弹药侵彻目标硬层的抗干扰设计*

李俊锋，张 亚

(中北大学机电工程学院，太原 030051)

0 引言

随着科技的不断进步和在军事上应用的不断深化。在现代战争中，作战双方的军事力量不断增强，打击手段推陈出新，重要军事目标已经坚固化和地下化，这大大促进了侵彻技术和钻地武器的发展。

侵彻弹药对硬目标实施精确毁伤的起爆控制方式主要有4种:计时起爆、计层/计空穴起爆、计行程起爆和介质识别起爆。其中，计层起爆方式就是当目标为多层硬目标时，引信电路采集和处理高g值加速度传感器传输来的减加速度信号，计算出侵彻战斗部穿透目标的层数，控制战斗部在预定的目标层起爆。

文中主要研究用计层的方法实现侵彻弹药控制炸点，重点对侵彻过程中的干扰信号产生的原因及抗干扰的原理做了详细的分析，提出了可靠的抗干扰的方法，并且进行了算法仿真验证。为侵彻弹药的进一步发展打下基础。

1 抗干扰的原理

弹丸侵彻层状目标的典型物理模型如图1所示。

图1 弹丸侵彻层状目标的典型物理模型

侵彻过程中，由侵彻弹药上的高g值加速度计测得加速度信号。受传感器安装、结构响应等因素的影响，该加速度信号含有多种高频干扰，需要经信号处理才能获得有用信号。原始加速度信号及处理后的加速度信号如图2所示。

图2中的加速度信号可能仍会存在两类干扰。第一类，干扰层导致的干扰信号，容易被计数器误计为是一层;第二类，由于两层之间距离很近，在侵彻的过程中应该被视为一层，但侵彻加速度信号会出现两个峰值，这个干扰不经过处理会直接被计数器视为两层，引起层识别的错误，如图2中的最后两层。

对应于由于干扰层等原因产生的第一类干扰信号，由于其阀值比较小，可以通过比较器，预先设定好比较值，当输入信号大于预先设定好的比较电压时，才能被视为一层，当干扰信号输入时，由于其值小于预先设定好的比较电压值，比较器无输出。通过上述的方法，比较器可以可靠的消除此类干扰。因为比较器使用较容易，所以文中不做分析。

图2 侵彻加速度信号

对于第二类干扰，则通过定时器来实现除去干扰的过程。根据目标预先设定好定时器延时的时间，进入距离很近的两层中的第一层时，输入计数器的信号有跳变，同时定时器开始计时，定时期间，输入计数器的信号不随侵彻过程发生变化。进入第二层时，定时时间到。由于穿出第二层时，输入定时器的信号又会发生跳变，所以计数器会计为一层。通过这样的方法，可以有效的消除由于距离很近的两层产生的双峰值干扰。下文进行详细的描述和仿真。

2 消除双峰干扰的方法

消除双峰干扰系统的整体方框图如图3所示。

图3 消除双峰干扰的系统

整个系统分为两个部分，第一部分是计数部分，由上升沿检测、下降沿检测、锁存器、计数器组成。作用是滤除第一类干扰并且计出侵彻弹药已经侵彻的层数。第二部分是定时器部分，由锁存器、定时器组成，作用是消除第二类干扰信号，即双峰干扰信号。

因为整个系统多采用的逻辑器件、计数器、定时器等，受外界干扰影响较小。调试好后进行相应的封装。以保证硬件实现的可靠性。

图4 假设输入信号

假设输入信号如图4所示，图中有两个层信号，第一层为常规的层信号，第二层为双峰干扰的层信号，当这个信号输入系统时，各模块的时序图如图5所示。

图5 系统各点时序图

侵彻第一层时，各点动作如时序图中所示，进入比较器的信号I为一个脉冲，即会被计为一层。侵彻第二层时，也就是有双峰干扰的层信号输入时，可以分为4个阶段分析，即信号的第一个上升阶段，第一个下降阶段，第二个上升阶段和第二个下降阶段。当第一个上升阶段输入系统时，上升沿检测输出1，下降沿输出0，或门1输出1给锁存器1的控制端，因为为高电平，则锁存器直通，则高电平1会直接输出给或门3，同时，或门2也输出高电平给锁存器2，锁存器2直通输出高电平给定时器和或门3，定时器开始定时动作，或门3输出高电平1给计数器。当进入第一个下降阶段时，上升沿检测输出0，下降沿检测输出1，或门1输出1给锁存器1的控制端，锁存器1直通输出0给或门3，同时，因为定时器未到预先设定好的定时时间，所以输出0给锁存器2的控制端，锁存器2锁存，仍然输出1给或门3，所以或门3仍然输出高电平1给计数器。当第二个上升发生的时候，与第一过程完全相同，定时器定时到了，输出高电平，或门3的输出仍为高电平。当第二个下降发生的时候，上升沿检测输出0，下降沿检测输出1，所以锁存器1输出低电平0给或门3，由于定时器定时时间已到，所以锁存器2输出给或门3的为低电平0，此时，或门3输出给计数器为低电平。到此，带有双峰干扰的层信号通过，或门3输出的为一个脉冲，即为一个层信号，避免了被计为两层的错误，达到了精确计层的目的。

3 仿真验证

在Matlab的Simulink仿真系统中构造出如图6的抗干扰系统模型。

图6 抗干扰系统模型

在系统中设定定时器延时的时间为T0=0.003s，分两种情况仿真:

第一种情况，当相邻两个峰值之间的最小时间间隔T1小于延时时间，即 T1＜T0时。输入系统的信号波形和系统输入计数器的信号波形如图7所示。

图7 有双峰干扰的层信号仿真

从输入系统的信号波形中可以看出，前面一层为常规层信号，后面一层为两个峰值时间间隔 T1=0.002s的层信号。因为时间间隔 T1=0.002s小于预先设定的延时时间T0=0.003s，所以被认为是含有双峰干扰的层信号。从系统输入计数器的波形可以看出，为两个层信号，计数器计为两层，排除了双峰干扰。

第二种情况:当相邻两个峰值之间的最小时间间隔T2大于延时时间，即 T2＞T0时。输入系统的信号波形和系统输入计数器的信号波形如图8所示。

图8 不含双峰干扰的层信号仿真

从输入系统的信号波形中可以看出，前面一层为常规层信号，后面两层为两个峰值时间间隔T2=0.004s的层信号。因为时间间隔 T2=0.004s大于预先设定的延时时间T0=0.003s，所以即使两层离得很近，也被认为是两个层信号。从系统输入计数器的波形可以看出，为3个层信号，计数器计为3层。完成了精确计层的过程。

通过仿真可以得出，结果与理论分析一致。系统可以有效的抗干扰，精确计层。

4 结论

定时器延时时间的设定与目标层数和弹药侵彻各层目标的时间有关。所以在进行打击之前，需要先对打击目标有相应的了解，例如在目标在第几层等信息。以保证精确打击。

侵彻加速度信号在处理的过程中，可能存在着一般滤波电路不能滤除的两种干扰信号，即干扰层信号和双峰干扰信号。文中重点讨论如何抗这两种干扰的方法。其中，通过比较器可以有效的抗干扰层的干扰信号，文中设计的以定时器为核心的系统可以有效的抗双峰干扰信号。通过仿真软件基于算法的仿真，确认能够有效作用。为准确的硬层分析提供了一个新的方法。

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