论文部分内容阅读
摘要：在侦察告警设备中，虚警率的高低是设备性能的重要指标，无效宽脉冲信号会导致虚警率提高。本文采用两种方法，一种是基本硬件电路的方法，另一种为大规模集成电路的方法，都可以解决宽脉冲的剔除问题。这些方法简单有效，可适用于多种侦察设备电路中。
关键词：宽脉冲 剔除 时序分析
1 引言
在侦察设备中，传感器输出的信号不仅包含着有效信息，同时也含有大量的无效信息。这些无效信息就会造成侦察设备的虚假告警。虚警率的高低直接决定着设备的性能好坏。
侦察设备的传感器输出的有效信息，相对于无效信息，其脉冲宽度有限。传感器输出的宽脉冲信号，是导致设备虚警率高的重要原因。本文采用逻辑电路控制的方式，提供两种逻辑电路，有效剔除宽脉冲信号，降低设备的虚警率。
2 宽脉冲产生虚警原因分析
干扰信号是造成侦查告警设备虚警的最主要原因。告警设备内部产生的干扰，电源产生的干扰，外部电源、电磁源产生的干扰等都会使虚警率大幅度增加，甚至使侦查告警设备无法正常工作。
探测器接收到的激光功率为：
(1)
其中：P为规定波长激光源出光功率；
L为甲乙两地之间的距离；
D为到达待测设备光学窗口的光斑直径，假设激光束散角为θ，则
D=θ·L；
α为大气衰减系数。
由上式(1)我们当延长探测器与激光源之间的距离L和激光束散角θ时，Ps便会降低。
设探测器的阈值电流为It，It越小，灵敏度越高。因此若延长告警距离和提高截获面积，必须减小阈值电流It。
设功率为PS的激光信号经光电转换生成电流Is,设各种干扰和噪声产生的扰动电流为In，探测器输出信噪比为：
(2)
Isi和It都高于It时，若提高探测器的灵敏度，Is减小，而In大小基本不变。当Is小到和In相近时，虚警率也相应提高。
当SNR≤1时，探测器便无法区分是激光信号还是噪声，探测器输出脉冲经过放大后，脉冲宽度为有效信号和无效信号的临界值。如果脉冲宽度过大，超过有效信号的临界值，信号为虚警信号。
采取一定方法，剔除超过标准的无效宽脉冲，可以有效减少虚警。
3宽脉冲剔除基本硬件电路实现方法
3.1 基本方法
宽脉冲剔除的硬件方法很简单，主要电路器件为74123(以下简称“123”)。如图1所示。用输入信号S输入触发产生一个指定宽度的脉冲信号S标准， S输入和S标准相与得到有效信号S有效，S输入和S标准或非得到无效信号S无效。
图1宽脉冲剔除的硬件电路
宽脉冲剔除电路的波形如图2 所示，其中P1为正常的脉冲信号，P2为宽脉冲信号。从图2可以看出，对应着P1脉冲S有效产生一个正脉冲，表示P1为有效脉冲。对应着P2脉冲S无效产生一个正脉冲，表示P2为宽脉冲。因此用S有效信号代替S输入，就可以剔除脉冲宽度超过设定宽度的脉冲。
图2宽脉冲剔除电路波形
3.2 基本方法出现的问题
图1所示的电路简单，当不需要S无效信号时，采用此电路可以简化设计。在实际应用中，需要用到S无效信号来清零输入信号高速锁存器，发现锁存的信号有时不正确。通过时序分析，发现在输入信号为有效脉冲时，S无效信号也会产生一个窄脉冲，如图3所示。
图3宽脉冲剔除实际电路波形
S输入信号通过触发单稳123产生标准脉冲宽度信号S标准，由于单稳123本身的延迟特性造成S标准信号产生一定的延迟，导致S无效信号会产生一个窄脉冲，此窄脉冲的宽度取决于单稳123芯片的反应时间。
3.3优化解决方法
选用高速单稳123，提高单稳123的反应时间，缩短S无效信号窄脉冲的宽度，使窄脉冲对后续电路不产生影响。此方法可以降低出错概率，但不能完全解决问题。
通过上面的分析，产生错误的原因是S标准比S输入延迟，将S标准信号的前沿向前扩展或在S输入信号与或操作之前将其前沿向后压缩均可解决问题。这里我们采取将S输入信号比S标准信号多出来的前沿向后压缩的方法，电路实现简单，如图4所示。
图4修正后的宽脉冲剔除硬件电路
修正后的宽脉冲剔除电路波形如图5所示。SB信号为S输入信号前沿压缩后的信号，其前沿与S标准信号一致，后沿与S输入信号一致，解决了因为器件延迟造成S无效信号出错的问题。
图5修正后的宽脉冲剔除实际电路波形
4大规模集成电路实现方法
利用分立器件搭建电路可以实现对宽脉冲干扰信号的剔除，但分立器件延时不定，易受干扰，稳定性差，容易形成新的干扰信号。这里采用大规模集成电路的一种CPLD器件来实现。CPLD芯片延时可预测，稳定性好，设计灵活，抗干扰性强，克服了硬件分立器件的不足。
在侦察设备的输入端，有一电信号，宽度为Tw，有效信号脉冲最大宽度为Ts。经过处理后需要达到的目的是：当Tw大于Ts时，剔除该电信号；如果Tw小于或等于Ts，则作为有效激光信号处理。利用CPLD设计平台QuartusII软件设计原理图如下(为了直观，采用原理图设计方式)：
图6 宽脉冲信号剔除方法原理图
在图6中，“外部清零”为外部控制清零信号输入端，“时钟信号”为外部时钟信号输入端，“电信号”为电脉冲信号输入端。输入电信号常态为高电平，信号为负脉冲信号，触发器上升沿触发。常态时，计时器的使能输入端为低电平，计时器不能工作。负脉冲信号到来，计时器使能，开始计时(外部时钟一直工作)，“cout”为计时器输出端，计时器计时到Ts大小时，“cout”输出高电平信号。“sclr”为计时器的清零复位端。有图6可以得出下列结论：
Tw＞Ts 一直低电平；
Tw≤Ts 电平变化，由低变高。
也即是说，当脉冲宽度大于或等于有效信号的最大宽度时，信号被屏蔽；脉冲宽度小于有效信号的最大宽度时，输出电平变化，信号顺利通过。实现了宽脉冲的剔除。
5结论
本文就侦察设备宽脉冲导致的虚警问题的给出两种解决方法。方法简单，实用性强，稍作修改可用于多种侦察设备的宽脉冲剔除电路中。
参考文献
标准集成电路数据手册。电子工业出版社，1993.6
关键词：宽脉冲 剔除 时序分析
1 引言
在侦察设备中，传感器输出的信号不仅包含着有效信息，同时也含有大量的无效信息。这些无效信息就会造成侦察设备的虚假告警。虚警率的高低直接决定着设备的性能好坏。
侦察设备的传感器输出的有效信息，相对于无效信息，其脉冲宽度有限。传感器输出的宽脉冲信号，是导致设备虚警率高的重要原因。本文采用逻辑电路控制的方式，提供两种逻辑电路，有效剔除宽脉冲信号，降低设备的虚警率。
2 宽脉冲产生虚警原因分析
干扰信号是造成侦查告警设备虚警的最主要原因。告警设备内部产生的干扰，电源产生的干扰，外部电源、电磁源产生的干扰等都会使虚警率大幅度增加，甚至使侦查告警设备无法正常工作。
探测器接收到的激光功率为：
(1)
其中：P为规定波长激光源出光功率；
L为甲乙两地之间的距离；
D为到达待测设备光学窗口的光斑直径，假设激光束散角为θ，则
D=θ·L；
α为大气衰减系数。
由上式(1)我们当延长探测器与激光源之间的距离L和激光束散角θ时，Ps便会降低。
设探测器的阈值电流为It，It越小，灵敏度越高。因此若延长告警距离和提高截获面积，必须减小阈值电流It。
设功率为PS的激光信号经光电转换生成电流Is,设各种干扰和噪声产生的扰动电流为In，探测器输出信噪比为：
(2)
Isi和It都高于It时，若提高探测器的灵敏度，Is减小，而In大小基本不变。当Is小到和In相近时，虚警率也相应提高。
当SNR≤1时，探测器便无法区分是激光信号还是噪声，探测器输出脉冲经过放大后，脉冲宽度为有效信号和无效信号的临界值。如果脉冲宽度过大，超过有效信号的临界值，信号为虚警信号。
采取一定方法，剔除超过标准的无效宽脉冲，可以有效减少虚警。
3宽脉冲剔除基本硬件电路实现方法
3.1 基本方法
宽脉冲剔除的硬件方法很简单，主要电路器件为74123(以下简称“123”)。如图1所示。用输入信号S输入触发产生一个指定宽度的脉冲信号S标准， S输入和S标准相与得到有效信号S有效，S输入和S标准或非得到无效信号S无效。
图1宽脉冲剔除的硬件电路
宽脉冲剔除电路的波形如图2 所示，其中P1为正常的脉冲信号，P2为宽脉冲信号。从图2可以看出，对应着P1脉冲S有效产生一个正脉冲，表示P1为有效脉冲。对应着P2脉冲S无效产生一个正脉冲，表示P2为宽脉冲。因此用S有效信号代替S输入，就可以剔除脉冲宽度超过设定宽度的脉冲。
图2宽脉冲剔除电路波形
3.2 基本方法出现的问题
图1所示的电路简单，当不需要S无效信号时，采用此电路可以简化设计。在实际应用中，需要用到S无效信号来清零输入信号高速锁存器，发现锁存的信号有时不正确。通过时序分析，发现在输入信号为有效脉冲时，S无效信号也会产生一个窄脉冲，如图3所示。
图3宽脉冲剔除实际电路波形
S输入信号通过触发单稳123产生标准脉冲宽度信号S标准，由于单稳123本身的延迟特性造成S标准信号产生一定的延迟，导致S无效信号会产生一个窄脉冲，此窄脉冲的宽度取决于单稳123芯片的反应时间。
3.3优化解决方法
选用高速单稳123，提高单稳123的反应时间，缩短S无效信号窄脉冲的宽度，使窄脉冲对后续电路不产生影响。此方法可以降低出错概率，但不能完全解决问题。
通过上面的分析，产生错误的原因是S标准比S输入延迟，将S标准信号的前沿向前扩展或在S输入信号与或操作之前将其前沿向后压缩均可解决问题。这里我们采取将S输入信号比S标准信号多出来的前沿向后压缩的方法，电路实现简单，如图4所示。
图4修正后的宽脉冲剔除硬件电路
修正后的宽脉冲剔除电路波形如图5所示。SB信号为S输入信号前沿压缩后的信号，其前沿与S标准信号一致，后沿与S输入信号一致，解决了因为器件延迟造成S无效信号出错的问题。
图5修正后的宽脉冲剔除实际电路波形
4大规模集成电路实现方法
利用分立器件搭建电路可以实现对宽脉冲干扰信号的剔除，但分立器件延时不定，易受干扰，稳定性差，容易形成新的干扰信号。这里采用大规模集成电路的一种CPLD器件来实现。CPLD芯片延时可预测，稳定性好，设计灵活，抗干扰性强，克服了硬件分立器件的不足。
在侦察设备的输入端，有一电信号，宽度为Tw，有效信号脉冲最大宽度为Ts。经过处理后需要达到的目的是：当Tw大于Ts时，剔除该电信号；如果Tw小于或等于Ts，则作为有效激光信号处理。利用CPLD设计平台QuartusII软件设计原理图如下(为了直观，采用原理图设计方式)：
图6 宽脉冲信号剔除方法原理图
在图6中，“外部清零”为外部控制清零信号输入端，“时钟信号”为外部时钟信号输入端，“电信号”为电脉冲信号输入端。输入电信号常态为高电平，信号为负脉冲信号，触发器上升沿触发。常态时，计时器的使能输入端为低电平，计时器不能工作。负脉冲信号到来，计时器使能，开始计时(外部时钟一直工作)，“cout”为计时器输出端，计时器计时到Ts大小时，“cout”输出高电平信号。“sclr”为计时器的清零复位端。有图6可以得出下列结论：
Tw＞Ts 一直低电平；
Tw≤Ts 电平变化，由低变高。
也即是说，当脉冲宽度大于或等于有效信号的最大宽度时，信号被屏蔽；脉冲宽度小于有效信号的最大宽度时，输出电平变化，信号顺利通过。实现了宽脉冲的剔除。
5结论
本文就侦察设备宽脉冲导致的虚警问题的给出两种解决方法。方法简单，实用性强，稍作修改可用于多种侦察设备的宽脉冲剔除电路中。
参考文献
标准集成电路数据手册。电子工业出版社，1993.6