王 林，賀 瑾，郭安學(xué)，王 媛

(西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽(yáng) 712099)

射前引信感應(yīng)裝定技術(shù)研究

王 林，賀 瑾，郭安學(xué)，王 媛

(西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽(yáng) 712099)

為了實(shí)現(xiàn)在炮口不便于安裝炮口裝置的武器平臺(tái)進(jìn)行信息裝定，提出了一種在彈鏈上進(jìn)行射前引信感應(yīng)裝定技術(shù)。針對(duì)引信感應(yīng)裝定的能量和信息一體化傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，建立了基于電磁感應(yīng)耦合的引信電路能量與信息非接觸同步傳輸技術(shù)的通信模型，進(jìn)行了射前裝定信息感應(yīng)耦合回路模型分析與匹配計(jì)算，具體介紹了裝定信息編碼、裝定信息發(fā)送與引信電路信息解碼控制流程。最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法能有效、正確地實(shí)現(xiàn)引信信號(hào)的裝定，具有一定的抗干擾能力。

彈鏈；感應(yīng)裝定；非接觸；裝定信息

筆者提出的射前引信感應(yīng)裝定技術(shù)適用于中大口徑的武器平臺(tái)，在彈鏈上進(jìn)行信息裝定，是一種引信能量和信息非接觸同步傳輸技術(shù)[1]。感應(yīng)裝定系統(tǒng)通過(guò)感應(yīng)耦合回路，以電容作為引信電路能量?jī)?chǔ)存介質(zhì)，提供引信電路工作所需的能量，快速解算和快速裝定引信作用方式、定時(shí)定距等數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)裝定器與引信電路之間能量和信息的同步傳輸。感應(yīng)耦合回路的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈分別置于裝定器和引信電路上，兩者之間不需要物理連接而實(shí)現(xiàn)能量和信息同步傳輸；引信電路以電容作為引信電路的儲(chǔ)能元件，具有體積小和安全性高等特點(diǎn)。由于彈丸在中大口徑的武器平臺(tái)彈鏈處的運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較低，用于信息裝定的時(shí)間窗口比在炮口裝定的時(shí)間窗口寬裕。這種引信感應(yīng)裝定技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)信息無(wú)能源裝定，在國(guó)外得到了廣泛應(yīng)用，如美國(guó)的M767電子時(shí)間引信和M782多選擇引信，就是采用電磁感應(yīng)方式進(jìn)行信息感應(yīng)裝定。

1 感應(yīng)裝定系統(tǒng)模型

引信感應(yīng)裝定系統(tǒng)主要由裝定器、傳輸介質(zhì)和引信電路3部分組成。引信信息裝定的過(guò)程，就是利用能量和信息一體化傳輸技術(shù)，通過(guò)裝定器、信息裝定接口、電磁轉(zhuǎn)換和引信電路信息解碼等，實(shí)現(xiàn)裝定信息由裝定器到引信電路的非接觸傳輸?shù)倪^(guò)程，它是裝定器利用數(shù)據(jù)編碼方式對(duì)裝定信息進(jìn)行信道調(diào)制加載到感應(yīng)耦合回路的初級(jí)線圈，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通過(guò)次級(jí)線圈耦合到引信電路上的儲(chǔ)能電容中，為引信電路工作提供能源的同時(shí)，進(jìn)行裝定信息的解調(diào)與解碼，實(shí)現(xiàn)裝定信息的傳輸[2]。引信感應(yīng)裝定系統(tǒng)的通信模型如圖1所示。裝定器主要用于接收火控系統(tǒng)傳輸?shù)难b定信息，完成對(duì)裝定信息的信號(hào)編碼、調(diào)制、功率放大和發(fā)送。引信電路通過(guò)感應(yīng)耦合線圈接收裝定器發(fā)送來(lái)到的裝定信息，完成裝定信號(hào)的解調(diào)、解碼與信息解析等功能。

2 電路的理論分析與計(jì)算

2.1 感應(yīng)耦合回路模型

引信裝定系統(tǒng)是典型的電磁感應(yīng)耦合回路系統(tǒng)，其等效電路如圖2所示。

圖2中，Ui為裝定器初級(jí)線圈回路的電壓源；R1為裝定器初級(jí)回路線圈的等效阻抗；C1為裝定器初級(jí)線圈的匹配諧振電容；I1為裝定器初級(jí)線圈回路的電流；R2為引信電路回路線圈的等效阻抗；C2為引信電路次級(jí)線圈的匹配諧振電容，C2實(shí)際由所需并聯(lián)電容C2′和寄生電容Cp構(gòu)成；RL為引信電路回路的負(fù)載阻抗；I2為引信電路次級(jí)線圈回路的電流；L1、L2分別為初、次級(jí)線圈的自感；M為初、次級(jí)線圈的互感系數(shù)[3-4]。

根據(jù)基爾霍夫定律得兩個(gè)耦合回路的方程：

(1)

式中，Z2為引信電路次級(jí)線圈回路中由C2和RL組成的并聯(lián)阻抗，可表示為

(2)

初、次級(jí)線圈回路的阻抗為

(3)

耦合回路互阻阻抗為

Z12=jX12=jωM

(4)

代入式(1)得

(5)

計(jì)算得

(6)

次級(jí)耦合回路中負(fù)載上的電壓為

(7)

2.2 引信電路感應(yīng)耦合回路匹配

引信電路主要通過(guò)感應(yīng)耦合方式實(shí)現(xiàn)能量和信息的非接觸傳輸，為引信電路提供能量，完成裝定信息有效和可靠接收的功能。引信電路次級(jí)線圈作為引信電路能量和信息傳輸?shù)奈ㄒ煌ǖ?，其感?yīng)耦合回路匹配效率的高低直接影響著感應(yīng)裝定系統(tǒng)信息裝定的準(zhǔn)確性和可靠性。

為了使裝定器發(fā)送的裝定信息更高效地傳輸?shù)揭烹娐否詈暇€圈，必須有效地設(shè)計(jì)引信電路感應(yīng)耦合回路，提高引信電路次級(jí)線圈的耦合效率[5]。筆者通過(guò)接收線圈并聯(lián)可調(diào)電容，使其諧振頻率和裝定器的工作頻率一致，達(dá)到引信電路次級(jí)線圈工作在諧振狀態(tài)的目的，可有效解決感應(yīng)耦合回路的效率問(wèn)題。圖2中，引信電路次級(jí)線圈L2與匹配諧振電容C2構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與裝定器的諧振頻率一致。并聯(lián)諧振回路的諧振頻率f為

(8)

3 裝定信息處理

3.1 裝定信息編碼

裝定器的控制器接收來(lái)自火控系統(tǒng)的裝定信息后，采用了一種優(yōu)化的信息編碼控制方案。裝定器向引信電路傳輸裝定信息過(guò)程中，裝定信息的數(shù)據(jù)幀以一個(gè)時(shí)間為定長(zhǎng)的高電平開始，該高電平是為了將有效的裝定信息與背景噪聲區(qū)分開來(lái)，然后是6個(gè)周期的方波信號(hào)；隨后的“101”是為了恢復(fù)數(shù)據(jù)的發(fā)生跳變的位置，這9個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成了數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)；數(shù)據(jù)前導(dǎo)之后為有效的裝定數(shù)據(jù)信號(hào)，緊接著為一個(gè)定長(zhǎng)的低電平信號(hào)，該定長(zhǎng)的低電平作為一幀數(shù)據(jù)的幀尾，標(biāo)志著一幀裝定數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。裝定信號(hào)的數(shù)據(jù)幀格式如圖3所示。

3.2 裝定信息傳輸

裝定器對(duì)接收到的裝定信息進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼后，通過(guò)感應(yīng)耦合的方式傳輸給引信電路。裝定信息傳輸可以分為能量傳輸和信息傳輸兩部分[6]。通過(guò)對(duì)裝定系統(tǒng)的功率傳輸特性、信號(hào)傳輸效率等問(wèn)題的分析，最終確定了裝定信息傳輸方案。圖4為裝定信息傳輸流程圖。

3.3 裝定信息解碼

裝定信息解碼是引信電路控制器將感應(yīng)耦合的裝定信息進(jìn)行解碼，獲取裝定信息。裝定信息解碼算法必須有足夠的冗余度，使引信電路控制器能對(duì)包含噪聲的信號(hào)進(jìn)行解碼。常見的背景噪聲干擾會(huì)造成裝定信息的抖動(dòng)和毛刺，這意味著脈沖寬度可能會(huì)有一定的變化，以致不能正確地解碼[7]。這里采取的處理方法是為脈沖寬度設(shè)置一定的比較窗口，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行3次采樣，當(dāng)脈寬在一定范圍之內(nèi)并且3次采樣值相等時(shí)才會(huì)送入邊沿檢測(cè)器進(jìn)行脈沖檢測(cè)，其輸出將被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的bit長(zhǎng)度，解碼算法步驟為：

1)脈沖寬度判斷：如果脈沖寬度為1 bit，同時(shí)解出兩個(gè)數(shù)據(jù)“10”，回到第1步開始新的測(cè)量；如果脈沖寬度為0.5 bit，還需要判斷當(dāng)前上升沿發(fā)生距上個(gè)下降沿的時(shí)間差。

2)如果當(dāng)前上升沿距上個(gè)下降沿發(fā)生的時(shí)間差為1 bit，解碼為“1”，回到第1步；如果時(shí)間差為0.5 bit，還需進(jìn)行進(jìn)一步判斷。

3)判斷前一個(gè)數(shù)據(jù)的解碼結(jié)果，如果前一個(gè)數(shù)據(jù)解碼結(jié)果為“1”，則當(dāng)前數(shù)據(jù)解碼為“1”。如果前一個(gè)數(shù)據(jù)解碼結(jié)果為“0”，則當(dāng)前數(shù)據(jù)解碼結(jié)果為“0”。

引信電路裝定信息的解碼處理方法較其他信息解碼方法具有抗干擾能力強(qiáng)和準(zhǔn)確率高的特點(diǎn)，其解碼狀態(tài)圖如圖5所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)裝定器和引信電路的控制器進(jìn)行了軟件編程，其核心是裝定器信息編碼與引信電路信息解碼程序的設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)時(shí)，將引信次級(jí)接收線圈套放于裝定器初級(jí)線圈套內(nèi)，間隔約為20 mm，用示波器測(cè)量裝定器發(fā)送線圈兩端的發(fā)送信號(hào)和引信接收線圈兩端的接收信號(hào)，如圖6所示。

筆者完成了引信射前感應(yīng)裝定系統(tǒng)原理樣機(jī)的初步試驗(yàn)，得出了以下結(jié)論：感應(yīng)裝定系統(tǒng)的信息傳輸試驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的感應(yīng)裝定系統(tǒng)能夠可靠地對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼、調(diào)制發(fā)送，引信電路可以有效地完成裝定信息的接收、解調(diào)和解碼，數(shù)據(jù)傳輸可靠。

5 結(jié)論

筆者在感應(yīng)耦合模型理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)在彈鏈上采用引信感應(yīng)裝定技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了引信感應(yīng)裝定器與引信電路，解決了對(duì)裝定信號(hào)的編碼與解碼處理，實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)裝定的能量和信息一體化傳輸。試驗(yàn)證明，該引信裝定系統(tǒng)工作可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，該技術(shù)對(duì)于彈鏈引信裝定具有重要意義，具有一定的推廣價(jià)值。

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TechnicalResearchonFuseInductionSettingSystemBeforeFiring

WANG Lin， HE Jin，GUO Anxue，WANG Yuan

(Northwest Institute of Mechanical & Electrical Engineering, Xianyang 712099, Shaanxi, China)

To realize the information setting on the weapon platform that was not easy to install the muzzle device, a kind of fuse automation induction setting system before firing was proposed. Aimed at the characteristics that energy and information of fuse induction setting system were transmitted integrally, a communication model of energy and information contactless synchronous transmission based on electromagnetic induction coupling was established, and the model analysis and matching calculation of setting information inductively coupled return circuit were carried out. The control process of setting information coding, transmitting and decoding were introduced in detail. The method was accurately verified by use of the experiments, and the test results showed that the method can set information effectively, and it has certain anti-interference capability.

ammunition feed chain; induction setting；contactless；setting information

2014-01-09；

2014-05-24

王林(1979-)，男，工程師，主要從事火炮電氣總體技術(shù)研究。E-mail：wler1830@sohu.com

TJ410.3+2

A

1673-6524(2014)04-0031-04