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        一種導(dǎo)彈發(fā)射飛行試驗系統(tǒng)設(shè)計與研究

        2022-09-14 08:22:52韓穎超孟維曉毛友澤杜廣宇李雪飛
        火力與指揮控制 2022年7期
        關(guān)鍵詞:靶機(jī)導(dǎo)彈誤差

        韓穎超,孟維曉,趙 琦,毛友澤,杜廣宇,李雪飛

        (1.哈爾濱工業(yè)大學(xué),哈爾濱 150001;2.北京電子工程總體研究所,北京 100854)

        0 引言

        導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程,是科學(xué)研究與工程應(yīng)用緊密結(jié)合的產(chǎn)物。在導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制過程中,從論證、方案設(shè)計、初樣研制、試樣研制、定型鑒定、作戰(zhàn)試驗等各環(huán)節(jié),必須進(jìn)行一系列的系統(tǒng)試驗。導(dǎo)彈武器系統(tǒng)及其組成部分在真實(shí)飛行條件下所進(jìn)行的試驗稱為飛行試驗,通過一系列的飛行試驗,逐步考核各種階段下參試導(dǎo)彈及其對應(yīng)彈上組成設(shè)備、地面系統(tǒng)的功能、性能所達(dá)到的水平,不斷檢驗和暴露存在的設(shè)計、生產(chǎn)問題。本文給出了研制性飛行試驗中一種地面發(fā)射制導(dǎo)彈飛行試驗的試驗系統(tǒng)設(shè)計,該試驗系統(tǒng)可以在地面支持導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)從加電、準(zhǔn)備、架上截獲目標(biāo)、導(dǎo)彈發(fā)射的閉合工作過程,對試驗系統(tǒng)主要組成及原理進(jìn)行了分析,討論了試驗系統(tǒng)設(shè)計過程中需考慮的主要問題,為地面發(fā)射制導(dǎo)彈飛行試驗提供了一種技術(shù)選擇。

        1 試驗系統(tǒng)

        地面發(fā)射制導(dǎo)彈飛行試驗可充分利用多類觀測手段(如試驗靶場光測、雷測等),獲得受試導(dǎo)彈的外彈道數(shù)據(jù)、遭遇段數(shù)據(jù)以及炸點(diǎn)數(shù)據(jù)或脫靶數(shù)據(jù);給出導(dǎo)彈離軌速度、加速度、分離后姿態(tài)、飛行速度等飛行參數(shù);考核導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)工作性能、導(dǎo)彈系統(tǒng)穩(wěn)定控制回路性能、過載輸出能力和彈體承受過載能力等;驗證導(dǎo)彈飛行工作時序、末制導(dǎo)系統(tǒng)對真實(shí)目標(biāo)的截獲、跟蹤能力。若需可搭載對引戰(zhàn)配合性能和戰(zhàn)斗部對目標(biāo)毀傷效果進(jìn)行摸底。通過該試驗系統(tǒng)進(jìn)行地面發(fā)射飛行試驗,可考核的導(dǎo)彈性能參數(shù)全面,效費(fèi)比高,但所需的試驗系統(tǒng)亦十分復(fù)雜,涉及到多技術(shù)專業(yè)的協(xié)同設(shè)計。系統(tǒng)主要組成及功能如表1 所示。

        表1 系統(tǒng)主要組成

        系統(tǒng)組成原理框圖如圖1 所示。

        圖1 試驗系統(tǒng)組成原理框圖

        目標(biāo)信息通過空饋,由靶機(jī)在天上發(fā)送至地面的靶機(jī)遙控裝置,靶機(jī)遙控裝置接收數(shù)據(jù)后完成基本效驗,發(fā)送給顯控設(shè)備,顯控設(shè)備對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行組包、濾波、異常值剔除后,對必要的關(guān)鍵信息量進(jìn)行顯示,實(shí)現(xiàn)試驗過程指揮控制,將導(dǎo)彈發(fā)射所需數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)射控制系統(tǒng)。由發(fā)射控制系統(tǒng)完成向?qū)梾?shù)裝訂、發(fā)送控制指令,執(zhí)行導(dǎo)彈供電管理等。遙測設(shè)備接收導(dǎo)彈輻射的遙測信號。

        2 試驗分系統(tǒng)設(shè)計

        2.1 發(fā)射控制系統(tǒng)設(shè)計

        發(fā)控系統(tǒng)通過1553B 數(shù)據(jù)總線與導(dǎo)彈進(jìn)行信息交互,主要組成包括發(fā)控綜合電源、發(fā)控執(zhí)行組合、顯示組合和顯示計算機(jī)等。原理圖如圖2 所示。

        圖2 發(fā)控原理圖

        1)功能

        向?qū)棸l(fā)送目標(biāo)指示信息、射前裝訂參數(shù);接收導(dǎo)彈回傳的設(shè)備狀態(tài)和目標(biāo)跟蹤信息;向地面發(fā)射裝置發(fā)送控制命令;接收地面裝置發(fā)送的設(shè)備狀態(tài)信息;接收顯控設(shè)備發(fā)送的目標(biāo)信息;顯示導(dǎo)彈在位、發(fā)控設(shè)備狀態(tài)燈關(guān)鍵信息;具有設(shè)備自檢功能。

        2)參數(shù)設(shè)置

        通過界面設(shè)置參數(shù)并上傳至彈上,包括:

        ①發(fā)射裝置方位角(相對正北);

        ②發(fā)射點(diǎn)經(jīng)度;

        ③發(fā)射點(diǎn)緯度;

        ④發(fā)射點(diǎn)高度信息。

        3)控制設(shè)計

        對導(dǎo)彈的控制包括:導(dǎo)彈加電(加電/斷電);導(dǎo)彈準(zhǔn)備(啟動準(zhǔn)備/撤銷準(zhǔn)備);啟動截獲;導(dǎo)彈發(fā)射。

        對發(fā)射裝置的控制包括:脫落插頭分離;發(fā)控設(shè)備自檢等。

        2.2 顯示控制系統(tǒng)設(shè)計

        1)界面設(shè)計

        設(shè)計顯控界面如下頁圖3 所示。

        圖3 顯控界面設(shè)計

        2)工作時序

        顯控主要完成試驗數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示。顯控設(shè)備周期性單向接收靶機(jī)遙測設(shè)備、遙測設(shè)備數(shù)據(jù),與發(fā)控設(shè)備之間以應(yīng)答方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,并主動向發(fā)控設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。顯控系統(tǒng)通訊時序如圖4 所示。

        圖4 顯控通訊時序

        其中,a)靶機(jī)遙控裝置向顯控設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送周期約100 ms;b)遙測設(shè)備向顯控設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送周期約500 ms;c)發(fā)控設(shè)備與顯控設(shè)備的數(shù)據(jù)交互由顯控設(shè)備控制;d)顯控設(shè)備向數(shù)據(jù)記錄裝置發(fā)送靶機(jī)遙測數(shù)據(jù)記錄報文。

        3 試驗系統(tǒng)閉合分析

        3.1 截獲距離

        1)通視性分析

        導(dǎo)彈發(fā)射前架上截獲目標(biāo),需考慮地球曲率對導(dǎo)彈通視性所帶來的影響。導(dǎo)引頭直視距離R:

        其中,a為考慮典型大氣折射時的等效地球半徑;h為導(dǎo)彈架設(shè)高度;h為目標(biāo)飛行高度。若選擇發(fā)射架固定導(dǎo)彈高度3 m,目標(biāo)登高平飛高度3 km,則導(dǎo)引頭直視距離可達(dá)200 km 以上,導(dǎo)彈與目標(biāo)之間無遮擋,則滿足試驗需求。

        2)截獲距離分析

        導(dǎo)彈架上截獲過程中,需對目標(biāo)進(jìn)行捕獲和持續(xù)跟蹤,為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引頭在規(guī)定距離段對目標(biāo)的架上截獲,需要對靶試目標(biāo)RCS 進(jìn)行改造,靶標(biāo)裝載特種設(shè)備,尤伯透鏡是一種常見的增大靶標(biāo)雷達(dá)反射面積的回波增強(qiáng)器。

        圖5 截獲角度與供靶斜距關(guān)系

        若彈上采用凝視截獲方式,則應(yīng)考慮導(dǎo)引頭波束寬度與彈目視線夾角的匹配關(guān)系,同時需考慮導(dǎo)引頭持續(xù)輻射工作時間與彈上能源工作時間的限制,以及發(fā)動機(jī)主動段工作時導(dǎo)彈進(jìn)入末制導(dǎo)階段所帶來的影響等,合理設(shè)定截獲距離。

        3.2 精度分析

        目標(biāo)引導(dǎo)信息與導(dǎo)彈信息交互精度鏈如圖6所示。

        圖6 精度鏈傳遞示意

        其中,①處目標(biāo)放靶誤差折合時間延遲取t;②處數(shù)據(jù)更新周期t;③處數(shù)據(jù)更新周期t;④、⑤采用網(wǎng)絡(luò)傳輸,中斷方式讀取數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)本身傳輸和處理延時可忽略;⑥、⑦采用發(fā)控與導(dǎo)彈的總線傳輸,數(shù)據(jù)傳輸周期t;總的延時t=t+t+t+t。則單方向角度引導(dǎo)指示誤差θ:

        其中,發(fā)射系統(tǒng)與導(dǎo)彈初始對準(zhǔn)誤差取θ;導(dǎo)彈裝配經(jīng)度傳遞誤差取θ;天線罩折射誤差取θ;導(dǎo)引頭角度預(yù)定誤差等其他彈上精度鏈傳遞誤差取θ,則角度交班總誤差θ:

        該角度誤差有可能對系統(tǒng)閉合產(chǎn)生較大影響,因此,在建立試驗系統(tǒng)時需重點(diǎn)考慮。

        4 結(jié)論

        本文從武器系統(tǒng)角度設(shè)計了一種地面發(fā)射制導(dǎo)彈飛行試驗系統(tǒng),該試驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)利用地面雷達(dá)引導(dǎo)相比,具有組織相對簡單、試驗周期短、經(jīng)費(fèi)消耗少、試驗風(fēng)險小的特點(diǎn)。文中給出了系統(tǒng)的組成及原理,分析了系統(tǒng)閉合所需重點(diǎn)考慮的內(nèi)容,為地面發(fā)射制導(dǎo)彈飛行試驗提供一種技術(shù)選擇。

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