宋承天，焦永暉，劉向，趙宏宇

(1.北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，北京 100081；2.戰(zhàn)略支援部隊(duì) 航天系統(tǒng)部后勤部，北京 100089)

0 引言

隨著坦克反應(yīng)裝甲防護(hù)能力的不斷提高，為對(duì)坦克造成有效毀傷，配用串聯(lián)戰(zhàn)斗部的反坦克彈藥逐漸被應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)形式主要有破甲-破甲式、穿甲-破甲式與彈出式等[1]。串聯(lián)戰(zhàn)斗部應(yīng)用中存在的主要問題是，由于反應(yīng)裝甲形成的爆轟具有一定持續(xù)時(shí)間，主級(jí)戰(zhàn)斗部引信的延期時(shí)間應(yīng)大于這一時(shí)間，才能使反坦克彈藥主級(jí)戰(zhàn)斗部形成的射流避開反應(yīng)裝甲爆轟而發(fā)揮最大效能?，F(xiàn)有反坦克彈藥采用壓電引信由于作用距離太近滿足不了要求，需要配用近炸引信提高前級(jí)戰(zhàn)斗部引信的作用距離。

應(yīng)用于反坦克導(dǎo)彈的近炸引信，關(guān)鍵在于低伸彈道環(huán)境下實(shí)現(xiàn)精確定距。無線電引信易受地面雜波影響，且無線電引信定距精度難以滿足反坦克彈前級(jí)引信起爆距離控制要求。激光引信具有指向性強(qiáng)、定距精度高的優(yōu)勢(shì)，但戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的自然煙塵與人工煙幕干擾，使激光引信定距精度和作用可靠性受到很大影響。

電容探測(cè)技術(shù)具有炸高控制精度高、抗電磁環(huán)境干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，且不受戰(zhàn)場(chǎng)煙塵、人工煙幕等影響[2-6]；磁探測(cè)利用目標(biāo)磁場(chǎng)分布信息，根據(jù)磁場(chǎng)變化規(guī)律實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵磁目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別[7-8]。

傳統(tǒng)單一體制探測(cè)方式很難滿足復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)的探測(cè)需求，引信正朝著靈巧化、智能化方向發(fā)展，多模復(fù)合探測(cè)技術(shù)將是引信靈巧化、智能化發(fā)展的主要方向之一。

本文結(jié)合電容與磁探測(cè)體制[9]，研究電容與磁復(fù)合探測(cè)原理與方法，磁探測(cè)用于對(duì)裝甲鐵磁目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別，電容探測(cè)用于反應(yīng)裝甲的前向精確定距，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)低伸彈道條件下對(duì)裝甲目標(biāo)的精確探測(cè)、識(shí)別與定距。

1 電容探測(cè)原理與仿真

1.1 電容探測(cè)原理

電容探測(cè)通過感知探測(cè)器周圍建立的靜電場(chǎng)變化來獲取目標(biāo)信息，其探測(cè)原理如圖1所示，其中：V(t)為在探測(cè)器電極表面施加的正弦波信號(hào)，通過電阻R與探測(cè)電極相連，無目標(biāo)時(shí)探測(cè)器電極表面電荷量維持不變；i(t)為與電極相連支路電流；V為電壓幅值；ω為驅(qū)動(dòng)電壓頻率；GND為信號(hào)地。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入電容探測(cè)器的靜電場(chǎng)范圍內(nèi)時(shí)，目標(biāo)表面的電荷與探測(cè)器電極表面的電荷相互作用，造成探測(cè)器電極與目標(biāo)間的等效電容發(fā)生變化，根據(jù)此電容變化特征量實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)和定距[10]。

電容探測(cè)器的電容表示為

(1)

式中：Qo(t)、Qt(t)分別為電極表面電荷、目標(biāo)電荷；Co、Ct分別為探測(cè)器固有電容、探測(cè)器與目標(biāo)間互電容。

由(1)式可以看出，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入探測(cè)器靜電場(chǎng)范圍內(nèi)造成等效電容Co發(fā)生變化，可設(shè)計(jì)兩種電容目標(biāo)探測(cè)方法。一是雙電極互電容探測(cè)方式，如圖2所示(圖2中ΔC為彈體與目標(biāo)(簡(jiǎn)稱彈目)交會(huì)過程中極間電容的變化量)，彈目接近時(shí)的電容改變引起正弦波信號(hào)幅度變化，通過幅度檢波提取此變化信息實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)與定距。此方法探測(cè)距離近，通過電極布置優(yōu)化后探測(cè)距離可達(dá)到1 m.二是單電極自電容探測(cè)方式，如圖3所示，單一電極完成發(fā)射和接收，彈目接近導(dǎo)致電容變化引起與電極相連電路信號(hào)的相位改變，提取此變化實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)與定距。此方法探測(cè)距離較遠(yuǎn)，通過合理的電極布置和電路設(shè)計(jì)，探測(cè)距離可達(dá)到2 m以上，能滿足對(duì)抗四代反應(yīng)裝甲探測(cè)距離要求。

圖2 雙電極電容探測(cè)實(shí)現(xiàn)框圖

圖3 單電極電容探測(cè)實(shí)現(xiàn)框圖

1.2 電容探測(cè)靈敏度仿真

彈目接近過程中的電容變化幅度很大程度取決于電容探測(cè)器的電極分布。

1.2.1 雙電極探測(cè)模型

對(duì)于雙電極探測(cè)模型，在引信體上布置兩個(gè)電極(引信的高度為50 mm，半徑為30 mm)，仿真模型如圖4所示。

圖4 優(yōu)化前后雙電極布置模型

改變電極A與B的高度、半徑及形狀能增大彈目間的等效電容及其變化幅值。通過仿真分析選擇確定最優(yōu)電極分布為圖4(b)所示。優(yōu)化前與優(yōu)化后等效電容對(duì)比如圖5(a)所示，優(yōu)化后的電極分布有效提高了電容變化幅值。優(yōu)化前后電容增量的歸一化計(jì)算結(jié)果如圖5(b)所示，電容變化量最大可提高18%。

圖5 優(yōu)化前與優(yōu)化后等效電容及幅值增量百分比

同時(shí)，引信需要在不同交會(huì)角度條件下保證作用距離一致，按照?qǐng)D4電極布置方式，進(jìn)行不同彈目交會(huì)角度條件下探測(cè)器電容變換幅度仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同著角條件下電容變化

由圖6可看出，不同交會(huì)角度，電容幅度變化趨勢(shì)及相對(duì)變化量一致，利用此方法的電容探測(cè)器對(duì)于不同交會(huì)角度具有普遍的適用性與一致性。

1.2.2 單電極探測(cè)模型

單電極探測(cè)模型將整個(gè)彈體作為電極(仿真時(shí)取彈體長度為380 mm、半徑為60 mm建立模型)，如圖7所示。

圖7 單電極布置模型

通過對(duì)單電極前向攻擊和掠頂攻擊交會(huì)過程仿真，得到電容幅值變化百分比曲線如圖8所示。

由圖8可以看出，在兩種典型的交會(huì)角度條件下，在距離目標(biāo)2 m左右，利用此方法的電容變化量明顯，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)與定距。

圖8 單電極探測(cè)的電容變化率

1.3 電容探測(cè)電路

1.3.1 雙電極探測(cè)電路

設(shè)計(jì)雙電極電容探測(cè)器的探測(cè)電路如圖9所示，包括C/V轉(zhuǎn)換電路和檢波電路。圖9中：CAB為探測(cè)電極A和B間的等效電容；CAP為探測(cè)電極A與彈體間的等效電容；CBP為探測(cè)電極B與彈體間的等效電容；Vi(t)為探測(cè)器電極表面施加的正弦波信號(hào)；Vd(t)為彈目交會(huì)過程中檢波二極管所檢測(cè)的電壓信號(hào)；Vo為輸出檢波電壓；R2為旁路電阻，主要起電壓放大作用；R1、R3為偏置電阻，其作用是使檢波電路穩(wěn)定工作；Qt為三極管；Dd為檢波二極管。

圖9 雙電極電容探測(cè)電路

C/V轉(zhuǎn)換電路的輸出如(2)式所示：

(2)

檢波采用自動(dòng)鉗位補(bǔ)償?shù)娜龢O管檢波電路，其中Cf為濾波電容，三極管放大倍數(shù)取90～110之間。振蕩正半波時(shí)，Cf通過Dd給電阻R1放電，以達(dá)到充放電平衡提供穩(wěn)定的檢波輸出。

基于圖9所示探測(cè)電路，進(jìn)行圖4所示不同電極布置下的電容探測(cè)檢波輸出仿真，結(jié)果如圖10所示，可見改進(jìn)電極分布后的檢波電壓變化量平均提升了3.625%，最高可提高16%，有效提高了探測(cè)距離。

圖10 檢波電壓及其變化量與目標(biāo)距離關(guān)系

1.3.2 單電極探測(cè)電路

為有效提取單電極模型的微弱電容變化信息進(jìn)行較遠(yuǎn)距離探測(cè)與定距，設(shè)計(jì)如圖11所示的電路完成電容電壓轉(zhuǎn)換和放大調(diào)理，得到反映距離信息的輸出電壓，經(jīng)A/D采樣后由微處理器處理。電路主要分為感應(yīng)支路和參考支路，感應(yīng)支路中電容Ci發(fā)生變化時(shí)，其支路電壓也隨之發(fā)生變化，參考支路中的C2參數(shù)固定，兩個(gè)支路中由于目標(biāo)接近引起的相位差異被差分放大提取后得到Vo=f(Ci)。圖11中：Vd為驅(qū)動(dòng)電源；Vi為感應(yīng)電壓；Vr為參考電壓；Cr為參考電容；U1、U2、U3為經(jīng)過運(yùn)算放大器的放大電壓；R4為差分放大電路中的輸入電阻；R5、R6為反饋電阻；Cs、Cf為隔直電容。

圖11 單電極電容探測(cè)電路

圖8中電容變化值作為Ci對(duì)圖11電路進(jìn)行仿真，得到輸出電壓Vo如圖12所示。

圖12 不同交會(huì)角度條件下的探測(cè)電路輸出電壓

由圖12可看出，設(shè)計(jì)的探測(cè)電路可有效提取目標(biāo)接近中的電容變化信息，2 m左右距離處的電壓變化幅度能滿足信號(hào)處理及距離判決需要。

1.4 電容探測(cè)信號(hào)處理

單、雙電極電容探測(cè)器輸出的都是隨目標(biāo)距離變化的電壓變化信息，因此信號(hào)處理方式可一致。探測(cè)器輸出的電壓變化信息經(jīng)放大后(雙電極探測(cè)進(jìn)行反向放大)，按照10 kHz頻率采樣后由微處理單元處理。目標(biāo)識(shí)別部分設(shè)定的目標(biāo)符合準(zhǔn)則主要有(n表示當(dāng)前A/D采樣時(shí)刻)：

1)Un>Un-1；

2)Un-Un-1=ΔUn

3)Δ(ΔUn)>0.

要實(shí)現(xiàn)作用距離恒定，必須識(shí)別交會(huì)角度[11]。經(jīng)對(duì)坦克目標(biāo)特性仿真與測(cè)試可知，最強(qiáng)和最弱的目標(biāo)電壓分別為68°和0°角度時(shí)，其他角度目標(biāo)信號(hào)介于二者之間。若Hα是著角為α的炸高，H0是著角為0°的炸高，則Hα≈H0/cosα.把0°～68°間的角度分成4組，使每組內(nèi)各角度以中心角度為中心炸高散布小于±15%，分組結(jié)果如表1所示。

表1 交會(huì)角度分組

以Ⅰ組和Ⅱ組為例說明，給出30°和48°兩種角度時(shí)目標(biāo)特性曲線，在距離軸上平移使電壓為U時(shí)2條曲線在點(diǎn)J處重合，如圖13所示。在48°曲線上選定點(diǎn)A1，對(duì)應(yīng)電平為U1，從點(diǎn)J處開始計(jì)時(shí)，設(shè)彈丸從點(diǎn)J運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)J1的時(shí)間為Δt：若在t<Δt內(nèi)目標(biāo)電壓出現(xiàn)大于U1的情況，則交會(huì)角度為30°，當(dāng)目標(biāo)電壓出現(xiàn)時(shí)給出啟動(dòng)信號(hào)；若在t<Δt內(nèi)沒有出現(xiàn)目標(biāo)電壓大于U1的情況，則交會(huì)角度為48°，當(dāng)目標(biāo)電壓出現(xiàn)時(shí)給出啟動(dòng)信號(hào)；這樣就保證了兩種角度情況下作用距離保持一致。只要恰當(dāng)設(shè)計(jì)Δt、U1及啟動(dòng)電壓閾值，就可以保證在0°～68°角度范圍內(nèi)的作用距離一致。

圖13 距離軸平移后的目標(biāo)特性曲線

2 磁探測(cè)原理與仿真

2.1 磁探測(cè)原理

裝甲車輛由于自身的金屬材料會(huì)引起周圍磁場(chǎng)的變化，利用磁傳感器獲取磁場(chǎng)變化情況可對(duì)坦克目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)與識(shí)別[12-13]，如圖14所示。為了簡(jiǎn)化分析，將坐標(biāo)點(diǎn)p0(x0,y0,z0)的磁目標(biāo)等效為磁偶極子[10]。其中，p0點(diǎn)的矢量磁矩可表示為

圖14 磁偶極子探測(cè)模型

Mp0=Mx0+My0+Mz0，

(3)

則p點(diǎn)處的矢量磁勢(shì)和磁場(chǎng)可分別描述為

(4)

(5)

點(diǎn)p處的空間磁場(chǎng)強(qiáng)度分量可以根據(jù)以下公式計(jì)算：

(6)

從(6)式可看出，目標(biāo)上任意一體積元周圍的磁場(chǎng)是該體積元各分量的線性組合，并且磁場(chǎng)強(qiáng)度與目標(biāo)體積元的矢量距離5次方呈反比。磁傳感器根據(jù)探測(cè)空間各方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化，是否與目標(biāo)特性一致實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別。

2.2 磁探測(cè)仿真與測(cè)試

2.2.1 磁探測(cè)仿真

獲取準(zhǔn)確的磁場(chǎng)信息是磁探測(cè)成功的關(guān)鍵，為驗(yàn)證建模的合理性和方案的可行性，利用69式坦克進(jìn)行建模分析，仿真在距離地面高度不同情況下3軸方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度，結(jié)果如圖15所示。從圖15中可以看出，在距地面不同高度時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度都在距目標(biāo)2～4 m位置時(shí)有較大幅度變化，可滿足反坦克導(dǎo)彈低伸彈道應(yīng)用要求。

圖15 磁場(chǎng)強(qiáng)度仿真

本文采用靈敏度高、功耗低、體積小、易集成的隧道磁阻(TMR)傳感器設(shè)計(jì)磁探測(cè)系統(tǒng)，其采用3軸推挽式惠斯通全橋結(jié)構(gòu)，在3個(gè)坐標(biāo)軸方向提供差分電壓輸出，圖16列出了TMR傳感器的輸出隨外加場(chǎng)強(qiáng)變化的特性曲線。

圖16 TMR傳感器輸出特性

用基于TMR傳感器設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行推板實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖17和圖18所示。

圖17 磁探測(cè)3軸電壓

圖18 磁探測(cè)綜合電壓

2.2.2 磁探測(cè)測(cè)試

3 電容與磁復(fù)合探測(cè)

本文研究電容與磁復(fù)合應(yīng)用于低伸彈道環(huán)境下反坦克彈藥進(jìn)行坦克的探測(cè)與識(shí)別，選擇串行復(fù)合工作方式[14]，磁探測(cè)先工作，起預(yù)警作用，而后啟動(dòng)電容探測(cè)進(jìn)行高精度定距合理控制復(fù)合引信的炸點(diǎn)，復(fù)合探測(cè)體制的原理框圖如圖19所示，其中電容探測(cè)采用雙電極互電容探測(cè)體制。電容探測(cè)系統(tǒng)首先調(diào)整振蕩器的工作電壓，通過單片機(jī)D/A輸出直流電壓經(jīng)放大后作為振蕩器電源。檢波器對(duì)振蕩信號(hào)幅度檢波后經(jīng)A/D變化輸入單片機(jī)，單片機(jī)軟件判斷檢波電壓是否處于正常工作范圍，若不在正常范圍，則調(diào)整D/A輸出控制振蕩幅度，然后繼續(xù)采集檢波信號(hào)并進(jìn)行判斷，重復(fù)該過程直至電容探測(cè)的檢波電壓處于設(shè)定范圍內(nèi)。電容探測(cè)振蕩調(diào)整結(jié)束后，磁探測(cè)開始獲取探測(cè)器周圍磁場(chǎng)強(qiáng)度，通過A/D變換輸入單片機(jī)，軟件對(duì)3軸磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行處理，判斷探測(cè)器周圍是否有鐵磁目標(biāo)，若判斷結(jié)果“無目標(biāo)”狀態(tài)，重新采集磁場(chǎng)信息直至接近目標(biāo)滿足磁特性閾值要求，磁探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到目標(biāo)后(一般探測(cè)距離為4 m處)，電容探測(cè)開始工作，檢波信號(hào)先經(jīng)調(diào)理電路處理，再由A/D變化進(jìn)行軟件濾波以及距離識(shí)別與炸點(diǎn)判斷，若檢波信號(hào)符合目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)則，則引信輸出起爆信號(hào)。

復(fù)合引信硬件采樣速率參數(shù)需考慮所搭載的反坦克導(dǎo)彈，其末彈道彈速在100 m/s左右，本文設(shè)計(jì)硬件采樣頻率為10 kHz，即0.1 ms采樣一次，也就是彈體每飛行1 cm進(jìn)行一次采樣。為提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和魯棒性，本文提出基于狀態(tài)機(jī)的目標(biāo)識(shí)別算法，算法狀態(tài)探測(cè)數(shù)據(jù)皆進(jìn)行連續(xù)4次采樣對(duì)比處理，一是為有效控制探測(cè)精度及其他微小目標(biāo)干擾，二是4次采樣時(shí)間彈丸飛行4 cm左右，在定距精度0.2 m要求的控制范圍內(nèi)。

復(fù)合探測(cè)輸出有5種狀態(tài)，包括無目標(biāo)出現(xiàn)、疑似目標(biāo)出現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、疑似起爆位置、達(dá)到起爆位置，分別用NT、ST、TA、SP、AP表示。狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖20所示，其中：t0mv,…,t4mv表示磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)變化量符合閾值的次數(shù)；t0mr，…，t4mr表示磁場(chǎng)變化率符合閾值要求的次數(shù)；t0dv，…，t4dv表示檢波電壓變化量符合閾值要求的次數(shù)；t0dr，…，t4dr表示檢波電壓變化率符合閾值要求的次數(shù)。

引信系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)中各狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換由識(shí)別準(zhǔn)則決定。根據(jù)坦克目標(biāo)特性與低伸彈道下可能出現(xiàn)的干擾物特性，提取系統(tǒng)特征量，包括磁場(chǎng)強(qiáng)度變化量、磁場(chǎng)強(qiáng)度變化率、檢波電壓變化量、檢波電壓變化率，分別設(shè)定對(duì)應(yīng)閾值。

結(jié)合引信系統(tǒng)串行復(fù)合方式，設(shè)計(jì)如下目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)則：1)探測(cè)系統(tǒng)首先啟動(dòng)磁探測(cè)模式，若探測(cè)磁場(chǎng)小于磁場(chǎng)變化量閾值，則表明目標(biāo)尚未出現(xiàn)，探測(cè)系統(tǒng)保持“NT”狀態(tài)；2)當(dāng)磁場(chǎng)變化量大于初始磁場(chǎng)的20%且連續(xù)4次探測(cè)皆滿足此條件，則引信系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為“ST”狀態(tài)；3)當(dāng)系統(tǒng)判定為“ST”狀態(tài)后，系統(tǒng)進(jìn)行磁場(chǎng)變化率的檢測(cè)，若變化率連續(xù)4次滿足設(shè)定閾值，則系統(tǒng)狀態(tài)變?yōu)椤癟A”狀態(tài)，否則保持當(dāng)前狀態(tài)，同時(shí)，如果此時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化量小于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化量閾值，引信系統(tǒng)狀態(tài)變?yōu)椤癗T”；4)當(dāng)系統(tǒng)被判定為“TA”狀態(tài)后，表明目標(biāo)出現(xiàn)，開始比較檢波電壓變化量與所設(shè)定變化閾值的大小。若檢波電壓變化量連續(xù)4次大于閾值，則復(fù)合引信進(jìn)入“SP”狀態(tài)，根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度只會(huì)越來越大的規(guī)律，對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化率進(jìn)行檢測(cè)，避免磁探測(cè)系統(tǒng)錯(cuò)誤預(yù)警；5)引信系統(tǒng)進(jìn)入“SP”狀態(tài)后，開始分析檢波電壓變化率。當(dāng)檢波電壓變化率連續(xù)符合所設(shè)定閾值要求4次時(shí)，表明彈丸已飛行至預(yù)設(shè)炸點(diǎn)，系統(tǒng)狀態(tài)變?yōu)椤癆P”，引信輸出起爆信號(hào)。

4 復(fù)合探測(cè)實(shí)驗(yàn)

應(yīng)用雙電極互電容探測(cè)體制與磁探測(cè)體制，設(shè)計(jì)基于狀態(tài)機(jī)目標(biāo)識(shí)別算法的復(fù)合引信樣機(jī)(見圖21)，進(jìn)行靜態(tài)推板、抗干擾性能、動(dòng)態(tài)模擬飛行等3種實(shí)驗(yàn)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

圖21 復(fù)合引信樣機(jī)

4.1 靜態(tài)推板實(shí)驗(yàn)

搭建實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，以69式坦克為目標(biāo)驗(yàn)證復(fù)合引信樣機(jī)作用距離，場(chǎng)景如圖22所示，其中，E為引信樣機(jī)與坦克車輛之間的電場(chǎng)分布，B為坦克周圍的磁場(chǎng)分布。

圖22 復(fù)合引信探測(cè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

實(shí)驗(yàn)時(shí)將引信樣機(jī)逐漸向目標(biāo)勻速移動(dòng)，樣機(jī)連接NI 6251數(shù)據(jù)采集裝置采集樣機(jī)輸出的3路信號(hào)：磁探測(cè)信號(hào)、電容探測(cè)信號(hào)、樣機(jī)起爆輸出信號(hào)，并通過上位機(jī)記錄數(shù)據(jù)。進(jìn)行對(duì)坦克前向和側(cè)向測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如表2和表3所示，起爆距離在1 m±0.2 m范圍內(nèi)。

表2 前向探測(cè)起爆距離

表3 側(cè)向探測(cè)起爆距離

4.2 抗干擾性能實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證復(fù)合引信樣機(jī)在低伸彈道環(huán)境下的抗干擾性能，建立圖23所示的環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將鐵皮干擾物和土堆分布在距目標(biāo)一定距離處，鐵皮模擬磁場(chǎng)干擾物，土堆模擬電容干擾物。

圖23 復(fù)雜干擾環(huán)境實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

實(shí)驗(yàn)時(shí)，探測(cè)器在距目標(biāo)10 m處以1 m/s速度勻速靠近目標(biāo)，得到的電容、磁目標(biāo)特性曲線及識(shí)別結(jié)果分別如圖24和圖25所示。

圖24 電容探測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖25 磁探測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖24和圖25可看出：面對(duì)鐵磁干擾物，磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)有明顯的變化趨勢(shì)，但是根據(jù)目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)則，可有效排除鐵磁干擾物的干擾，在距目標(biāo)2～4 m內(nèi)可對(duì)鐵磁目標(biāo)進(jìn)行有效檢測(cè)；同時(shí)電容探測(cè)在距目標(biāo)0.9～1.1 m距離范圍時(shí)可輸出起爆信號(hào)。

4.3 動(dòng)態(tài)模擬飛行實(shí)驗(yàn)

采用火箭橇推動(dòng)復(fù)合引信樣機(jī)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬飛行實(shí)驗(yàn)，火箭推動(dòng)樣機(jī)的飛行速度達(dá)到100 m/s左右，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖26所示，其中標(biāo)桿1距離目標(biāo)0.8 m，標(biāo)桿2距離目標(biāo)1.2 m.在火箭上裝有標(biāo)識(shí)引信輸出起爆信號(hào)的指示燈，用高速相機(jī)記錄指示燈亮?xí)r復(fù)合引信頭部在標(biāo)桿1和標(biāo)桿2中的位置進(jìn)行作用距離判讀。

圖26 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

進(jìn)行4次動(dòng)態(tài)模擬飛行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表4所示，起爆距離也都控制在1 m±0.2 m范圍內(nèi)。

表4 動(dòng)態(tài)模擬飛行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及抗干擾測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，結(jié)合狀態(tài)機(jī)算法的電容/磁復(fù)合探測(cè)可解決低伸彈道下局部干擾問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)坦克及裝甲目標(biāo)1 m±0.2 m距離的精確探測(cè)。

5 結(jié)論

本文針對(duì)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下反坦克彈藥對(duì)抗反應(yīng)裝甲需求，提出了一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電容/磁復(fù)合探測(cè)體制，實(shí)現(xiàn)對(duì)坦克目標(biāo)的精確探測(cè)與定距，同時(shí)提升引信的抗干擾能力。得出以下主要結(jié)論：

1)通過對(duì)雙電極探測(cè)電極分布優(yōu)化，提升了電容探測(cè)的定距精度，通過理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證在1 m范圍內(nèi)可做到精確定距。利用磁傳感器及相應(yīng)的信號(hào)判別系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在2～4 m范圍內(nèi)對(duì)坦克鐵磁目標(biāo)的有效識(shí)別。設(shè)計(jì)了基于狀態(tài)機(jī)的目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)則與復(fù)合引信樣機(jī)，開展了靜態(tài)與動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明復(fù)合探測(cè)可解決低伸彈道條件的干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)坦克目標(biāo)1 m±0.2 m距離內(nèi)的精確定距。

2)引入單電極自電容探測(cè)模型，利用彈體作為單一電極增大電容探測(cè)面積提高探測(cè)距離，仿真結(jié)果表明探測(cè)距離可達(dá)到2 m以上。同時(shí)，其電壓變化幅值及變化率與雙電極探測(cè)方法相近，應(yīng)用本文的信號(hào)處理方法定距精度可達(dá)到±0.2 m，后續(xù)將進(jìn)一步進(jìn)行彈體結(jié)構(gòu)兼容設(shè)計(jì)、引信樣機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究。

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