一种单兵作战头戴式终端制造技术

本发明专利技术涉及单兵作战移动终端技术，具体涉及一种单兵作战头戴式终端。包括主控制器、激光测距模块、时间同步模块、几何定位模块和无线通信模块；主控制器分别与激光测距模块、时间同步模块、几何定位模块和无线通信模块连接。该终端通过自身坐标位置、姿态信息和测距信息转换为目标的三维坐标，以及皮秒量级的时间同步方式、连续动态定位，精准定位目标在确定时刻下的三维坐标位置以及移动轨迹，具有准确性与实时性，实现精准打击目标。并通过无线组网技术与后方控制台实现联动通信。

A headworn terminal for individual combat

【技术实现步骤摘要】
一种单兵作战头戴式终端
本专利技术属于单兵作战移动终端
，尤其涉及一种单兵作战头戴式终端。
技术介绍
“单兵作战系统”包括单兵防护系统、单兵武器系统、生命维护系统、通信系统等先进武器装备。单兵作战模块化武器子系统的设计主要包括光学部件、激光测距仪、数据终端处理中心，提供距离和方向位置信息给士兵。士兵从北斗卫星下定位自身位置，需要联合作战或者外部火力支援时，可以通过通信与定位系统组网联合作战，提高作战效率与实现精准目标打击。在黑暗条件或其他极端条件下对目标机动交战，并且安装无线通信系统，将允许信息交互与请求火力支援。在野外视野不清或通信信号不佳的环境，单兵作战模块化子模块也需要能正常定位打击与通信。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高精确度、价格低廉、携带便捷具有通用功能的智能化嵌入式单兵作战头戴式终端。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种单兵作战头戴式终端，包括主控制器、激光测距模块、时间同步模块、几何定位模块和无线通信模块；主控制器分别与激光测距模块、时间同步模块、几何定位模块和无线通信模块连接。在上述的单兵作战头戴式终端中，主控制器包括FPGA、主控芯片ARM以及基于FPGA采用延迟线内插法实现TDC设计的飞行时间测量电路，FPGA和主控芯片ARM之间通过SPI进行通信。在上述的单兵作战头戴式终端中，激光测距模块包括激光驱动模块、光电转换电路、跨阻放大电路、阈值比较电路、延时电路、时刻鉴别电路、高速模-数转换电路；激光驱动模块发射激光脉冲，同时输出一路脉冲给飞行时间测量电路作为电脉冲开始信号；激光回波通过光电转换电路的输出连接跨阻放大电路、阈值比较电路，输出信号经过延时电路将信号分为两路，一路为延时信号输出作为时刻鉴别电路中高速比较器的正端输入，一路为衰减展宽信号输出作为时刻鉴别电路中高速比较器的负端输入；时刻鉴别电路中对两路信号进行锁存，通过双通道D触发器采样信号，输出至高速模-数转换电路，将电平转换为数字信号，作为另一路脉冲信号输入至飞行时间测量电路。在上述的单兵作战头戴式终端中，光电转换电路的核心器件为APD光电探测器，射入的光通过APD的P-N结吸收后形成光电流，跨阻放大电路采用差动输出互阻放大的方式进行放大。在上述的单兵作战头戴式终端中，几何定位模块包括GPS芯片，GPS芯片输出经纬度与高程信息到主控芯片ARM，结合商用差分站数据处理获得经纬度信息，为每个终端获得位置定位；GPS芯片支持无卫星信号下的100％连续定位与动态定位。在上述的单兵作战头戴式终端中，时间同步模块以FPGA设计的TDC为核心，通过PPS脉冲作为TDC的输入开始信号，结合GPS所提供的UTC时间以及激光测距模块接收到信号后传回的脉冲，对测距时刻进行精准测量。在上述的单兵作战头戴式终端中，无线通信模块采用Lora无线通信方式，为多个头戴式终端进行组网通信；在上述的单兵作战头戴式终端中，FPGA选用Altera公司的cycloneIV芯片，作为数据解算与高精度时间测量芯片，ARM选用STM32F103作为主控芯片，通过主控芯片和外围电路完成对终端所接收到的指令控制。本专利技术的有益效果：实现了终端自身与目标双方的精准定位，达到0.1us分辨率下的时间同步，完成了对动态目标高精度的连续定位，既可以实现对目标位置信息的实时采集与远距离传输，也可以随时提供目标的精确位置实施精准打击。附图说明图1为本专利技术一个实施例系统结构图；图2为本专利技术一个实施例激光测距模块原理图；图3(a)为本专利技术一个实施例延迟线内插法实现TDC结构粗测部分示意图；图3(b)为本专利技术一个实施例延迟线内插法实现TDC结构细测部分示意图；图4为本专利技术一个实施例TDC模型示意图；图5为本专利技术一个实施例延迟线波形示意图；图6为本专利技术一个实施例几何定位模块原理图；图7为本专利技术一个实施例质量控制实现示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。本实施例一种单兵作战头戴式终端，通过自身坐标位置、姿态信息和测距信息转换为目标的三维坐标，以及皮秒量级的时间同步方式、连续动态定位，精准定位目标在确定时刻下的三维坐标位置以及移动轨迹，具有准确性与实时性，实现精准打击目标。并通过无线组网技术与后方控制台实现联动通信。本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种单兵作战头戴式终端，包括主控制器、激光测距模块、时间同步模块、几何定位模块和无线通信模块组成。其设计原理图如图1所示。并且，主控制器，主要是由FPGA和ARM共同配合，完成高精度数据解算、数据传输和指令控制的功能，FPGA与ARM之间通过SPI进行通信，FPGA选用Altera公司的cycloneIV芯片，主要作为数据解算与高精度时间测量芯片，使用的ARM选用STM32F103作为主控芯片，通过主控芯片和外围电路完成对终端所接收到的指令控制。基于FPGA采用延迟线内插法实现TDC设计，采用多沿采样法平滑和WaveUnion分割大时延的方法得到高精度的飞行时间测量电路。并且，激光测距模块主要是通过驱动电路驱动固体激光器，提供高重频、高峰值功率的高质量激光光束。使用TI公司的OPA857差动输出互阻抗放大器芯片作为跨阻放大电路核心芯片，MAX9601双路超高速比较器作为时刻鉴别电路核心芯片，激光器发射的光经反射后经过APD接收，通过放大、整形、预鉴别阈值比较，时刻鉴别，高速模—数转换器，连接到FPGA芯片设计的飞行时间测量仪，经过数据解算，得到终端与目标之间的精确距离。激光测距模块通过固体激光器发射激光脉冲，同时输出一路脉冲给FPGA芯片设计的TDC作为系统的一路电脉冲开始信号，激光回波通过接收光学系统，经过光电探测电路检测光信号并转变为电信号，信号通过跨阻放大电路、预鉴别阈值比较、时刻鉴别电路和电平转换电路输出另一路脉冲信号至FPGA设计的TDC，通过TDC测时得到激光发射与接收之间的时间间隔，根据光速来计算与目标之间的距离。并且，时间同步模块，以FPGA设计的TDC为核心，通过PPS脉冲作为TDC的输入START信号，结合GPS所提供的UTC时间以及激光测距模块接收到信号后传回的脉冲，可以对测距时刻进行精准测量。并且，几何定位模块包括了终端自身定位和目标定位两部分。终端自身定位以差分后处理的形式，通过RTK实现静态单点定位精度达到2.5厘米以内；目标定位结合了系统的陀螺仪，连续追踪时速度精度达到0.1m/s，以及小于2％*移动距离的移动定位。结合输出的姿态信息和位置信息，通过坐标转换得到目标的位置坐标，通过连续探测可以获得目标的动态与静态位置。几何定位模块，使用GNSS双系统和惯导组合定位，对于运动物体速度精度可以达到0.1m/s，在无卫星信号时可实现100％连续定位。使用的梦芯公司生产的MTX909A芯片存在内置陀螺仪，可以输出姿态信息和位置信息，通过坐标转换和数据解算，得到目标在大地坐标系下的精确位置。通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单兵作战头戴式终端，其特征是，包括主控制器、激光测距模块、时间同步模块、几何定位模块和无线通信模块；主控制器分别与激光测距模块、时间同步模块、几何定位模块和无线通信模块连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种单兵作战头戴式终端，其特征是，包括主控制器、激光测距模块、时间同步模块、几何定位模块和无线通信模块；主控制器分别与激光测距模块、时间同步模块、几何定位模块和无线通信模块连接。


2.如权利要求1所述的单兵作战头戴式终端，其特征是，主控制器包括FPGA、主控芯片ARM以及基于FPGA采用延迟线内插法实现TDC设计的飞行时间测量电路，FPGA和主控芯片ARM之间通过SPI进行通信。


3.如权利要求2所述的单兵作战头戴式终端，其特征是，激光测距模块包括激光驱动模块、光电转换电路、跨阻放大电路、阈值比较电路、延时电路、时刻鉴别电路、高速模-数转换电路；激光驱动模块发射激光脉冲，同时输出一路脉冲给飞行时间测量电路作为电脉冲开始信号；激光回波通过光电转换电路的输出连接跨阻放大电路、阈值比较电路，输出信号经过延时电路将信号分为两路，一路为延时信号输出作为时刻鉴别电路中高速比较器的正端输入，一路为衰减展宽信号输出作为时刻鉴别电路中高速比较器的负端输入；时刻鉴别电路中对两路信号进行锁存，通过双通道D触发器采样信号，输出至高速模-数转换电路，将电平转换为数字信号，作为另一路脉冲信号输入至飞行时间测量电路。


4.如权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松，郭守罡，谭崇涛，伍煜，向雨琰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42