TEACO:脉冲激光测距机中 接收机设计及研制结果
TEACO:脉冲激光测距机中 接收机设计及研制结果
作者:蒋荣领
一、前言
被称为第三代激光测距仪机的TEACO:激光测距机,以其10.6 m波长处于大气窗口的特点,以及穿透战场烟雾能力强.对人眼安全,易于外差接收,接收灵敏度较之直接探测可高几个数量级,同时还可以与红外前视系统兼容等优点,促使世界各国,特别是军事强国竞相研制 由于其先进性和竞争性,近几年很少有详细报道 在我国TEACO~激光测距机的研制也一肖受到足够的重视。我所从八十年代初开始体制研究,经过十多年的艰苦努力,于一九九二年TEAco 激光测距机样机通过了部级鉴定。结论是:处国内领先水平,国际八十年代中期先进水平。
本文介绍的接收机是其性样的接收机方案,照此设计研制的接收机通过了平面联试,系统联试和外场实验。实践证明本方案可行,适用,达到了研制目的。下面介绍该接收机方案和研制结果。
二、总体分配的主要技术指标
根据激光测距机总体需要,分配给接收机的主要技术指标如下
1、回收的光脉冲功率PL
R=0.15 W ~ 0.5 W
2、HgCdTe探浏器指标(按参数的凛 试条件)
D‘一1×10”cm √Hz/W
A = O.4× 0.4(ram )
R—a000V/W
3、接收机带宽B
B: lOM Hz
4、总增益K
K = 65dB
5、输出电压
正极性≤lv
6、噪声系统
F一4~ 5dB
脉宽60ns 输出电阻5O0n左右。
三、接收机灵敏度计算
1、HgCdTe探测器的最小可探测功率NEP的计算
NEP的定义:如果投射到探测器面上的红外辐射功率所产生的输出电压正好等于探测器本身的噪声电压,这个辐射功率就叫做“等效噪声功率”,即NEP。
在计算NEP时可 由给定的D‘推出。最小可探测功率为0.01 26 w,但是在上式中,D‘取值是在低频测试条件下的值,而实际用在高频,一般来说高频效果不如低频好。从以前的外差实验和调幅测距机实验中得知,在高频D’为1o ~lo 左右,若精制前放和调节接口也很难做到1o ,因此NFP应太于0.O126 w ,故取NEP≤0. w 。
2、输人信噪比
输入信噪比由探测器的电压响应度R可以换算出。
(1)探测器输出电压
若回波功率为0.15 w 时,其信噪比应≥1.5倍,若回波功率为0.5 w 时,V。一R×0.5=4000× 0.5— 2(m V ).
(2)探测器输出噪声电压
V 一RXNEP=4000×0.14o.4(mV)【见NEP取值)
(3)信噪比
9V·/V ≥ 5根据有关资料可知,此信噪比可满足测距机要求。
3、电子部件噪声电压的计算
因为探测器缩定的输出电阻为5o0,由最佳传输理论知,电子部件的输入电阻应为5on,根据系统噪声分析理论,部件噪声主要取决于热噪声(其它噪声相对小些),而往往热噪声又是以等效输入电阻产生的噪声电压来计算。
五、接收机指标分配
1.接收机的组成
接收机分别由下列组成:(1)光学接收望远镜;(2)光电转换器(探测器);(3)前置放大器;(4)视频放大器;(5)供电电源等五部份组成。总体明确(1)(5)分别由光学和电源分机负责。接收机负责其余部份,下面就各部份技术指标进行确定和分配。
2.接收器件(探测器)
选用北京生产的HgCdTe探测器,给定指标如下:
D‘一2×”cm /Hz/w (测试条件按说明书)
光敏面;A:O.4×0.4(mm) (正方形)
电压响应度:R一4000V/W
输出电阻;RD一50n
响应带宽;B一100MHz
响应时间:1个毫微秒
制冷方式:灌注液氮,一次制冷后可以使用44,时。
3.前置放大器
输入输出电阻均为50fl,V,一500~V,Uo≤ 10mY
增益K =30dB;带宽B1—13MHz;F一3dB
输入输出均为正脉{中信号,t 一25ns
脉宽为60ns(参考值)
4.视频放大器
输入电阻为50fl,输出电阻≤300N,输入输出均为正脉i巾信号。
t一一25ns r= 60ns
输入电压lOmV,输出电压l伏。
增益K 一40dB 带宽B 一20MHz
噪声系数 F一4~5dB
六、设计确定的接收机主要指标
2.主要技术参数:
输入 电阻500
输入电压600~V
带 宽l!MHz
噪声系数3dB
输出电阻≤300fl
输出电压≤1V
七、接收机研制结果
接收机经过精心研制,长期加电考验后,经总体测定指标如下:
带宽B—llMHz
总增益K,≥70dB
噪声系数F≤3dB
输出电阻≤300fl
正脉冲输出电压≥ 1伏
上述测试结果表明,研制的接收机基本与设计的相吻合,全部指标均满足总体要求,部份指标优于总体下达的指标。接收机经过测距机系统联试和长期的野外实验,均未出现过问题,使用效果较好,完成了TEACO。激光脉冲测距机体制研究的任务。
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