无线电引信的精确延时接电控制

赵耀军，陈朝晖，张 南，潘晓建

（西安机电信息技术研究所，陕西 西安 710065）

0 引言

地炮无线电引信可以使弹丸在接近地面10 m左右时凌空爆炸，即使躲在堑壕和散兵坑中也难幸免，我军在抗美援朝战争中吃过美军无线电引信的苦头。1978年组织过配近炸引信与触发引信的实弹对比试验，对堑壕内有生力量杀伤能力提高10倍。

我军的无线电引信由仿研抗美援朝战场上缴获的美军引信起家。战利品中，T227等型号已经具有钟表延时接电机构，发射前用扳手装定弹道飞行时间，引信在落地前4 s才开机。但是仿研中对其意义认识不足，以简化战场操作、减小体积和降低成本等理由将钟表机构“省略”掉了。其后研制的多种无线电引信都不带延时接电装置，以至后来在与国内外引信干扰机的对抗中名声扫地。我国陆军从来没有在战争中使用过无线电引信，没有尝过其甜头，反而有无线电引信不堪干扰等诸多非议，并且由于有弹道早炸，怕伤及弹道下的平民，连部队训练与演习都不敢使用。其实无线电引信有辐射功率小、灵敏度低、频率散布大、工作时间短等一系列不利于干扰的特点，尤其是有效工作时间不足1 s，用好延时接电功能，使弹丸飞到敌人头顶再开机，是不容易被干扰的［1］。

20世纪80年代末，我国引进了美国PF-1无线电引信及其生产线。该引信的延时接电定时器由电阻式比例计、计数器和闸流管开关电路构成［2］。我国此后设计的引信也沿用了其延时接电机构，抗干扰能力和弹道安全性已经显著提高，但是一步错棋的遗害至今未能消除。

美国在转让PF-1引信的同时，正在大力发展多选择引信，2000年M782多选择引信正式列装，取代过去的无线电引信、时间引信和机械触发引信。至此，美国的中大口径火炮均可使用无线电近炸方式射击。多选择引信放弃了装定扳手，使用手持式感应装定器，只要在引信头上套一下，即可完成作用方式（近炸、时间、触发、延期）选择和时间装定，时间精度达到0.1 s［3］。我国多管火箭炮电子时间引信也达到了类似的精度，并且使用有线遥控自动装定。但是我国无线电引信仍在使用比例计延时接电机构。该机构仍围绕扳手式手工装定展开设计，由于采用手工调节电阻式比例计，装定分划粗，精度低，并且不适于在自行多管火箭炮上遥控自动装定。为此，本文将电子时间引信的电子定时和有线遥控自动装定技术引入无线电引信。

1 比例计的延时接电和装定

1.1 引信的延时接电原理

引信的延时接电功能由延时接电控制模块通过控制引信发火控制系统电源的通断实现。延时接电控制模块等效为一个可控电子开关，连接引信发火控制系统和引信电源，原理框图如图1所示。

图1 延时接电控制模块原理框图Fig.1 Principle block diagram of delay closed control

延时接电控制模块主要由主控单元和电子开关组成，当引信电源激活后，延时接电控制模块开始工作，主控单元控制电子开关使引信发火控制系统和引信电源处于断开状态并保持，引信发火控制系统不工作。经过一定时间的延时，引信随弹丸飞行进入预定目标区范围之内时，主控单元立即控制电子开关将引信发火控制系统和引信电源接通，发火控制系统上电开始工作。

1.2 比例计延时接电控制和装定

比例计延时接电主控单元采用RC振荡器、计数器、电压开关电路、积分／驱动电路和清零电路等组成，如图2所示。

图2 比例计延时接电控制主控单元结构框图Fig.2 Str ucture block diagram of master control unit of traditional delay closed control

RC振荡器由电阻式比例计和电容构成，产生周期脉冲串。电池激活后，电压开关电路判断电池电压上升到10 V时，才允许清零电路对计数器复位，随后计数器对RC振荡器输出的脉冲串计数，达到预定脉冲个数后输出一启动触发信号，经积分／驱动电路放大后输出控制信号，控制电子开关由关闭状态变为导通状态。电子开关采用闸流管开关电路［2］。将引信发火控制系统电源输入端接引信电源正极，当控制信号控制闸流管处于导通状态时，引信发火控制系统地和引信电源负极接通上电开始工作，由此完成延时接电功能。

由于通常情况下主控单元只能输出一路控制信号，电子开关只能控制近炸发火控制系统接电状态，因而作用方式的选定是靠预先设置机械开关状态进行的。

该控制模块把电阻式比例计焊接在设计好的PCB板上，经灌封后粘在引信下体隔板上。装定时，通过专用装定扳手旋转引信上体的装定环：近炸装定时使装定环指针对准时间刻度范围之内的某个值，以调节电阻比例计的阻值完成延时接电时间的装定，弹丸发射后引信据此装定时间对近炸和触发发火控制系统延时接电，引信近炸、触发（作为后备）作用方式均有效；触发装定时使装定环指针对准PD标志，弹丸发射后引信近炸发火控制系统始终不加电，只有触发发火控制系统工作。此装定操作复杂、速度慢，在高大的自行火箭炮上手工装定几乎不可能，在使用储存、运输、发射箱一体的箱式发射时，火箭弹出厂便密封在储运发箱中，更无法手工装定。

该控制模块RC振荡器的脉冲周期误差、计数器的计数误差及复位电路的计时起点误差等因素决定了其定时误差较大，闸流管开关电路温度特性较差，控制极较敏感，容易误动作，而且其导通压降不为零，导致引信发火控制系统地和引信电源负极电位不相等，可能引起回路噪声。

1.3 微控制器电子定时模块

随着电子技术的发展，微控制器也越来越多的应用于引信系统，在电子时间引信定时开仓设计中，微控制器电子定时模块应用较为广泛。其主控电路如图3所示。

图3 微控制器电子定时模块主控电路原理框图Fig.3 Str ucture block diagram of master control unit of ti ming based on micro-controller

图3 中微控制器通过装定接口电路和引信装定器进行数字通信，接收或发送经过编码的时间信息，完成引信时间的装定和查询。实际应用中，从引信引出的装定线和弹丸预留的装定线连接，再经过弹尾连接器和火控计算机（或引信装定器）装定电缆连通，构成装定回路。由于引信装定可在火箭弹发射前的任意时刻重复进行，该装定方式完全满足多管火箭弹的装定要求，但一般只用来装定时间信息。弹丸发射后，微控制器立即开始计时，计时完成后输出控制信号控制发火执行电路发出开仓点火信号［4－5］。

一般微控制器采用外部晶体振荡器工作模式，可显著提高时间精度，通常可达到0.1 s的时间精度。

2 基于遥控多选择装定的延时接电模块

为了充分利用电子时间引信装定的灵活优势，实现无线电引信接电时间和作用方式的便捷装定，同时完成引信的延时接电，对图3电路进行扩展改进，如图4。改进后，通过程控多路独立的电子开关逻辑组合，使其完成延时接电的同时，又实现了引信多种作用方式的选择装定。

图4 基于遥控多选择装定的延时接电控制原理框图Fig.4 Str ucture block diagra m of delay closed control based on remote settng in multi-option f uze

射前装定时，火控系统和引信按照约定协议进行数字通信，延时接电时间和作用方式两个信息按照通信协议组合编码形成装定信息码，引信装定器向引信发送装定信息码或接收已装定的信息码。引信延时接电控制电路中微控制器通过装定接口电路将接收到的装定信息码存储到内部存储器，或从存储器读出已装定信息码发送给引信装定器以备查询，从而实现引信的电子有线装定和查询。此装定和查询速度非常快，而且可以随时通过弹尾预留的装定电缆重复进行。

弹丸发射后，火箭弹中装定线随导电盖的后退被拉断。引信电源一激活，微控制器立即通过内部复位电路复位并初始化，然后从内部存储器读出预先装定的时间和作用方式信息。微控制器首先根据作用方式信息进行判定，以确定引信要按照哪种作用方式进行工作。判定完成后内部定时器开始按照存储器中的时间进行计时，此时电子开关保持断开状态，计时完成后微控制器根据刚才判定结果在相应端口立即输出控制信号使电子开关导通，从而使被选中的引信发火控制系统和电源接通，引信开始按预定方式开始工作，从而完成引信作用方式的遥控装定和延时接电［6］。

微控制器一般都有多个输出端口，可根据需要设置多路相互独立的输出控制信号，由多路输出控制信号不同的逻辑组合可产生较多的输出状态，以实现多通路的延时接电控制功能。比如有n路独立的输出控制信号时，就可以组成2n种输出状态。每一路输出控制信号控制一个连接引信电源和发火控制系统的电子开关，且各路电子开关相互独立。按需要对其中若干路电子开关进行程序控制，就可完成遥控多选择装定。该控制电路调试非常方便，微控制器内嵌有通信、装定控制等程序，只需修改微控制器的程序模块就可以扩展更多的控制功能。

3 试验验证

对于具有遥控多选择装定的延时接电控制模块，经大量的静态测试及动态试验验证，其在常温、高温（50℃）、低温（－40℃）及随机振动等环境下能稳定可靠的工作，经统计其失效率不足0.001，定时误差均值为0.126 s，标准差为0.098 s。

将测试及试验结果与比例计延时接电控制在电路性能和装定方法优越性两方面进行比较（温度范围－40～50℃），分别见表1、表2。

表1 延时接电控制性能比较结果表Tab.1 Co mpare of perf or mance of delay closed control

表2 装定方法优越性比较结果表Tab.2 Co mpare of superiority of t he t wo setting method

从表1可以看出，改进的延时接电控制模块定时精度高，电路结构简单，调试方便，延时接电时机更有利，通用性好，能够实现延时接电时间的电子有线遥控装定。从表2可以看出，遥控装定方式操作简便、速度快、安全性高、每次的装定数量灵活、通用性好，适用于多管火箭弹引信。

4 结论

本文将电子时间引信的电子定时和有线遥控自动装定技术引入无线电引信。该引信模块以通用的微控制器定时为基础，通过微控制器和引信装定器进行有线通信，装定引信延时接电时间和作用方式信息，通过程序控制多路独立的电子开关逻辑组合实现引信的延时接电，并按所选择的作用方式起爆。试验表明：该模块具有电路结构简单、定时精度高、调试方便、稳定可靠、通用好等优点，解决了比例计延时接电控制模块精度低、控制通路单一、调试不便、装定效率低且不适用于自行多管火箭炮和多选择引信等问题。

［1］崔占忠，宋世和，徐立新.近炸引信原理［M］.北京：北京理工大学出版社，2005.

［2］总装备部通用装备保障部.引信技术手册［M］.北京：国防工业出版社，2003.

［3］马宝华.现代引信的控制功能及特征［J］.探测与控制学报，2008，30（1）：1-5.MA Baohua.Control f unction and characteristics of modrder n f uzes［J］.Jour nal of Detection ＆ Control，2008，30（1）：1-5.

［4］刘红华.可装定电子定时器在引信全弹道安全系统中的应用［J］.探测与控制学报，1999，21（2）：39-42.LIU Honghua.The application of a setting electronic timer in a f uze f ull ballistic safety system［J］.Jour nal of Detection ＆ Control，1999，21（2）：39-42.

［5］孙磊，张河，周晓东.信息装定和精确炸点控制技术在引信中的应用［J］.制导与引信，2004，25（3）：28-31.SUN Lei，ZHANG He，ZHOU Xiaodong.The application of infor mation setting and precision exploding point in f uze［J］.Guidance ＆ Fuze，，2004，25（3）：28-31.

［6］Ti m Williams.电路设计技术与技巧［M］.周玉坤，靳济方，徐宏，等，译.北京：电子工业出版社，2006.