吳 曄， 胡偉鋒， 趙桂軍

（上海無線電設(shè)備研究所，上海200090）

0 引言

在導(dǎo)引頭測試中，應(yīng)用目標(biāo)模擬器或轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生相對運動，可測量導(dǎo)引頭的去耦系數(shù)、交叉耦合和等效時常數(shù)。

本文提出采用電注入測試法替代傳統(tǒng)的采用目標(biāo)模擬器和轉(zhuǎn)臺的測試方法，降低對設(shè)備和場地的需求，適應(yīng)測試設(shè)備集成化、小型化、智能化和通用化的發(fā)展趨勢［1-3］。

1 電注入法

所謂電注入法，通常是指采用電信號模擬大型設(shè)備中物理模型的實際信號，然后加載到被測裝置或試驗系統(tǒng)中，在注入信號的激勵下獲得相應(yīng)的輸出信號。通過對輸入和輸出信號分析，完成相關(guān)測試和試驗。

例如，電注入法可以用于導(dǎo)引頭去耦系數(shù)的測試。導(dǎo)引頭伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定回路使彈載天線在慣性空間具有穩(wěn)定指向，消除彈體擾動的影響。測試導(dǎo)引頭伺服系統(tǒng)或?qū)б^整機的去耦系數(shù)時，傳統(tǒng)方法是用轉(zhuǎn)臺直接模擬彈體擾動進行測試。這種測試方法不僅需要轉(zhuǎn)臺測控系統(tǒng)，還要針對不同導(dǎo)引頭加工相應(yīng)的測試工裝，比較復(fù)雜。采用電注入法進行測試時，只要在穩(wěn)定回路的相應(yīng)測試點注入正弦信號，模擬彈體擾動，就可以完成測試。

2 電注入法在導(dǎo)引頭測試中的應(yīng)用

在導(dǎo)引頭試驗項目中，去耦系數(shù)、交叉耦合和等效時常數(shù)測試都可采用電注入法實施。下面詳細介紹利用電注入法測試這三種指標(biāo)的原理和方法。

（1）去耦系數(shù)

天線對于彈體擾動的去耦系數(shù)，定義為彈體擾動角速度引起導(dǎo)引頭跟蹤回路輸出信號折算的視線角速度與輸入彈體擾動角速度之比的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)擾動為正弦形式時，可描述為

式中：q為慣性空間的導(dǎo)引頭視線角；? 為慣性空間的彈體轉(zhuǎn)動角；˙q、˙? 分別為視線與彈體的轉(zhuǎn)動角速度。

導(dǎo)引頭中，通常采用陀螺作為敏感元件構(gòu)建穩(wěn)定回路，抑制彈體擾動對跟蹤回路輸出的影響，圖1為導(dǎo)引頭跟蹤回路的等效模型。

圖1 導(dǎo)引頭跟蹤回路的等效模型

圖1中：W1（s）為接收機的傳遞函數(shù)；W2（s）為穩(wěn)定回路校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；W3（s）為驅(qū)動機構(gòu)的傳遞函數(shù)；W4（s）為速率陀螺的傳遞函數(shù)；Q（s）為慣性空間視線角q（t）的象函數(shù)；Θ（s）為慣性空間天線轉(zhuǎn)角θ（t）的象函數(shù)；Ω?（s）為彈體擾動角速度ω?（t）的象函數(shù)；Uq·（s）為導(dǎo)引頭輸出的代表視線角速度的雷達誤差電壓uq·（t）的象函數(shù)。

根據(jù)去耦系數(shù)定義，可得復(fù)頻域表達式為

由式（2）看出，去耦系數(shù)只與穩(wěn)定回路的開環(huán)頻率特性有關(guān)，與跟蹤回路的W1（s）無關(guān)。去耦系數(shù)是穩(wěn)定回路的主要性能指標(biāo)，可在天線伺服系統(tǒng)中考核。去耦系數(shù)數(shù)值越小，天線平臺對彈體運動的隔離能力越強。

在去耦系數(shù)的轉(zhuǎn)臺測試法中，由轉(zhuǎn)臺模擬彈體運動引起的擾動信號，由陀螺輸出測試結(jié)果，相應(yīng)的穩(wěn)定回路去耦測試系統(tǒng)的等效模型如圖2所示。

圖2 去耦系數(shù)電注入測試系統(tǒng)的等效模型

先將穩(wěn)定回路斷開，測試陀螺的時域輸出信號的幅度Ug1。再將穩(wěn)定回路閉環(huán)，測試陀螺的時域輸出信號的幅度Ug2。Ug2除以Ug1，可得去耦系數(shù)為

在電注入測試法中，將擾動信號輸入端和測試信號輸出端連接至穩(wěn)定回路控制器中，通過相加器將外部注入信號引入電注入端，并在測試輸出端串聯(lián)濾波器進行濾波，減小測試誤差。在穩(wěn)定回路斷開和閉合兩種狀態(tài)下，分別測得測試端的時域信號幅度為Uo1和Uo2，Uo2除以Uo1，得到去耦系數(shù)測試值。

（2）交叉耦合

所謂通道交叉耦合，通常指導(dǎo)引頭偏航和俯仰兩個正交通道之間的信號互擾現(xiàn)象。產(chǎn)生交叉耦合的主要原因是兩通道間的速率陀螺敏感軸安裝位置不垂直、解調(diào)基準(zhǔn)電壓不正交、單脈沖天線饋源和比較器結(jié)構(gòu)不對稱、天線電軸校準(zhǔn)誤差以及接收機通道間的寄生耦合等。當(dāng)目標(biāo)沿導(dǎo)引頭的一個通道的對應(yīng)平面運動時，只希望該通道輸出信號，另一個正交通道輸出信號越小越好。在輸入視線角速度或視線角為正弦形式時，偏航相對俯仰，以及俯仰相對偏航的交叉耦合系數(shù)分別為

根據(jù)定義，應(yīng)使目標(biāo)模擬器在導(dǎo)引頭的一個通道對應(yīng)平面內(nèi)運動。例如，只在偏航通道有視線角速度信號，而俯仰通道的視線角速度為零。分別測量偏航雷達誤差電壓Uq·Y和俯仰雷達誤差電壓Uq·P，可得到俯仰交叉耦合系數(shù)CP。同樣在俯仰通道引入信號，可以得到偏航交叉耦合系數(shù)CY。一般情況下，使用機械傳動的目標(biāo)模擬器容易造成視線角速度信號的失真，從而引入較大測試誤差。根據(jù)相對運動原理，可以采用目標(biāo)模擬器不動，導(dǎo)引頭安裝在轉(zhuǎn)臺上作正弦擺動來實現(xiàn)。

由此可知，測試交叉耦合的關(guān)鍵是產(chǎn)生正交的正弦視線角信號。而天線伺服系統(tǒng)的俯仰通道與偏航通道具有較高的正交性，可以用來測試交叉耦合。在W1（s）輸出端增加相加器，引入電注入信號端，圖3為交叉耦合電注入法的等效模型。

圖3 交叉耦合電注入測試法的等效模型

當(dāng)目標(biāo)模擬器與導(dǎo)引頭在同一軸線上，且靜止不動時，系統(tǒng)的輸入信號為0。在測試輸入端注入信號，強迫天線在單通道正弦擺動，引起等效的視線角速度正弦變化，然后分別測量輸出端的偏航與俯仰雷達誤差信號，通過式（4）與式（5）的計算即可得到正交通道中的交叉耦合指標(biāo)。

（3）等效時常數(shù)

由圖1和式（2）可得導(dǎo)引頭輸出信號為

一般情況下，導(dǎo)引頭接收機和穩(wěn)定回路的快速性遠比跟蹤回路快，因此在研究跟蹤回路性能時，可簡化接收機和穩(wěn)定回路模型。

接收機模型簡化為

式中：kr為接收機傳遞系數(shù)。穩(wěn)定回路模型簡化為

式中：kg為陀螺傳遞系數(shù)。

于是式（6）可簡化為

式中：T＝kg／kr，為導(dǎo)引頭等效時常數(shù)。由式（9）看出，導(dǎo)引頭的動態(tài)特性為一階低通濾波特性，其關(guān)鍵參數(shù)為導(dǎo)引頭等效時常數(shù)T。導(dǎo)引頭動態(tài)特性的測試方法較多，例如一階系統(tǒng)時常數(shù)測試法、回路帶寬測試法、關(guān)鍵頻率點的正弦信號幅度測試法等，較精確的測試方式是時常數(shù)測試法。

由圖1可以導(dǎo)出無彈體擾動情況下，Θ（s）相對于Q（s）的傳遞函數(shù)可簡化為

可以利用式（10）來測試導(dǎo)引頭等效時常數(shù)T，其中Q（s）由目標(biāo)模擬器產(chǎn)生信號的象函數(shù)，Θ（s）是位標(biāo)器框架角信號的象函數(shù)。導(dǎo)引頭通過預(yù)定回路先將天線轉(zhuǎn)到零位，在導(dǎo)引頭波束角內(nèi)將目模沿其中一個通道平面從零位偏開一個角度，再將導(dǎo)引頭轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，由位標(biāo)器框架角的記錄曲線讀取由零到穩(wěn)定值63.2%幅值處的時間T 或零到穩(wěn)定值95%幅值處的時間3T，得到導(dǎo)引頭等效時常數(shù)T 測量值。

等效時常數(shù)測試法的等效模型同圖3交叉耦合電注入測試法模型相同，在圖3的電注入端Up注入階躍信號，強迫天線運動替代目標(biāo)模擬器的偏移，可構(gòu)建導(dǎo)引頭等效時常數(shù)測試的電注入法。當(dāng)視線角為零時，由圖3得到Θ（s）相對Up（s）的傳遞函數(shù)可簡化為

在階躍信號注入情況下，判讀輸出端階躍響應(yīng)的數(shù)據(jù)，可以獲取導(dǎo)引頭等效時常數(shù)指標(biāo)。

3 電注入法測試誤差分析與處理

不同的測試方法會引入不同的誤差，對試驗結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，設(shè)計測試方法時必須注意測試精度。用電注入法測試導(dǎo)引頭去耦系數(shù)、交叉耦合、等效時常數(shù)時，應(yīng)采取措施抑制注入信號引入誤差、信號精度和信號噪聲等影響，使注入信號與測試要求良好匹配，降低測試誤差。

在交叉耦合、等效時常數(shù)電注入測試中，由圖3 得到電注入信號端與其等效視線角的函數(shù)關(guān)系為

按式（12）設(shè)置注入信號時，理論模型傳遞函數(shù)W1（s）與具體試件模型函數(shù)存在差異，造成不同試件的天線擺幅不同。電注入法測試交叉耦合和等效時常數(shù)時都按相對值測量，從而避免了測試誤差。

電注入法測試去耦系數(shù)時，采用兩次測量法可消除濾波器和注入信號誤差的影響。按圖2，穩(wěn)定回路斷開時，信號源產(chǎn)生正弦信號注入Ui端，在Uo端測得信號幅度為

第二次穩(wěn)定回路閉環(huán)時，再次測量Uo端得到幅度為

由Uo2除以Uo1，與式（2）一致，獲得準(zhǔn)確的去耦系數(shù)測試值。

應(yīng)用電注入法還要注意測試信號噪聲的影響。電注入法的原理是基于線性系統(tǒng)的，而實際產(chǎn)品中存在非線性因素、電子電路熱噪聲和機構(gòu)機械噪聲等均會對測試產(chǎn)生影響，需采取相關(guān)處理來提高測試精度。在去耦系數(shù)交叉耦合測試時，可以采用濾波器對輸出信號進行濾波。在導(dǎo)引頭等效時常數(shù)測試時，可用框架角信號替代雷達誤差信號進行測試，減少噪聲對測試結(jié)果的影響。

4 結(jié)束語

在導(dǎo)引頭去耦系數(shù)、交叉耦合、等效時常數(shù)等項目測試時，采用電注入法可以替代目?；蜣D(zhuǎn)臺的運動，可實現(xiàn)快速、高效、高可靠的自動化測試。已應(yīng)用于導(dǎo)引頭工程研制。

［1］ 韓慶田，盧洪義，楊興根.軍用裝備測試性技術(shù)發(fā)展趨勢分析［J］.儀器儀表學(xué)報，2006，27（6）.

［2］ 肖波，魏現(xiàn)杰，蔚海龍，等.論新型武器測試技術(shù)的發(fā)展趨勢［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2008，34：13.

［3］ 穆虹.防空導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭設(shè)計［M］.北京：宇航出版社，1996.