[发明专利]一种激光接收机设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光探测技术领域，且特别涉及一种激光接收机设计方法，可应用于武器系统中，如模拟导弹、智能型炮弹或火箭等武器，还可应用于民用领域中，如倒车预警，远距离测量，所有民用中需要测量距离的场合。

背景技术

和平时期的军事训练是部队提高作战水平的根本途径和重要保证。然而，实弹训练要耗费大量的武器弹药，这给军队的财政预算带来了巨大的困难，迫使部队不得不减少训练计划，从而影响了指战人员掌握一些武器的能力，特别是在以高技术为基础的现代化武器系统中，这一矛盾就更加突出了。此外，真枪实弹的训练总会存在发生意外伤亡事故的危险，发射必须在距离人工靶足够远处进行，且无法客观、公正、高效地统计和显示训练的成绩和结果。而对于更复杂和更高级的武器系统，例如导弹和智能型炮弹等，就根本不能有效地进行训练了。

然而，应用激光技术就可望使上述问题得到圆满解决。首先，激光武器模拟系统不仅可以模拟步枪、机枪一类简单武器，而且可以相当逼真地模拟导弹、智能型炮弹或火箭等武器的发射，估计其效果，并显示射手和目标的状况。其次，它可以让使用不同武器系统攻击对方目标的双方战斗人员都得到训练。最后，由于激光发射一个脉冲的费用微不足道，因而，每个战士可以进行数百次乃至上千次模拟发射，且每次发射后都能收到完整的信息，指出其操作的正确或错误所在，从而可以大大地提高指战人员的实战能力。

目前共有两种激光探测技术，即激光直接(非相干)探测技术和激光相干探测技术。其中，激光直接探测技术是将待测光信号直接入射到光探测器的光敏面上，光探测器响应于光辐射强度，并输出相应的电流或电压。激光相干探测技术则是利用两个或多个光场在探测器光敏面上交跌相干性，实现光混频，其差频保留了被探测光场信息特征的检测方法。虽然激光相干探测的灵敏度高，作用距离较远，抗干扰的能力也较强，但其设计较为复杂，成本高。所以结合本设计的应用背景，用直接探测的方法，因为其易于实现，可靠性高，成本低，技术也较为成熟。根据这种探测方式，本案给出相应的接收机的设计方法。

对于直接探测方式下激光探测接收机的设计关键是：因为硅光电二极管的输出信号很微弱，要想有效地利用，就必须对探测器输出信号进行适当地放大。然而在放大的过程中，由于原有噪声以及放大电路自身包含的噪声，所以经放大输出后的信号将包含更强的噪声，信噪比也进一步减小，甚至导致无法利用有用信号。因此，在设计前置放大电路时，应尽量减小其噪声，而这必须考虑前置放大电路和探测器的耦合问题。以下就围绕着如何设计性能良好的低噪声放大电路进行讨论。

发明内容

本发明提出一种激光接收机设计方法，以智能型反坦克地雷为研究对象，更加真实有效地模拟其训练过程且客观可靠地评估目标毁伤的程度，从而成功解决了由其训练危险性大、成本高造成长期无法正常训练的难题。

本发明旨在解决对于直接探测方式下激光探测接收机的设计关键问题，即因为硅光电二极管的输出信号很微弱，要想有效地利用，就必须对探测器输出信号进行适当地放大。然而在放大的过程中，由于原有噪声以及放大电路自身包含的噪声，所以经放大输出后的信号将包含更强的噪声，信噪比也进一步减小，甚至导致无法利用有用信号。因此，在设计前置放大电路时，应尽量减小其噪声，而这必须考虑前置放大电路和探测器的耦合问题。

为了达到上述目的，本发明提出一种激光接收机设计方法，包括下列步骤：

根据硅光电二极管探测器选定的负载，利用放大器的噪声模型式计算放大电路的噪声系数和最佳源电阻；

判断是否满足预期信噪比的要求以及负载是否等于最佳源电阻；

若不满足要求时，就应采取相应的耦合措施使探测器和前置放大电路的阻抗匹配；

根据探测器输出信号电压的大小、响应特性以及激光发射机频率的变化范围指标来确定前置放大电路的增益和带宽。

进一步的，所述放大器采用低噪声运算放大器，采取直接耦合方式使探测器和前置放大电路的阻抗匹配。

进一步的，所述放大电路的噪声系数和最佳源电阻采用以下放大器的噪声模型式计算：