小型战术导弹动态测试技术研究*

徐宝连,周玉清

(中国兵器工业第203研究所,西安 710065)

小型战术导弹动态测试技术研究*

徐宝连,周玉清

(中国兵器工业第203研究所,西安 710065)

提出一种新颖的小型战术导弹动态测试技术,该技术提供一个非破坏的并且行之有效的手段来判断导弹各个部件是否处于良好的工作状态或性能是否退化。文中首先阐述了导弹动态测试的含义以及国内外发展现状,深入研究了总体、接口选择、测试态、电源、安全等设计原则以及导引头、弹上计算机、惯导装置、舵机等制导控制部件测试方法,并对导弹动态测试装置进行了初步的设计。实际应用表明了设计方法的可行性和有效性。

小型战术导弹;动态测试;直升机载;制导控制部件

0 引言

小型战术导弹作为单兵、车载、舰载、直升机载、无人机载等的重要武器,在军事和反恐斗争中发挥着越来越重要的作用,为保证小型战术导弹在对敌斗争中一直处于良好的状态,使用前对导弹性能评估必不可少[1]。目前,小型战术导弹主要进行点火具的阻值测试,用来解决导弹是否发射出去的问题。随着小型战术导弹的飞速发展,制导体制逐渐从激光半主动向图像、红外、毫米波以及多模等过渡,导弹系统组成更为复杂、电子产品更多、敏感器件更为精密、价值更高,并且,随着战场来即能战、战即能胜的要求,对出勤弹药完好率提出了更高的要求。因此,研究小型战术导弹动态测试技术具有现实意义。

导弹动态测试是指通过外部供电、信号激励以及导弹BIT,获取导弹制导控制系统中的导引头、弹上计算机、舵机、惯导装置等部件状态信息,并进行数据分析和故障诊断。在科研阶段,通过测试仪进行全面的工况覆盖测试,发现设计缺陷,以提高导弹系统的固有可靠性;服役阶段,通过导弹动态测试,发现导弹由于长贮以及运输过程导致导弹系统出现的故障,确保出勤导弹正常。

根据导弹的测试需求以及测试技术的发展,航天集团已经研制出四代导弹自动测试系统[2],这些系统在导弹检测和维护方面发挥了重要作用。中国空空导弹研究院提出总体测试工程化的概念[3],即把总体测试过程中的测试设备、技术与经验,经过吸收消化,形成产品,用于空空导弹的批交付测试和定期检测与维护,产生经济和社会效益。洛克马丁公司研制的便携式TTU594A/E任务发射准备测试装置[4],包括测试主机和模拟目标模块,用于Paveway II(宝石路II)激光制导炸弹制导控制系统部件发射前测试。美国毫米波仿真与试验验收中心用于长弓海尔法武器系统测试、仿真、训练、导弹交验、库存导弹维护的仿真与验收中心。

从上述国内外发展现状表明,研究小型战术导弹动态测试技术具有重要的意义。

1 导弹动态测试的几个问题

1.1 总体设计问题

在设计时,应做好测试性顶层设计,具体包括:

a)在导弹总体设计时,要进行测试性设计,主要分析出可能丧失的功能及可能下降的性能,再有针对性的设计检测方案。

b)在进行导弹电气系统设计时,要把每个部件以及整弹的可测试性设计落到实处,尽量提高产品的测试覆盖率以及测试便捷性。

c)要合理选择合格判据,既要识别出问题,更要降低虚警率。

d)导弹一般测试过程包括导弹启封、导弹搬运、导弹架设、测试准备、导弹测试、导弹撤收、导弹恢复包装等阶段。导弹动态测试装置在设计时,应考虑到测试带来的一系列问题如搬运、导弹电气接口、导弹包装等,当然可以给出相应的解决措施,如导弹恢复包装时,建议更换或激活等量的干燥剂;导弹测试前,应首先对静态接口进行测试等。

1.2 测试接口选择问题

测试接口通常选择导弹发射接口。进行导弹弹上电气及信息流设计时,应尽可能把弹上关键电气信号引到发射接口,从而提高导弹测试评估的覆盖度和便于导弹检测。必要时应把测试接口引到包装箱外,便于导弹检测。

1.3 测试对象选择与测试方法

测试对象一般包括导弹制导控制部件即导引头、弹上计算机、惯导装置、舵机等。

a)导引头测试方法

导引头测试主要考察导引头的电气特性、目标捕获和跟踪响应能力。测试方法是:通过外部目标模拟器,规划不同的测试路径,然后通过弹上计算机获取导引头输出的相关信息。导引头测试的关键技术在于研发目标模拟器,目标模拟器除满足一般功能要求外,尽可能的做到轻型化、通用化,能够满足不同制导体制的导弹进行测试。

b)弹上计算机测试方法

弹上计算机是整个导弹的核心。弹上计算机的测试方法主要通过其自检结果以及测试过程中各参数综合评价的结果,必要时设置测试态,以进行关键单元的边界测试等。

c)惯导装置测试方法

惯性器件(陀螺和加速度计)误差是惯性导航装置中系统误差的主要来源,为降低这些误差的影响,通常通过参数标定方法确定系统中与误差有关的参数,并通过补偿算法来提高导航解算精度。然而,导弹惯导系统的误差参数是随着环境的变化、时间的推移而变化的,因此一般惯导装置需要定期进行测试和标定,以提高惯导装置的精度。惯导装置标定是非常复杂的一项工作,在现有技术条件下,惯导标定必须利用专门标定设备进行,通常需要将惯导系统从载体上拆下来,利用转台等测试设备进行标定,标定过程复杂且耗时长,并且对其标定环境和操作人员素质的要求都非常高。目前,导弹测试方案之一就是通过弹上计算机获取惯性导航装置的相关信息,以判断惯导装置是否工作正常。随着技术的进步,惯性导航装置性能趋于稳定,免维护性能不断提高,基本可满足总体要求。

d)舵机测试方法

舵机测试主要为了对舵机系统控制的精确性、快速响应性进行评估。因此,舵机测试时,通过合理规划测试路径,获取舵机控制系统的动态数据,全面考察舵机控制系统的响应性和运行的稳定性。

1.4 电源设计问题

导弹动态测试装置采用独立供电技术,在给导弹供电时,要对电源输出进行多重逻辑控制,能够防止电源失控。弹上点火电源与其它电源进行物理隔离,并进行短路处理。

1.5 弹上计算机测试态设计问题

为了便于导弹动态测试,导弹自身设计测试状态。在导弹动态测试装置给导弹装定特定参数后,导弹在接收到该指令后,进入测试状态,并在返回导弹状态的相应位置上进行标识。测试状态与正常发射飞行状态在击发前没有差别,击发后差别有二点——模拟分离、不点火。

此外,为充分对导弹的性能进行考核,应设计测试弹道。测试弹道规划应遵循如下原则[5]:测试任务和导弹飞行任务的相似性、测试激励信号和导弹弹道参数的相符性、测试时序和导弹工作时序的同一性、测试周期的兼容性等。

1.6 安全性设计问题

由于导弹动态测试对象是带有火工品的实弹,且需对导弹进行加电操作,所以导弹动态测试的设计首先必须保证操作人员、被测导弹及设备的安全。具体要求如下:

a)在导弹动态测试之前,应对导弹发射电缆各信号线、点火具的阻值进行测试,以判断点火具的状态。

b)对点火回路进行开路处理,对点火具进行短路处理,弹上、地面点火电路电源处于短路状态,确保安全,同时,为防止电源干扰,需对设备壳体接地加以考虑。

c)测试设备进行安全性设计,通过工作电流监测及控制,在导弹故障或其它情况下,及时切断电源,防止电子产品损坏。

1.7 其它

a)测试周期的选择方面

一般的导弹测试周期,选择2年、5年或更长,其依据主要靠试验数据评估,会不会存在过测试和欠测试,应有充分的理论和数据作为依据,以确保导弹处于良好的状态。

b)批量导弹抽检测试方面

若要求每一发导弹都要进行测试,假如导弹同一批库存较多,测试周期为1年,这样将对用户测试带来很大的负担,能否结合小样本、支撑向量机、贝叶斯统计等先进理论与技术进行抽样检测,这样将大大降低人力和物力。

2 导弹动态测试装置的功能、组成和通用化设计

2.1 导弹动态测试装置主要功能

导弹动态测试装置主要功能包括:具有上电自检功能,并能显示自检结果;具有检测模式选择功能;提供导弹检测所需的外部电源,并控制外部电源为导弹供电;实现对导弹发射全过程的状态设定与控制;数据记录及判定;提供故障定位清单等。

2.2 导弹动态测试装置组成

如图1所示,导弹动态测试装置由主机、供电组件、目标模拟系统、数据处理装置、配套电缆等组成。各组成部分的功能如下:

a)主机:完成设备自检、输出自检结果;控制目标模拟器产生相应测试路径以方便导引头进行状态性能检测;提供人机交互界面,完成导弹动态测试工作模式选择、基本参数设置等;按设置完成与被测导弹的通讯并对相关信号进行在线/离线处理和分析,给出测试结论。

b)供电组件:完成导弹动态测试装置工作所需的直流电源的交直流转换以及导弹供电。

c)目标模拟器:模拟目标的运动状态。

d)数据处理装置:用于历史数据导出、存储和数据处理。

e)电缆:完成导弹动态测试装置各组件间以及对外的电气连接。

2.3 导弹动态测试装置通用化设计

由图1可知,导弹动态测试装置对于不同的导弹只是目标模拟器不同,导弹动态测试主机和供电组件可以进行通用化设计。

通用化导弹动态测试装置主机如图1所示。它由4个接口组成:导弹检测接口、数据交互及目标控制接口、电源输入接口、备用接口等。其中导弹检测接口通过电缆与导弹接口连接,给导弹供电,并进行信息交互;数据交互及目标控制接口主要为目标模拟器设置,可为低功耗的目标模拟器供电,并与目标模拟器进行数据交互;备用接口主要进行历史数据导出和软件更写。

3 结束语

导弹动态测试技术不同于过去简单地对导弹点火电阻进行测试,它提供一个非破坏的并且行之有效的手段来判断库存导弹各个部件是否处于良好的工作状态或性能是否退化。相关设计原则已经在某导弹动态测试装置成功应用,表明了设计方法的可行性和有效性,取得了良好的经济价值。

[1] 朱觅. 空空导弹综合保障之我见 [C]∥中国航空学会可靠性工程专业委员会第十届学术年会, 2006: 412-416.

[2] 田莉萍. 基于DSP+FPGA的机载空地导弹武器系统综合检测装置 [D]. 南京: 南京理工大学工程, 2013: 1-58.

[3] 罗明洋, 马力生, 李岩. 便携式导弹检测过程中的安全控制问题研究 [C]∥第一届全国技术过程的故障诊断与安全性学术会议, 1999: 185-190.

[4] 刘鹏程, 杜毅民. 导弹总体测试工程化的几个问题 [J]. 航空兵器, 2006(4): 50-53.

[5] Lockheed Martin Corporation. TTU-594A/E Provides Mission Ready Test of PavewayTMII Precision Guided Systems [OL]. Http: ∥www.lockheedmaritin.com/content/dam/lockheed/data/mfc/pc/ttU 594ae-mission-readness-test-set-mrts/mfc-mrts-pc.pdf.

[6] Ray Jerry A, Larson Gerald A, Terry John. Successful Hardware-in-the-loop Support of the Longbow/HELLFIRE Modular Missile System [C]∥Proceedings of SPIE，Vol. 4027: 82-90.

[7] 西安现代控制技术研究所信息中心情报组. 导弹研发手段与测试设备译文集[G]. 西安：西安现代控制技术研究所，2010: 1-175.

Investigation on Small Tactical Missile Dynamic Test Technology

XU Baolian,ZHOU Yuqing

(No.203 Researsh Insitiute of China Ordnance Industries, Xi’an 710065, China)

One novel kind of small dynamic tactical missile test technology was proposed. A non-destructive and effective method was presented to estimate performance of the missile units. In this paper, the meaning of missile dynamic performance detection technology and technological advances were introduced. Then, the rules of total design testing, interface selection, test state, power, safety and the test methods to guidance and control units such as seeker, missile-borne computer, INS, actuator were investigated. Furthermore, a kind of dynamic missile test equipment was simply designed. The result of application demonstrates reliability and validity of the proposed technology for dynamic missile test.

small tactical missile; dynamic test; helicopter-borne; guidance and control units

2015-05-17

徐宝连(1960-),男,吉林长春人,研究员,研究方向:制导兵器电气总体及保障技术。

TP302

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