偵察設備中干擾寬脈沖信號的剔除辦法

摘要：在偵察告警設備中，虛警率的高低是設備性能的重要指標，無效寬脈沖信號會導致虛警率提高。本文采用兩種方法，一種是基本硬件電路的方法，另一種為大規模集成電路的方法，都可以解決寬脈沖的剔除問題。這些方法簡單有效，可適用于多種偵察設備電路中。

關鍵詞：寬脈沖 剔除 時序分析

1 引言

在偵察設備中，傳感器輸出的信號不僅包含著有效信息，同時也含有大量的無效信息。這些無效信息就會造成偵察設備的虛假告警。虛警率的高低直接決定著設備的性能好壞。

偵察設備的傳感器輸出的有效信息，相對于無效信息，其脈沖寬度有限。傳感器輸出的寬脈沖信號，是導致設備虛警率高的重要原因。本文采用邏輯電路控制的方式，提供兩種邏輯電路，有效剔除寬脈沖信號，降低設備的虛警率。

2 寬脈沖產生虛警原因分析

干擾信號是造成偵查告警設備虛警的最主要原因。告警設備內部產生的干擾，電源產生的干擾，外部電源、電磁源產生的干擾等都會使虛警率大幅度增加，甚至使偵查告警設備無法正常工作。

探測器接收到的激光功率為：

(1)

其中：P為規定波長激光源出光功率；

L為甲乙兩地之間的距離；

D為到達待測設備光學窗口的光斑直徑，假設激光束散角為θ，則

D=θ·L；

α為大氣衰減系數。

由上式(1)我們當延長探測器與激光源之間的距離L和激光束散角θ時，Ps便會降低。

設探測器的閾值電流為It，It越小，靈敏度越高。因此若延長告警距離和提高截獲面積，必須減小閾值電流It。

設功率為PS的激光信號經光電轉換生成電流Is，設各種干擾和噪聲產生的擾動電流為In，探測器輸出信噪比為：

(2)

Isi和It都高于It時，若提高探測器的靈敏度，Is減小，而In大小基本不變。當Is小到和In相近時，虛警率也相應提高。

當SNR≤1時，探測器便無法區分是激光信號還是噪聲，探測器輸出脈沖經過放大后，脈沖寬度為有效信號和無效信號的臨界值。如果脈沖寬度過大，超過有效信號的臨界值，信號為虛警信號。

采取一定方法，剔除超過標準的無效寬脈沖，可以有效減少虛警。

3寬脈沖剔除基本硬件電路實現方法

3.1 基本方法

寬脈沖剔除的硬件方法很簡單，主要電路器件為74123(以下簡稱“123”)。如圖1所示。用輸入信號S輸入觸發產生一個指定寬度的脈沖信號S標準， S輸入和S標準相與得到有效信號S有效，S輸入和S標準或非得到無效信號S無效。

圖1寬脈沖剔除的硬件電路

寬脈沖剔除電路的波形如圖2 所示，其中P1為正常的脈沖信號，P2為寬脈沖信號。從圖2可以看出，對應著P1脈沖S有效產生一個正脈沖，表示P1為有效脈沖。對應著P2脈沖S無效產生一個正脈沖，表示P2為寬脈沖。因此用S有效信號代替S輸入，就可以剔除脈沖寬度超過設定寬度的脈沖。

圖2寬脈沖剔除電路波形

3.2 基本方法出現的問題

圖1所示的電路簡單，當不需要S無效信號時，采用此電路可以簡化設計。在實際應用中，需要用到S無效信號來清零輸入信號高速鎖存器，發現鎖存的信號有時不正確。通過時序分析，發現在輸入信號為有效脈沖時，S無效信號也會產生一個窄脈沖，如圖3所示。

圖3寬脈沖剔除實際電路波形

S輸入信號通過觸發單穩123產生標準脈沖寬度信號S標準，由于單穩123本身的延遲特性造成S標準信號產生一定的延遲，導致S無效信號會產生一個窄脈沖，此窄脈沖的寬度取決于單穩123芯片的反應時間。

3.3優化解決方法

選用高速單穩123，提高單穩123的反應時間，縮短S無效信號窄脈沖的寬度，使窄脈沖對后續電路不產生影響。此方法可以降低出錯概率，但不能完全解決問題。

通過上面的分析，產生錯誤的原因是S標準比S輸入延遲，將S標準信號的前沿向前擴展或在S輸入信號與或操作之前將其前沿向后壓縮均可解決問題。這里我們采取將S輸入信號比S標準信號多出來的前沿向后壓縮的方法，電路實現簡單，如圖4所示。

圖4修正后的寬脈沖剔除硬件電路

修正后的寬脈沖剔除電路波形如圖5所示。SB信號為S輸入信號前沿壓縮后的信號，其前沿與S標準信號一致，后沿與S輸入信號一致，解決了因為器件延遲造成S無效信號出錯的問題。

圖5修正后的寬脈沖剔除實際電路波形

4大規模集成電路實現方法

利用分立器件搭建電路可以實現對寬脈沖干擾信號的剔除，但分立器件延時不定，易受干擾，穩定性差，容易形成新的干擾信號。這里采用大規模集成電路的一種CPLD器件來實現。CPLD芯片延時可預測，穩定性好，設計靈活，抗干擾性強，克服了硬件分立器件的不足。

在偵察設備的輸入端，有一電信號，寬度為Tw，有效信號脈沖最大寬度為Ts。經過處理后需要達到的目的是：當Tw大于Ts時，剔除該電信號；如果Tw小于或等于Ts，則作為有效激光信號處理。利用CPLD設計平臺QuartusII軟件設計原理圖如下(為了直觀，采用原理圖設計方式)：

圖6 寬脈沖信號剔除方法原理圖

在圖6中，“外部清零”為外部控制清零信號輸入端，“時鐘信號”為外部時鐘信號輸入端，“電信號”為電脈沖信號輸入端。輸入電信號常態為高電平，信號為負脈沖信號，觸發器上升沿觸發。常態時，計時器的使能輸入端為低電平，計時器不能工作。負脈沖信號到來，計時器使能，開始計時(外部時鐘一直工作)，“cout”為計時器輸出端，計時器計時到Ts大小時，“cout”輸出高電平信號。“sclr”為計時器的清零復位端。有圖6可以得出下列結論：

Tw＞Ts 一直低電平；

Tw≤Ts 電平變化，由低變高。

也即是說，當脈沖寬度大于或等于有效信號的最大寬度時，信號被屏蔽；脈沖寬度小于有效信號的最大寬度時，輸出電平變化，信號順利通過。實現了寬脈沖的剔除。

5結論

本文就偵察設備寬脈沖導致的虛警問題的給出兩種解決方法。方法簡單，實用性強，稍作修改可用于多種偵察設備的寬脈沖剔除電路中。

參考文獻

標準集成電路數據手冊。電子工業出版社，1993.6