间断供能的引信装定数据双向传输方法

杜 军，李红英，马 君，王秋生，徐 昕

（西安机电信息技术研究所，陕西 西安 710065）

0 引言

现代引信（如多选择引信、弹道修正引信）需要在弹药发射前将各种信息（如弹药类型、作用方式、炮位经纬度、气象信息、GPS信息等）通过感应式装定器装定到引信内。数据反向传输（从引信到装定器），不仅可准确知道装定数据的正确与否，确保装定器可靠地进行装定，而且可实现引信与火控系统信息实时交联［1］。现有的装定信息数据反向传输技术采用持续供能的引信装定数据双向传输方法［2］，但在这种反向传输方法中正确解调大容量装定信息和反向传输信息可靠性不高，另外考虑到引信控制电路的体积一般不大，采用相移键控时其解调设备复杂，增加了引信控制电路的体积和复杂性。针对此问题，本文提出了间断供能的引信装定数据双向传输方法。

1 感应装定系统的组成与工作原理

感应装定系统由装定器和引信体两部分组成，利用两个线圈之间的感应耦合实现能量和信息的传输［3］，相互分离的装定器线圈和引信线圈构成了传输的无线通道。装定器包括控制器、编码器、解调器等组成，装定系统组成的原理框图如图1所示。

图1 装定系统组成的原理框图Fig.1 principle diagram setting system

工作时，装定器将装定信息进行编码调制到能量载波上，通过装定器线圈发送脉冲，经过引信线圈、引信包括储能电路、信息接收处理电路等，由电磁、磁电近场感应原理［4］，在感应线圈上形成感应脉冲电压，经过电源变换，得到装定接口所需的能量，存储在储能电容中，为引信电路的工作提供能量，同时将信息解调作为引信装定信息。

2 基于间断供能的反向传输方法

2.1 间断供能的反向传输工作原理及组成

文中将装定器发送数据到引信定义为下传；引信将数据反向传输回装定器定义为上传。工作中，装定器首先向引信发送一定时间的能量，为引信接收电路工作提供电能，在后续的信息下传与上传过程中，信息即能量，继续被存储在引信的储能电容中。装定器在下传完后，根据数据字节量的多少决定停顿时间，一般在0.5～1ms左右，在这极短时间内，引信将反馈信号发回到装定器上，若时间太长，引信将没有足够的能量接收后续信息，更无法将数据写入到非易失性存储器里。若数据不分包，引信将收到的数据存储在易失性存储器里，在装定器停止工作后，整个引信中的数据都会丢失。在这段时间内，引信将装定数据通过引信线圈发送脉冲，经过装定线圈和信号解调处理模块后变成反馈信号输出，最后由装定器判断数据是否正确，若反向传输数据解析正确，则发送一段时间能量，为引信将接收到下传数据写入非易失性存储器里提供能量，这样装定整个过程就结束；解析若失败，则补发一次下传数据，重复上述上传过程，补发的解析正确则下传数据写入非易失性存储器里，错误则说明此次装定任务失败。因此，下传和上传在时间上是交替进行的，装定器和引信都可以向对方发送数据，即两者均兼有发射机和接收机的功能。这就是间断供能的反向传输方法，其工作原理图如图2所示。

图2 间断供能的反向传输工作原理图Fig.2 Working principle of revevse transfer of uninter ruptea enevgy suppry

间断供能反向传输时采用负载变换使得数据反向传输，其等效电路图如图3所示。

图3 装定器与引信负载变化等效电路模型Fig.3 Fuze setter and an equivalent circuit model to load changes

通过接收线圈的负载阻抗的改变，使得引信中的电流改变，从而引起磁场的变化。装定器正是通过检测这种变化，来实现引信与装定器的能量交换和反向传输，这种通过改变引信接收线圈负载阻抗来进行从引信到装定器的传输数据。在引信回路的电路参数中负载电阻RL和并联电容C2可被数据载体改变，相应的区分为电阻负载调制和电容负载变化；通过使并联电阻Rmod或并联电容Cmod在数据流的时钟中接通或断开来改变引信的变换阻抗，产生调幅信号，装定器反向传输回路解调即可重构从引信发送的数据。

2.2 编码方式

目前的编码方式主要有二进制编码、脉冲计数、分组脉冲计数和占空比调制编码。二进制编码是将信息转化成二进制数字编码，利用二进制数字编码表示装定信息，但它将装定信息容量扩大了一倍［5］脉冲计数编码方法是将引信装定的作用时间转换为一系列脉冲信号，并通过发射线圈耦合到引信线路之中，经处理，使引信内部的计数器进行计数，从而实现对引信的装定。但是，这种编码方法受到一些局限，由于受到传输时间和脉冲频率的限制，装定的时间较短。对于分组脉冲计数法，为了减少装定过程的时间和提高装定精度，根据脉冲计数原理，提出分段脉冲群的传输方式，该方法采用传输字符的方式且需要引信内部有精确的时基［5］。占空比调制的编码是用脉冲占空比来表示数字信息的编码方式，脉冲周期和脉冲幅度固定不变。为把装定数据可靠地传输到引信中同时正确地反向传输，必须选择合理的编码方法。本文选用改进型占空比调制编码方式。

这种编码由4个数据编码元素｛00 01 10 11｝ 及同步头5个编码元素组成，同步头的时间长度为T，其他4个数字编码元素对应的时间长度为T+t，T+2t，T+3t，T+4t，t为可靠传输的最短时间，每一组编码编码同步头只使用一次，数字编码 ｝｛00 01 10 11 各元素可以多次使用，编码码长在一定范围内变化，平均编码较短，中等码长集中，8 个完整编码元素，可以保证可靠译码，编码元素如图4所示。

图4 编码元素Fig.4 Code element

若对引信的装定时间为0.05～5s，间隔1ms，总共应有5 000 个划分，所以二进制编码需要13位。而本文采用的这种编码需要6位，若为0.05～9.999s二进制编码需要14位，而采用改进型占空比调制编码方式只要7位，在反向传输时优势就能更好地体现出来了，消耗能量将减少。感应装定窗口（感应线圈有效耦合的时间和空间）短就决定了编码方式不能太复杂，否则增加了反向传输系统的复杂，同时这种编码方式编码规律简单，能快速装定。

3 试验验证

根据上述基于间断供能的旁置感应装定系统大容量信息双向传输的理论基础，设计了原理样机。装定器采用单片机C8051F340作为控制器，发送装定信号并处理接收到的反向传输信号。装定器发送的数据与接收到从引信反向传输数据进行比对，一致则说明装定成功，否则装定失败。

在试验中，装定参数数据总量为4KB，图5为引信接收线圈上的装定信号，图6为装定信号和引信电容上的电压波形图，上面为装定信号，下面为电容上的电压，在56ms处即充到最大电压18V，后一直保持在这个水平，直到装定器停止发送信号，电压才开始往下掉，可以看出在装定器下传后停顿的时间内，电压信号并没有掉下来，而是维持在其工作期间内的幅值。这就说明停顿的时间不会影响给引信的供能。图7为装定信号展开后的波形图，图8为间断供能的反向传输信号的波形图，上面为装定器CPU 端口接收到的反向传输信号，下面为引信接收到装定数据后给出的回答信号。试验证明，装定器发送的数据和引信接收的数据一致。

图5 装定信号Fig.5 setting signal

图6 装定信号和引信电容上的电压波形图Fig.6 charge voltage wave forms of setting sigral and fuze capacitor

图7 装定信号展开后的波形图Fig.7 signal wave forms setting after the commencormant

图8 间断供能的反向传输信号的波形Fig.8 Inter mittenthy energizing a reverse wakeform of the tramsmission signal

4 结论

本文提出了间断供能的引信装定数据双向传输方法。该方法中装定器对引信间断供电，在数据下传完成后，装定器依据装定数据字节数停顿1ms左右，在这期间内引信将数据上传回去，由装定器检测判断反向传输数据是否正确，从而判断装定正确与否。试验结果表明：该方法能实现装定数据的反向传输，同时其解调电路简单，反向传输电路的功耗低，有效提高反向传输阶段的能量利用率，从而解决了在持续供能的引信装定数据双向传输这种方式下，大容量数据装定无法可靠装定的问题。目前，这种方法已在需要装定复杂信息的大口径引信上应用，同时为以后研究感应装定的装定参数到10KB以上的数据量提供了一条途径。

［1］曲秀杰，李吉，李杰.电子时间引信装定技术研究［J］.探测与控制学报，2001，3（3）：21-24.

［2］Witzeman F.Magneto-aerodynamic hypersonics［R］.US：AD-A292069.2012.

［3］傅君眉，冯恩信.高等电磁理论［M］.西安：西安交通大学出版社，2010.

［4］纪霞，王利.等离子体对感应装定数据传输的影响分析［J］.探测与控制学报，2006，28（2）：1-5.

［5］纪霞.感应装定中数据传输技术研究［D］.太原：中北大学，2008.