引言

　　紅外密集度光電立靶測試系統(tǒng)是一種用于測量低伸彈道武器射擊密集度的新型的測試系統(tǒng)，它既可用于金屬彈丸的測試，又可測試非金屬彈丸，具有反映靈敏、精度高而穩(wěn)定、操作簡單、容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已被許多靶場投入使用。

　　光電靶的基本原理是：當(dāng)光幕內(nèi)的光通量發(fā)生足夠大的變化時，光電傳感器會響應(yīng)這種變化而產(chǎn)生電信號。這就是說，一些非彈丸物體在穿過光幕時也會使光幕內(nèi)的光通量發(fā)生變化以使光電傳感器產(chǎn)生電信號。從原理上講。這種現(xiàn)象并非異常，而從測試來講，則屬于干擾。在具體靶場測試中，當(dāng)干擾嚴(yán)重時，可能會導(dǎo)致測試無法進(jìn)行，從而給測試工作帶來困難。因此，如何排除干擾，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，是一個必須解決的問題。

　　紅外密集度光電立靶測試系統(tǒng)在使用中會受到各種干擾，其中影響最大的有三種：一是“蚊蟲”干擾，即指蚊蟲等低速物體飛過紅外光幕時引起的誤觸發(fā)現(xiàn)象；二是“沖擊波”干擾，指在亞音速彈丸測試中，由于音速高于彈速使得聲波先于彈丸到達(dá)光幕而引起的誤觸發(fā)現(xiàn)象：三是一些伴隨彈丸穿過光幕的細(xì)小物體和外界光線的變化所引起光幕內(nèi)光通量的變化而產(chǎn)生的干擾信號，但這種信號幅值一般都較小。

　　1 理論分析

　　光電靶在工作時，光電傳感器會響應(yīng)光幕內(nèi)光通量的變化，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯碾娦盘?，?jīng)放大后進(jìn)入電壓比較器。當(dāng)其幅值高于預(yù)定基準(zhǔn)時，則電壓比較器翻轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。

　　由于隨彈丸穿過光幕的細(xì)小物體和外界光線變化產(chǎn)生的信號幅值比較小，因此，通過對電壓比較器設(shè)置合適的比較門限便可濾除這種信號。在靶廠實際測試中，這種干擾信號幅值一般小于0.8 V，這樣，只要在電路中將電壓比較器的門限電平設(shè)為0.8 V便可消除這種干擾。

　　根據(jù)光電靶的工作原理，穿過光幕的飛行物體速度不同，遮擋光幕的時間就不同，電路中比較器所產(chǎn)生的方波脈沖的寬度也就不同。與彈丸相比，蚊蟲的飛行速度要低得多，當(dāng)蚊蟲穿過光幕時，產(chǎn)生的方波脈沖的寬度要比彈丸產(chǎn)生的寬；而在亞音速彈測試中，彈丸速度低于聲速，這樣，由聲波引起的脈沖寬度將小于彈丸產(chǎn)生的方波脈沖寬度。因此，從原理上說，在比較器后利用濾波電路來濾除干擾信號是有可能的。

　　2 利用CPLD實現(xiàn)濾波及抗干擾

　　本文所給出的電路的主要功能是抗沖擊波和蚊蟲干擾，并把有效彈丸信號變成脈沖寬度為50μs的信號，然后輸出到下級電路進(jìn)行處理。設(shè)計中采用的芯片是MAX7000系列的EPM7128SLC84-15芯片。下面就如何實現(xiàn)濾波和抗干擾作以詳細(xì)介紹。

　　2.1 電路原理

　　物體穿過光幕時所產(chǎn)生的方波脈沖寬度可用下式計算：

　　式中，ι為飛行物的長度，d為光幕面的厚度，υ為飛行物的速度。若沖擊波以聲速計算(υ為340 m／s)，d=3 mm，則沖擊波穿過光幕所產(chǎn)生的方波信號脈沖寬度約為8.8μs；若υ為330 m／s，則t1約等于9.1μs。若蚊蟲等飛行物飛行速度υ為20 m／s。物體長度ι大約為10 mm，則蚊蟲飛過光幕產(chǎn)生的方波信號脈沖寬度t2約為650μs。一般情況下，紅外密集度立靶測試系統(tǒng)所測試的彈丸彈速范圍為200～1200 m／s，主要是5.8 mm、7.62mm、9 mm三種彈，沖擊波的影響主要產(chǎn)生于對9x19 mm的手槍彈的測量，該彈丸彈速約為320m／s。根據(jù)彈速和彈長可知，彈丸穿過光幕產(chǎn)生的方波信號脈沖寬度t3為37.5μs。

　　根據(jù)靶場實際測試情況，彈丸穿過光幕時產(chǎn)生的方波信號脈沖寬度基本都小于150μs且大于10μs，故可認(rèn)為，脈沖寬度大于150μs和小于l0μs的信號為無效信號，應(yīng)進(jìn)行剔除，這樣就可將蚊蟲干擾信號和沖擊波信號濾除，從而達(dá)到抗干擾的目的。

　　2.2 抗沖擊波電路

　　圖1所示是該系統(tǒng)中的沖擊波濾除電路。圖2是其仿真波形。圖中，當(dāng)PULSE_IN端出現(xiàn)一個正跳變時，上跳沿使得觸發(fā)器Dl的輸出端產(chǎn)生一個高電平信號，以啟動計數(shù)器開始計數(shù)。計數(shù)器計滿后便在輸出端產(chǎn)生一個正跳變，該上升沿又使觸發(fā)器D3的輸出端產(chǎn)生一個高電平信號。將這兩個信號相與便可得到輸出信號PULSE_OUT1。而PULSE_IN的下降沿到來時，系統(tǒng)又會將計數(shù)器和三個觸發(fā)器同時清零，以等待下一個信號到來。由仿真波形圖可知，當(dāng)PULSE_IN的脈寬小于設(shè)定計時寬度時，便可認(rèn)為是干擾信號并使PULSE_OUT1為低；而當(dāng)PULSE_IN的脈寬大于設(shè)定計時寬度且仍為高時，則認(rèn)為信號有效。PULSE_OUT1為高時，它在PULSE_IN的下降沿變?yōu)榈碗娖剑缘却乱恍盘柕絹怼?/p>

　　2.3 抗蚊蟲干擾電路

　　圖3和圖4分別是該系統(tǒng)的抗蚊蟲干擾電路及其仿真波形。圖中，當(dāng)PULSE_OUT1有一個正跳變時，計數(shù)器開始計數(shù)，計數(shù)器計滿則在cout端產(chǎn)生一個正跳變，并經(jīng)反相后加在觸發(fā)器D4的輸入端，當(dāng)PULSE_OUT1的下降沿到來時，觸發(fā)器D4的輸出端仍輸出低電平信號，輸出信號PULSE_OUT2為低，此時若PULSE_OUT1的脈沖寬度大于等于計數(shù)器計時寬度，PULSE_OUT2端輸出低電平；若計數(shù)器未滿，則cout端將不會有上升沿，觸發(fā)器D4的輸入端為高，并使PULSE_OUT1的下降沿觸發(fā)器D4的輸出端為高，同時，輸出信號PULSE_OUT2為高。而當(dāng)PULSE_OUT1的脈沖寬度小于計數(shù)器計時寬度時，PULSE_OUT2端輸出高電平，同時在PULSE_OUT1上升沿到來時，觸發(fā)器D6的輸出端輸出高電平并經(jīng)反相器后將觸發(fā)器D4和D6同時清零，以等待下一信號的到來。

　　2.4 脈寬設(shè)定電路

　　為了保證彈丸穿過光幕所產(chǎn)生的脈沖信號能夠適合后續(xù)處理電路的需要，本設(shè)計將彈丸穿過光幕產(chǎn)生的脈沖信號全部變?yōu)槊}寬為50μs的脈沖信號再輸出給后續(xù)電路。圖5和圖6分別是其脈寬設(shè)定電路及其仿真波形圖。圖中，當(dāng)PULSE_OUT2有一個正跳變時，觸發(fā)器D7的輸出端輸出高電平并啟動計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器計滿時，計數(shù)器cout出現(xiàn)上升沿，觸發(fā)器D8的輸出端輸出高電平，此高電平信號將計數(shù)器清零，同時經(jīng)反相器反相后接到觸發(fā)器

D7和D8清零端，以將觸發(fā)器D7和D8清零。

　　在這種情況下，對于整個系統(tǒng)電路來說，當(dāng)PULSE_IN上跳沿到來并經(jīng)過抗沖擊波電路后，若信號脈寬小于10μs，則輸出PULSE_OUT為低電平；作用就是若信號脈寬大于10μs，則啟動抗蚊蟲干擾電路；若信號脈寬大于150μs，輸出PULSE OUT則為低電平；而若脈寬小于150μs，則經(jīng)過脈寬設(shè)定電路變成寬度為50μs的信號輸出，從而使PULSE_OUT輸出寬度為50μs的脈沖信號。

　　通過上述分析可知，應(yīng)用CPLD可編程邏輯器件所設(shè)計的抗干擾電路具有信號可靈活調(diào)節(jié)、脈寬修改方便、對輸入信號的脈寬適應(yīng)能力強(qiáng)、可調(diào)節(jié)范圍大、輸出的脈沖寬度和幅值穩(wěn)定準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

　　3 結(jié)束語

　　在測試彈丸射擊密集度時，可利用CPLD器件設(shè)計抗干擾電路來消除沖擊波和蚊蟲干擾信號。本文給出的電路設(shè)計簡單可靠，能有效地消除干擾脈沖，從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。經(jīng)重慶某靶場實際應(yīng)用證明，本電路具有良好的效果。