FPGA弹载红外探测信号处理模块设计(2)
末敏弹是一种末端敏感弹药，一个炮弹中可以携带多枚末敏子弹，因此一个携带末敏子弹的炮弹可以打击多个装甲目标[1]。末敏弹的发射平台可以是普通的火炮，由火炮阵地发射的末敏弹可以给目标区域的装甲集群进行毁灭性打击。母弹由自动火炮发射到目标上空，在高度下落到400~800米时依次抛射子弹。子弹能够在涡旋式旋转降落伞的作用下以稳旋稳速的状态下落并对下方扫描[2]。降落伞作用下末敏弹以10m/s速度下落，同时以3r/s稳定旋转，旋转过程中实现目标探测，识别目标后控制子弹爆炸从顶部毁伤装甲目标。火炮发射的炮弹能投送到几十公里外的目标上空因此末敏弹作战距离远，末敏弹采用了末制导系统相比普通的炮弹命中概率高，子母弹的形式和火炮的发射方式使得末敏弹的毁伤效果很好。与反坦克导弹相比末敏弹还有很高的效费比，并且能实现发射后不管，大大增加了我方人员的战场生存能力。
图 1.1 末敏弹扫描过程示意图
探测器系统是在末端敏上弹道末端探测、发现、识别目标的 “眼睛”。它能在日益复杂的电子环境和恶劣的自然环境中探测、识别金属目标，探测器通常包括红外探测器和毫米波探测器[3]。其中红外探测器通过探测目标与背景向外界辐射红外线能量的差异识别目标。与其他的探测器相比红外探测器有很高的识别精度和角分辨率，但是由于云、雾、烟尘对红外线的散射，红外探测器的正常工作受战场硝烟的影响很大。红外探测器分制冷型和非制冷型，弹载探测的工作环境要求探测系统具有体积下、响应快的特点，而制冷型红外探测器体积大、预热时间长，因此多采用灵敏度较低的非制冷型红外探测器。
被动工作的红外探测器所采集的信号比其他主动体制的探测器采集的信号幅度小，背景和噪声的干扰也更加明显，需要对该信号作更加复杂的信号处理来提高信噪比，提高发现概率。探测器信号处理电路的任务就是对输出信号进行模拟调理、模数转换，再将得到的数字信号送入处理芯片进行数字信号处理，最终达到目标识别的目的。
1.2 国内外研究现状
1.3本文的主要工作
第二章首先通过辐射度学基本原理和目标辐射亮度的分析得出了装甲目标能被红外探测器识别的原因；然后建立了红外探测模型，讨论了温度和波长的因素对该模型的影响；分析弹目交会的条件，数学推导得出红外探测器信号的数学模型，从高度、方位角、偏移量三个方面分析交会条件变化时对红外探测器信号的影响。
第三章是信号处理硬件电路设计，给出信号处理的流程图，逐步对模拟放大滤波电路、单端转差分电路、数模转换电路、FPGA电路和电源电路进行设计和分析；重点介绍了对信号进行预处理的意义和放大滤波器的参数设计和仿真。
第四章是目标信号的特征提取、目标识别和系统调试，该章首先给出了特征提取应该满足的条件，进一步分析了红外探测器信号的时域、频域特征；然后在FPGA中完成数字信号处理给出目标识别结果；最后系统联试，实测了温度和探测距离对红外探测器输出信号的影响并与理论分析进行了比较。
最后给出了工作的结论和展望。
2 红外探测模型及信号特征分析
进行目标识别的首要条件是:至少有一个目标特性能够将目标从背景中区分出了。目标和背景之间的特性差异产生的探测信号只有能够明显区别于探测器内部噪声信号和背景噪声信号，才能对输出信号进行目标识别[8]。因此利用探测器对目标特征进行识别的首要条件工作是建立目标探测模型，对输出信号进行特征分析。
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