jù)點時，增益向上調節(jié)，當存在大于上限的數(shù)據(jù)點時，增益向下調節(jié)。
[0009]所述增益調節(jié)模塊在對數(shù)據(jù)點進行增益調節(jié)時，其增益調節(jié)步長根據(jù)數(shù)據(jù)點幅值變化的快慢而變化。
[0010]本發(fā)明為解決上述技術問題還提供了一種目標信號的自動增益調節(jié)方法，該方法包括以下步驟:
[0011]I)將目標信號轉化為電壓信號,對轉后后電壓信號中的交流部分進行第一次放大并輸出；
[0012]2)對第一放大輸出的信號進行第二次放大處理；
[0013]3)將第二次放大處理后的目標信號進行采樣形成目標數(shù)據(jù)；
[0014]4)根據(jù)目標數(shù)據(jù)的幅值計算出增益系數(shù)來控制第一次放大和第二次放大的增益，將目標信號在幅值控制一定范圍內，從而達到自動增益控制的目的。
[0015]所述步驟I)是通過前置增益調節(jié)電路實現(xiàn)，該前置增益調節(jié)電路包括場效應管和第一放大器，所述場效應管柵極G與增益調節(jié)模塊的輸出端連接，場效應管源極S通過電阻R8連接到第一放大器的輸出端，場效應管漏極D連接到第一放大器的反向輸入端，所述場效應管源極S和漏極D之間通過電阻R6連接，所述第一放大器的反向輸入端用于與目標信號連接。
[0016]所述步驟2)是利用數(shù)字增益調節(jié)電路實現(xiàn)，該數(shù)字增益調節(jié)電路包括第二放大器和數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器的調節(jié)輸出端連接到第二放大器的反向輸入端，所述數(shù)字電位器的A端與第二放大器的輸出端連接，所述數(shù)字電位器的調節(jié)輸出端和A端之間通過電容連接，所述數(shù)字電位器的SPI接口與增益調節(jié)模塊的輸出端連接，所述第二放大器的反向輸入端與第一放大器的輸出端相連。
[0017]所述步驟4)通過設定幅值上下限對前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路的增益系數(shù)進行調節(jié)，當不存在大于下限的數(shù)據(jù)點時，增益向上調節(jié)，當存在大于上限的數(shù)據(jù)點時，增益向下調節(jié)。
[0018]所述步驟4)在對數(shù)據(jù)點進行增益調節(jié)時，其增益調節(jié)步長根據(jù)數(shù)據(jù)點幅值變化的快慢而變化。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用前置增益調節(jié)電路將目標信號轉化為電壓信號，然后對電壓信號中的交流部分進行放大并輸出；然后利用數(shù)字增益調節(jié)電路對前置增益調節(jié)電路的輸出信號進行進一步放大；再將完成增益調節(jié)的目標信號經模數(shù)轉換電路采樣形成目標數(shù)據(jù)；最后根據(jù)目標數(shù)據(jù)的幅值計算出增益系數(shù)來控制兩級增益調節(jié)電路的增益，將進入模數(shù)轉換電路的目標信號幅值控制在一定范圍內，達到自動增益控制的目的。本發(fā)明能夠有效的控制目標信號的放大倍數(shù)，穩(wěn)定模數(shù)轉換器采集的目標信號幅值，抑制信號飽和現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)的結構示意圖；
[0021]圖2是前置增益調節(jié)電路的原理圖；
[0022]圖3是數(shù)字增益調節(jié)電路的原理圖。

【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0024]本發(fā)明的一種目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)的實施例
[0025]本發(fā)明是采用數(shù)字化調節(jié)對信號的增益進行調節(jié)，主要作用是根據(jù)目標信號的大小及工作狀態(tài)實時進行增益調節(jié)，該自動增益調節(jié)系統(tǒng)由前置增益調節(jié)電路、數(shù)字增益調節(jié)電路、模數(shù)轉換電路、增益調節(jié)模塊構成，如圖1所示。前置增益調節(jié)電路的輸入端用于連接目標信號，輸出端與數(shù)字增益調節(jié)電路的輸入端連接，用于將目標信號轉換為電壓信號并對其交流部分進行放大，數(shù)字增益調節(jié)電路的輸出端與模數(shù)轉換電路的輸入端連接，用于對前置增益調節(jié)電路輸出信號進一步放大，模數(shù)轉換電路用于將完成增益調節(jié)的目標信號進行采樣形成目標數(shù)據(jù)，增益調節(jié)模塊的輸入端與模數(shù)轉換電路的輸出端相連，輸出端控制連接前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路，用于根據(jù)目標數(shù)據(jù)的幅值計算出增益系數(shù)來控制前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路的增益。
[0026]下面以多元導彈目標信號為例對本系統(tǒng)的具體電路構成進行詳細說明。
[0027]由于多元導彈系統(tǒng)中光伏型探測器工作在零偏壓狀態(tài)時有著最高的探測度，因此前置增益調節(jié)電路采用零偏壓跨阻放大電路，零偏壓跨阻放大電路具有高交流增益、小輸出失衡電壓的特點，滿足系統(tǒng)要求，另外由于探測器輸出含有直流分量，該部分信號的增益如果太大會導致輸出直流信號飽和，淹沒有效交流信號成分，因此直流信號增益應盡量小于交流信號增益。該電路的具體原理如圖2所示，包括場效應管Ql和第一放大器U1，場效應管柵極G與增益調節(jié)模塊的輸出端連接，場效應管源極S通過電阻R8連接到第一放大器的輸出端，場效應管源極S還連接偏執(zhí)單元，該偏執(zhí)單元由電阻R7和電容Cl串聯(lián)后接地構成，場效應管漏極D連接到第一放大器Ul的反向輸入端，場效應管源極S和漏極D之間通過電阻R6連接,第一放大器的反向輸入端與目標信號連接，第一放大器的正向輸入端接地，且第一放大器的正向輸入端和負向輸入端之間通過二極管連接，以防止信號從第一放大器的正向輸入端流入。
[0028]前置增益調節(jié)電路的工作原理如下:增益調節(jié)模塊控制場效應管Ql的工作狀態(tài)，當場效應管Ql導通時，第一放大器反饋信號經電阻R8和場效應管Ql直接接入第一放大器的反向輸入端，將電阻R6短路掉，此時放大系數(shù)僅與R8有關，當場效應管Ql不導通時，第一放大器反饋信號經電阻R8和電阻R6接入第一放大器的反向輸入端，此時放大系數(shù)與R8和R6有關。本電路通過切換場效應管的工作狀態(tài)，控制反饋網絡電路形式的變化，從而達到直流跨阻切換增益變化小于交流跨阻的目的，實現(xiàn)兩檔可調增益。
[0029]由于空間的限制，前置增益調節(jié)電路僅實現(xiàn)了兩檔可調節(jié)增益，在后級設計的數(shù)字增益調節(jié)電路，需要實現(xiàn)多級增益可調，該電路采用數(shù)字電位器進行多級調節(jié)，如圖3所示，包括運算放大器Ul和數(shù)字電位器U2，數(shù)字電位器Ul的調節(jié)輸出端W連接到運算放大器Ul的反向輸入端，數(shù)字電位器U2的A端與運算放大器Ul的輸出端連接，數(shù)字電位器U2的調節(jié)輸出端和A端之間通過電容連接，運算放大器Ul的反向輸入端與第一放大器的輸出端相連，運算放大器Ul的正向輸入端通過電阻接地，數(shù)字電位器U2的SPI接口與增益調節(jié)模塊的輸出端連接。增益調節(jié)模塊通過數(shù)字電位器的SPI接口控制阻值的調整，從而實現(xiàn)增益調節(jié)。
[0030]模數(shù)轉換電路選用精度及轉換速率符合系統(tǒng)要求模數(shù)轉換器，配以外圍電路實現(xiàn)。
[0031]本實施例中增益調節(jié)模塊運行在彈載計算機上，主要根據(jù)各通道上數(shù)據(jù)點的幅值來判斷增益調節(jié)方向和步長，設定幅值下限為L0W，幅值上限I為HIGH，幅值上限2為HIGHER，當每個通道均不存在大于LOW的數(shù)據(jù)點時，增益向上調節(jié)；當有一個通道存在大于HIGH的數(shù)據(jù)點時，增益向下調節(jié)；默認增益調節(jié)步長為X，若有連續(xù)兩個周期數(shù)據(jù)點大于HIGHER,則調整步長為Y，該模塊的幅值上下限及步長可根據(jù)具體應用系統(tǒng)進行調整。
[0032]本發(fā)明所提供的目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)的工作過程如下:前置增益調節(jié)電路將多元紅外探測器輸出的目標信號轉化為電壓信號，然后對電壓信號中的交流部分進行放大并輸出；數(shù)字增益調節(jié)電路對前置增益調節(jié)電路的輸出信號進行進一步放大；完成增益調節(jié)的目標信號經模數(shù)轉換電路采樣形成目標數(shù)據(jù)，運行在彈載計算機上的增益調節(jié)算法模塊根據(jù)目標數(shù)據(jù)的幅值計算出增益系數(shù)來控制兩級增益調節(jié)電路的增益，將進入模數(shù)轉換電路的目標信號幅值控制在一定范圍內，達到自動增益控制的目的。
[0033]本發(fā)明的一種目標信號的自動增益調節(jié)方法的實施例
[0034]該方法采用兩級放大處理，首先將目標信號轉化為電壓信號，對轉換后電壓信號中的交流部分進行第一次放大并輸出；然后對輸出的放大信號進行第二次放大處理；再將第二次放大處理后的目標信號進行采樣形成目標數(shù)據(jù)；最后根據(jù)目標數(shù)據(jù)的幅值計算出增益系數(shù)來控制第一次放大和第二次放大的增益，將目標信號在幅值控制一定范圍內，從而達到自動增益控制的目的。
[0035]第一次放大處理和第二次放大處理所采用具體電路如圖2和圖3所示，已在上個實施例中進行了詳細描述，這里不再重復贅述。
[0036]該方法應用到紅外多元導彈目標時，增益調節(jié)的控制過程在彈載計算機上實現(xiàn)，根據(jù)各通道上數(shù)據(jù)點的幅值來判斷增益調節(jié)方向和步長，設定幅值下限為L0W，幅值上限I為HIGH，幅值上限2為HIGHER，當每個通道均不存在大于LOW的數(shù)據(jù)點時，增益向上調節(jié)；當有一個通道存在大于HIGH的數(shù)據(jù)點時，增益向下調節(jié)；默認增益調節(jié)步長為X，若有連續(xù)兩個周期數(shù)據(jù)點大于HIGHER，則調整步長為Y，幅值上下限及步長可根據(jù)具體應用系統(tǒng)進行調整。
【權利要求】
1.一種目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括前置增益調節(jié)電路、數(shù)字增益調節(jié)電路、模數(shù)轉換電路和增益調節(jié)模塊，所述前置增益調節(jié)電路的輸入端用于連接目標信號，輸出端與數(shù)字增益調節(jié)電路的輸入端連接，用于將目標信號轉換為電壓信號并對其交流部分進行放大，所述數(shù)字增益調節(jié)電路的輸出端與模數(shù)轉換電路的輸入端連接，用于對前置增益調節(jié)電路輸出信號進一步放大，所述模數(shù)轉換電路用于將完成增益調節(jié)的目標信號進行采樣形成目標數(shù)據(jù)，所述增益調節(jié)模塊的輸入端與模數(shù)轉換電路的輸出端相連，輸出端控制連接前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路，用于根據(jù)目標數(shù)據(jù)的幅值計算出增益系數(shù)來控制前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路的增益。
2.根據(jù)權利要求1所述的目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述前置增益調節(jié)電路采用零偏壓跨阻放大電路，包括場效應管和第一放大器，所述場效應管柵極G與增益調節(jié)模塊的輸出端連接，場效應管源極S通過電阻R8連接到第一放大器的輸出端，場效應管漏極D連接到第一放大器的反向輸入端，所述場效應管源極S和漏極D之間通過電阻R6連接，所述第一放大器的反向輸入端用于與目標信號連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字增益調節(jié)電路包括第二放大器和數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器的W端連接到第二放大器的反向輸入端，所述數(shù)字電位器的A端與第二放大器的輸出端連接，所述數(shù)字電位器的調節(jié)輸出端和A端之間通過電容連接，所述數(shù)字電位器的SPI接口與增益調節(jié)模塊的輸出端連接，所述第二放大器的反向輸入端與第一放大器的輸出端相連。
4.根據(jù)權利要求3所述的目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述增益調節(jié)模塊通過設定幅值上下限對前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路的增益系數(shù)進行調節(jié)，當不存在大于下限的數(shù)據(jù)點時，增益向上調節(jié)，當存在大于上限的數(shù)據(jù)點時，增益向下調節(jié)。
5.根據(jù)權利要求4所述的目標信號的自動增益調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述增益調節(jié)模塊在對數(shù)據(jù)點進行增益調節(jié)時，其增益調節(jié)步長根據(jù)數(shù)據(jù)點幅值變化的快慢而變化。
6.一種目標信號的自動增益調節(jié)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)將目標信號轉化為電壓信號，對轉后后電壓信號中的交流部分進行第一次放大并輸出； 2)對第一放大輸出的信號進行第二次放大處理； 3)將第二次放大處理后的目標信號進行采樣形成目標數(shù)據(jù)； 4)根據(jù)目標數(shù)據(jù)的幅值計算出增益系數(shù)來控制第一次放大和第二次放大的增益，將目標信號在幅值控制一定范圍內，從而達到自動增益控制的目的。
7.根據(jù)權利要求6所述的目標信號的自動增益調節(jié)方法，其特征在于，所述步驟I)是通過前置增益調節(jié)電路實現(xiàn)，該前置增益調節(jié)電路包括場效應管和第一放大器，所述場效應管柵極G與增益調節(jié)模塊的輸出端連接，場效應管源極S通過電阻R8連接到第一放大器的輸出端，場效應管漏極D連接到第一放大器的反向輸入端，所述場效應管源極S和漏極D之間通過電阻R6連接，所述第一放大器的反向輸入端用于與目標信號連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的目標信號的自動增益調節(jié)方法，其特征在于，所述步驟2)是利用數(shù)字增益調節(jié)電路實現(xiàn)，該數(shù)字增益調節(jié)電路包括第二放大器和數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器的調節(jié)輸出端連接到第二放大器的反向輸入端，所述數(shù)字電位器的A端與第二放大器的輸出端連接，所述數(shù)字電位器的調節(jié)輸出端和A端之間通過電容連接，所述數(shù)字電位器的SPI接口與增益調節(jié)模塊的輸出端連接，所述第二放大器的反向輸入端與第一放大器的輸出端相連。
9.根據(jù)權利要求8所述的目標信號的自動增益調節(jié)方法，其特征在于，所述步驟4)通過設定幅值上下限對前置增益調節(jié)電路和數(shù)字增益調節(jié)電路的增益系數(shù)進行調節(jié)，當不存在大于下限的數(shù)據(jù)點時，增益向上調節(jié)，當存在大于上限的數(shù)據(jù)點時，增益向下調節(jié)。
10.根據(jù)權利要求9所述的目標信號的自動增益調節(jié)方法，其特征在于，所述步驟4)在對數(shù)據(jù)點進行增益調節(jié)時，其增益調節(jié)步長根據(jù)數(shù)據(jù)點幅值變化的快慢而變化。
【文檔編號】H03G3/30GK104393852SQ201410723936
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權日:2014年12月2日
【發(fā)明者】張新朝, 李志攀, 張謙, 史曉華, 段萌, 張飛 申請人:中國空空導彈研究院