电子时间引信通用有线装定系统设计

2012-04-10丁立波

制造业自动化 2012年16期

洪黎，张合，丁立波

HONG Li,ZHANG He,DING Li-bo

（南京理工大学智能弹药技术国防科技重点实验室，南京 210094）

0 引言

信息化战争要求武器系统之间及时地将有用信息进行交联，以便快速、实时、准确地打击目标[1]。装定是时间引信的关键技术之一，装定具有无线装定和有线装定两种形式，无线装定存在抗电磁干扰能力差、结构复杂、可靠性差等缺点；有线装定因其结构能够合理安排，制造工艺简单且价格便宜，有较高的稳定性，功耗很小，适用面广泛等优点，是目前国内外装定的主要手段之一。

本文对有线装定系统进行了设计并重点分析了系统设计的关键技术，1）采用以单片机为核心软件控制、选取起点信号可靠判断方案、对引信电源采取保护措施来提高可靠性；2）对可编程内部振荡器校准以提高引信定时精度；3）电路保护设计、泄能控制等来提高系统安全性。

1 引信有线装定系统设计

1.1 有线装定系统的总体设计

总体设计如图1所示。图1左侧为装定器部分，引信信息有线装定的工作过程：通过探测系统探测目标，确定目标的参数送入火控计算机，火控计算机根据这些数据以及预先输入的弹丸弹道参数计算出引信所需的装定信息，装定信息经火控计算机送入装定器，装定信息经编码调制后通过信息能量发送模块通过导线传输给即将发射的弹药引信，同时装定器通过导线给引信电路传输能量[2]。引信接收到能量后将其存入储能电容中，存储的能量经DC/DC变化后作为MCU的能量；引信接收到装定信息后，送入调理电路调理，调理后送入CPU解码得到装定信息并进行存储。弹药发射后引信根据存储的装定信息在目标处输出发火信号，点爆弹药摧毁目标。

图1 总体设计框图

1.2 有线装定系统电路设计

有线装定装定器原理框图如图2上半部所示。火控计算机解算出的装定信息经C8051F310高速单片机编码并对编码信号进行处理后，加起始位和校验码，构成传输的数据帧，帧信号由信息收发模块调制后通过电缆传输给引信。引信电路原理框图如图2下半部所示。引信通过电缆接收到信号，信号通过信息收发模块解调，再由高速单片机C8051F310解码得到装定信息，计数器工作，当计到装定数据时，控制电路根据记录的飞行时间算解的距离窗核查算解的距离是否正确，选择适当作用模式，输出发火信号。

图2 装定器原理框图和引信原理框图

1.3 有线装定系统软件设计

如图3所示为装定器软件流程图，首先系统初始化，接收完火控装定数据进行验证，合格再向引信电路发送装定信息，不合格继续等待下次火控数据，装定器接收引信反馈数据，对反馈数据和发送数据进行比较，不相同继续发送数据，如果有连续5次都不相同，回到等待下次火控数据；相同然后判断是否为泄能信号，若为泄能则停止工作，若不是泄能则已经装定成功，再转到等待下次火控数据到来。

图3 装定器流程图

如图4所示为引信软件流程图，首先系统初始化，引信等待接收装定器装定数据，接收完向装定器反馈数据，反馈完等待新装定数据，如果有新数据，循环接收数据反馈数据然后等待的过程；若引信接收到断线启动信号，定时电路工作，启动充电解保发火信号，到目标位置处点爆弹药。

图4 引信流程图

2 关键技术分析设计

2.1 可靠性设计

2.1.1 以单片机为核心软件控制

用软件控制模式来代替电路硬件电路控制模式，可以大大简化引信系统电路的复杂性，同时硬件对外界电磁等干扰比较敏感，所以可以用软件代替硬件的地方尽量用软件，大大提高了系统的工作可靠性。

2.1.2 起点信号确定

起点信号的确定关系着整个引信系统能否正常可靠工作，起点信号不可靠确定破坏了引信的启动特性，导致早炸或误炸，甚至使系统完全无法工作，根据系统特性有三种确定起点信号的方案。

1) 信号线检测

在弹药飞离炮口位置的瞬间，信号线被拉断，拉断后，信号线的波形如图5所示，信号线由低电平变为高电平，引信电路当检测到这种变化过程认为是起点信号。

由于信号线由低电平到稳定高电平有个过渡过程，可跳过这个过程再检测是否为高电平，若为高电平则为起点信号，但这个过渡过程不确定，难认识清楚，所以此种起点信号确定方案不可靠。

2) 电源线检测

电源线在弹药离开炮口位置的瞬间由高电平变为低电平如图5所示，引信根据此种变化，判断弹离开炮口，此时是起点时刻。

由于意外切断电源时，电源线也有这一变化，此种判断信号的方案不可靠，会误起爆弹药，带来不必要弹药安全事故。

3) 电源线信号线共同检测

以上两种方案被否决后，引信可以同时根据这两种信号变化来确定发射起点，当电源由高电平变成低电平的同时检测到信号线为高电平认为是起点时刻。

图5 起点信号判断图

2.1.3 引信电源设计

本设计使用电容储能为引信电路提供工作能量，使用如图6所示的电源电路，电源电容在高过载下会瞬时失电，从而使弹药瞎火。解决措施：1）使用经过严格筛选后的军品电容；2）加电路保护，这样不至于其中一个电容出现问题就使整个系统无法工作。

图6 引信电源图

2.2 高精度设计

定时引信采用已经过工厂校核的可编程内部振荡器，装定器部分的振荡器采用高精度的晶振电路，用以校准定时引信内部振荡器，以保证时间计时精度。若定时精度有5ms以上的误差将会使引信失去作用意义。由于单片机待自身时钟频率稳定后再进行校频才有意义[3]，引信上电后再进行校频。

本系统装定器主频为10MHz,定时器12分频，每位传输数据计数166次，每帧数据为14位，则14位数据总时间为：

设T1对应的引信时间为x（已知），T2对应的时间值为y，可列等式：

2.3 安全性设计

2.3.1 保护电路设计

装定器电源线与信号线相碰和引信电路电源线与引信信号线相碰均会使电路烧坏，从而使整个系统无法正常工作。如图7所示加上电路保护，无论装定器还是引信电路，当电源线与信号线相碰时均得到了保护，不会由于高压大电流使电路烧毁。

图7 电路保护图

2.3.2 泄能控制

系统上电后，由于各种原因如不需要发射弹药，此时存在两种可能，信息已经装定，断电就认为是弹药发射，就不得不发射弹药，这样就白白浪费了弹药；信息没有装定，但此时战士也不敢断电，由于在紧张激烈的环境下，战士可能记不清有没有装定，给战士带来很大的心理负担，能够泄能后，无论哪种情况，按下泄能键后都可以直接关断电源，可以大大提高弹药的可靠性，节约了弹药，保护了我军战士的宝贵生命。

按下泄能按键后，装定器向引信发送泄能信号，引信接收到泄能信号后，关掉所有中断，不再有解保发火信号。装定器切断电源，直到电池能量耗尽。