[发明专利]一种基于热致超声的激光打击告警系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光告警的传感器领域，特别是涉及一种基于热致超声的激光打击告警系统。

背景技术

随着激光武器，特别是激光反卫星武器技术的显著发展，在轨卫星面临的激光威胁持续上升。为保护空间资产，有必要开展星载激光告警系统的技术研究。

激光打击告警系统是一种特殊的传感器，它是用于感知、测量、识别敌方激光武器辐射的光电设备，同时要求数据处理系统对系统探测到的信号进行快速的分析与处理，判断是否有激光武器的袭击，将告警信号发送给卫星及遥感器的防护体系，并下传地面控制中心。传统星载激光告警系统包括光学接收部分、光电传感器、信号判别处理、地面通信等。其中，光学接收部分用于接收激光信号，限定探测空间；光电传感器可以保证有效告警并降低系统组成的体积、重量；信号处理系统完成信号识别、信号接口处理等功能；地面通信系统为卫星有效载荷之共用系统，激光告警系统具备与其通信的接口。星载激光告警系统按探测工作原理主要有光谱识别型和成像型。光谱识别型通过探测装置探测到某个波长的激光能量，从而判断可能存在的激光威胁，该系统可探测多个波长的激光，但是不能精确定位来袭方向；成像型通过红外电荷耦合器件(CCD)或位置传感探测器件(PSD)将来袭激光成像，可以精确定位来袭方向，但只能单波长工作。

目前，还未见实际应用的星载威胁激光探测告警系统，但已有一些探索性研究的报道。其中，典型代表是美国“卫星威胁告警与受攻击报告(STW/AR)”研究计划。国内哈工大、中科院等单位开展了星载激光告警系统初步探索研究，设计提出了几种星载激光告警系统方案。

但现有星载激光告警系统设计方案面临诸多难题：如探测视场与定位精度、探测率与虚警率的需求相互矛盾难以兼顾；光学装置具有探测视场受限，探测率低，虚警率高等显著不足，以及告警系统体积、重量、功耗相对较高等。这些技术难题给星载激光告警系统发展造成了巨大障碍。目前现有技术中尚未有一种简便高效的星载激光打击告警系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种基于热致超声原理的新型星载激光告警系统，无需光学探测器，不受探测视场限制，系统复杂性和重量较低。

本发明的技术方案为：一种基于热致超声的激光打击告警系统，包括：压电换能器，布置在载体结构的表面，用于探测激光打击在载体内激发的超声波振动，并将超声波振动信息转化为电信号；信号采集与数据处理系统，与压电换能器电连接，接收来自压电换能器的电信号，并对电信号进行处理和判别之后发出系统指令；告警系统，与信号采集与数据处理系统电连接，执行来自信号采集与数据处理系统的系统指令。

进一步地，还包括：信号放大器和滤波器，电连接压电换能器和信号采集与数据处理系统，将从压电换能器接收到的电信号进行信号放大并将主频外的干扰噪声滤除之后再发送给信号采集与数据处理系统。

进一步地，还包括：A/D转换电路，电连接信号放大器和滤波器，将从信号放大器和滤波器的模拟信号转换为数字量，再通过数据总线送至信号采集与数据处理系统。。

进一步地，信号采集与数据处理系统包括信号采集部分和数字信号处理部分，信号采集部分采集数据总线中的数据，数字信号处理部分进行信号采集部分采集的数据的处理和判别，并发出系统指令。。

进一步地，还包括：波形信号处理与特征判读系统，从信号采集与数据处理系统读出超声波振动信息的回波信号，进行回波信号的分析和判读。

进一步地，波形信号处理与特征判读系统包括：示波器，采集回波信号。

进一步地，波形信号处理与特征判读系统包括：波形信号分析仪，从示波器读取回波信号，进行回波信号的分析和判读。

进一步地，包括：星载分析计算机，连接波形信号处理与特征判读系统，接收波形信号分析仪的分析结果，进行打击位置目标的反演与定位。

进一步地，还包括：波形信号数据库，储存地面试验建立的多类型激光源与卫星本体材料作用产生的波形信号，将波形信号与信号采集与数据处理系统收集的电信号对比，判读是否存在激光热致超声波产生。

本发明与现有技术相比的优点在于：由于采用基于激光热致超声原理实现星载激光告警和照射定位，因此告警系统无需光学探测器，不受探测视场限制，降低了系统复杂性和重量；此外，由于特定参数激光照射卫星本体产生的热致超声波形信号较为固定，利用热致超声信号进行感知告警和波形源目标反演定位可实现高定位精度和高探测率、低虚警率告警的目标。同时，本发明涉及的告警系统组成较为简单，在部件体积、重量和功耗方面也具有明显优点。