一种多弹种共架兼容发射控制技术*

王建国，董智明，李 林，刘 佳，陈志华

（北方自动控制技术研究所，太原 030006）

0 引言

某新型箱式火箭炮作为远程制导弹药的通用发射平台，在兼容发射已有制导弹种的同时，发射平台上将逐步扩展多种制导弹药和智能弹药，其自身的发射控制能力可以得到大大的提升。为此，统一火箭弹发射控制技术，包括箱炮接口、弹炮接口、发射控制流程、发控时序、点火控制和弹种识别等技术就显得尤为重要。

本文主要以某新型箱式火箭炮武器平台的多弹种共架发射为研究对象，具体阐述能够满足现有制导火箭弹的发射控制，并兼容后续发展的制导弹药和智能弹药的发射控制技术。与现有技术相比较，本文制定了统一的箱炮、弹炮接口和制导弹发射流程、弹种识别规则等实现了多弹种共架发射，不同的弹种对应独立的发控软件模块；突破了现有火箭弹发射平台升级改造困难、发射弹种单一、无法兼容多弹种的老问题。

1 总体技术方案

本技术是基于某新型箱式火箭炮作为远程制导弹药的通用发射平台，提供一种能够兼容发射70/150/280 km 制导火箭弹，以及后续发展的制导弹药的发射控制方法，解决长期以来火箭弹发射平台与新增火箭弹种不兼容的问题。该技术是通过以下技术方案实现的，所述方案包括:制定统一的箱炮、弹炮电气接口，制定统一的制导火箭弹发射流程，制定统一的制导火箭弹弹种识别和引信编码规则，发射控制软件构件化设计等内容。具体技术方案如下:

1.1 制定统一的箱炮、弹炮电气接口

通过总结和梳理现有制导火箭弹的信号类型，并兼容后续研制的制导弹种对各类信号的需求，统一规划出火控系统与火箭弹贮运发箱之间的箱炮通用接口设计标准。该箱炮通用接口定义具体见下页表1 所示，箱炮通用接口中的信号按照信号类型、传输方式等的不同可以分为以下几类:

1）点火信号。该类信号为短时、恒定的电流信号，为满足已定型和后续研制的制导弹种对发动机点火的需求，对箱炮电连接器的1～12 芯规划成发动机点火电流信号区域；左、右箱各有6 路发动机点火信号，每路点火信号均为正、负双线制差分排列，且电流阈值能够达到10 A，保证了发动机点火电流不受共用地线的干扰、避免了共用地线容易产生反相电流的安全性危害，且在非点火期间发动机点火具两端短路，确保了发射安全性；

2）通讯信号。某新型箱式火箭炮与制导火箭弹之间的弹上设备自检、飞行控制参数装定、卫星星历数据和卫星对时、动态传递对准等关键数据均是通过通讯线进行传输，为满足已定型和后续研制的制导弹种对通信带宽和通信速率的需求，将箱炮电连接器的13～21 芯规划成通讯信号区域；该区域内设计有以太网（最高可达100 Mb/s）、CAN2.0B 总线、RS422 等多种形式的通信接口，且均为差分形式的通信信号，能够满足现有和后续发展的制导弹药对大数据量通信的要求，并能保证数据传输过程中信号不受干扰；

3）数字I/O 信号。该类信号为电气对接和各种状态检测信号，用于测试火箭弹、贮运发箱与发射平台（火箭炮）之间的对接情况和检测火箭弹发动机、引信、档弹闭锁等装置的状态，保证了火箭弹发射前各种工作状态的全方位检测，提高了发射安全性；

4）供电信号。通过归纳已定型和后续研制的制导弹种对地面供电电源的需求，将箱炮电连接器的25 芯以后规划成供电信号区域，该区域内设计有供给火箭弹制导舱的地面电源1、惯性闭合开关电源、时间零点、闭锁1、2 和数据转发器供电等电源信号。火控系统具有每箱两路+28 V/25 A 地面电源和两路+15 V/2.5 A 的时间零点、闭锁信号电源，能够为现有制导火箭弹弹上设备工作提供所需的电源，并能够满足后续发展的制导弹药的工作电源要求；

5）热电池激活信号。为满足已定型和后续研制的制导弹种对激活热电池组的需求，规划了5 组热电池激活信号，每组包括2 路热电池激活信号，激活信号均为正、负双线制差分排列。该信号用于激活火箭弹制导舱内的热电池组，以提供火箭弹飞行过程中的供电电源。某新型箱式火箭炮火控系统具有1～1.5 A、2～2.5 A 和5～6 A 3 种规格的热电池激活和发动机点火电流，可根据不同弹种设置相应的热电池激活和发动机点火电流，能够满足现有制导火箭弹，以及后续发展的各种制导火箭弹的激活、点火需求。

某新型箱式火箭炮火控系统与制导火箭弹之间，根据现有制导火箭弹的装定接口，并考虑兼容后续研制的制导弹种对装定接口的需求，总结归纳出火控系统与制导弹之间的32 芯通用装定接口标准。制导弹的弹炮接口按照信号类型、传输方式等的不同，也同样分为了通信信号、数字I/O 信号、供电信号、热电池激活信号等4 类，32 芯弹炮接口定义具体见表2 所示。

1.2 制定统一的发射流程

通过归纳、总结现有制导火箭弹的发射流程，并充分考虑后续研制的制导弹种的发射流程特点，制定统一的制导火箭弹发射流程标准。具体的发射流程如下:

制导火箭弹发控时序分为两个阶段:发射前准备工况（包括技术阵地准备和发射阵地准备）和发射工况。发射前准备工况主要包括:

1）发射前技术阵地准备:弹种识别、制导舱地面电源1 及时间零点上电、弹载计算机和弹上设备（组合导航系统和卫星定位装置）自检、装定引信工作模式；

表1 箱炮通用接口定义示意表

2）发射前发射阵地准备:卫星一次对时、装定卫星星历参数、卫星二次对时、装定控制系统参数、弹载惯导初始参数、弹载惯导传递对准、卫星定时对时，发动机点火回路及热电池激活回路检测等过程。

1.2.1 发射前准备工况

发射前准备工况可通过人工操作中止流程，中止流程后不影响制导火箭弹再次进入此工况。发射前技术阵地准备首先进行弹种识别，弹种识别正确后，以地面电源上电为该工况计时零点，地面发控按下述工作流程进行火箭弹发射前技术阵地的各项准备工作:

1）在0 s 时，火控系统给N 发火箭弹的地面电源1 等电源信号以时间间隔0.1 s 逐发上电；

表2 制导火箭弹装定接口定义示意表

2）查询弹载计算机自检结果；

3）查询弹上设备自检结果；

4）装定引信模式（缺省为近炸模式）；

发射前发射阵地准备以给出允许发射信息为该工况计时零点，火控系统按下述工作流程进行火箭弹发射前发射阵地的各项准备工作:

5）发送对时脉冲并装定卫星一次对时参数；

6）装定卫星星历参数；

7）发送对时脉冲并装定卫星二次对时参数；

8）装定控制系统参数；

9）装定弹载惯导初始参数；

10）开始传递对准、并发送提示开始调炮信息至各显示终端；

11）查询弹载惯导对准结果；

12）开始逐发进行热电池激活回路和发动机点火回路检测；

13）以卫星二次对时开始时刻为时间基准，每5 min 一次发送对时脉冲并装定卫星定时对时参数，且不影响进入发射工况；

14）若b～i、k、l 项返回结果正确则0 s 显示允许发射信息，并将此信息传递给各显示终端，发射前准备工况结束；若b、d、h、i、j、l 项返回结果错误以及c 项组合导航系统自检错误，则对错误进行提示并停止该发火箭弹发射；若e、f、g 项返回结果错误以及c 项卫星定位装置自检错误，则进行提示，由人工决定是否取消发射。

发射前准备工况流程示意图如图1 所示。

1.2.2 发射工况

接到发射命令，打开保险锁，按下发射按钮。从按发射按钮（定为0 s）起，火控系统给N 发火箭弹同时发送弹载惯导启动导航命令。

火控系统接收到弹载惯导启动导航回复后，进行卫星末次对时，紧接着给出第一发火箭弹热电池激活信号，然后地面电源断电、火控系统查询第一发火箭弹热电池激活状态正常后，最后给出第一发火箭弹发动机点火脉冲。按射击顺序、时间间隔重复第一发操作程序，发射火箭弹。火控系统给出最后一发火箭弹发动机点火脉冲后，将所有管号的弹上供电电源断电，并显示火箭弹是否留膛。

若弹载惯导启动导航失败或热电池激活状态查询失败，则停止该发火箭弹的发射；若卫星末次对时失败，火控系统进行提示并继续后续流程。若火箭弹留膛，制导舱应能在弹上供电电源断电后1s内作出判断并终止工作。

武器系统齐射时，各管位发射间隔为3～4s，按管号由小到大的发射顺序，依次发射火箭弹；对于发射弹数小于10 发时，采取多管连射方式发射，按管号由小到大的顺序依次发射。

发射工况流程示意图见下页图2 所示。

1.3 制定统一的弹种识别规则

随着某新型箱式火箭炮发射弹种的增加，需要对已定型和后续研制的制导弹药进行弹种识别，防止对制导火箭弹执行了错误的发射流程，损坏火箭弹甚至造成危险。通过归纳、总结现有制导火箭弹的弹种识别规则，并充分考虑后续研制的制导弹药的弹种特点，制定统一的弹种及引信识别编码等规则。

火控系统按照图3 所示的弹种识别流程，对各种制导弹进行弹种识别。

图1 发射前准备工况流程示意图

图2 发射工况流程示意图

火控系统软件采用查询方式向制导弹发送自检命令以实现自动弹种识别，其中弹种描述以火箭弹的射程、制导模式、弹种等3 个特征来表述，用2个字节（16 位）表示；引信编码采用1 个字节描述。

?B15 B14 B13 B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

B15 B14 B13 B12——射程:

0000——保留；

0001——70 km；

0010——150 km；

0011——280 km；

0100——500 km；

B11 B10 B9 B8——弹的控制模式:

0001——管装制导弹；

1001——箱装制导弹；

0010——巡飞弹；

0011——末制导弹。

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0——弹种分类码，根据弹种按顺序枚举。

B7 B6 B5 B4=0000（00 h-0f h）保留；

0001 0000——破甲杀伤子母弹；（10 h）

0001 0001——破甲杀伤增程子母弹；（11 h）

0001 0010——末敏弹；（12 h）

0001 0011——杀伤爆破弹；（13 h）

图3 弹种识别流程图

0001 0100——云爆弹；（14 h）

0010 0100——侵彻弹；（24 h）

制定统一的弹种识别流程和编码规则，能够满足不同种类制导火箭弹对弹种、引信识别的需求，同时可以兼容和指导后续发展的制导弹药的研制。

2 制定数据通信协议

火控系统与制导舱之间的数据交互是通过RS422串行通信接口进行的，传输波特率为115.2 kb/s。通信格式为:1 个起始位，8 个数据位，1 个停止位，无奇偶校验位，低位先发，有符号数据采用补码表示。

本协议中的数据内容均采用整型传输，其中，CHAR08*x 类型表示x 个ASCII 码字符串数据；INTxx 类型表示xx 位有符号整数，采用补码表示；UINTxx 类型表示xx 位无符号整数，其中，xx 的可能取值为08、16、32。数据物理含义通过对LSB 单位的规定给出。数据内容字节个数为0 时，该命令由帧头、信息标识、数据长度、校验和4 个部分构成。

除传递对准参数和卫星定时对时外，火控系统对每一组命令交互是否成功进行判断，只要收到1次即认为交互成功。

交互失败判断依据如下:

1）火控系统向制导舱连续3 次发送弹载惯导初始参数装定命令后等待接收回复命令，如果在0.5 s 内没有收到正确回复则认定通信失败；

2）火控系统向制导舱发送控制系统参数装定命令，如果在1 s 内没有收到正确回复或接收回复数据校验错误则重发，最多发送3 次，没有收到正确回复则认定通信失败；

3）火控系统向制导舱发送卫星星历参数装定命令，如果在3 s 内没有收到正确回复或接收到装定失败回复则重发，最多发送3 次，没有收到正确回复则认定通信失败；

4）除上述命令外，火控系统向制导舱连续3 次发送命令后等待接收回复命令，如果在0.3 s 内没有收到正确回复则认定通信失败；

5）弹载计算机发送通讯超时命令，火控系统不处理。

3 软件构件化设计

发射控制软件设计有一个主控制程序，该程序自动采集弹种识别信号或接收火控系统操控终端发出的弹种选择命令，由主程序根据每个弹种对应的可执行程序，启动对应弹种的执行程序，并释放不同的弹种执行程序。

发射控制软件采用构件化软件设计方式，已定型的13 种系列制导火箭弹的发控软件分别形成独立构件库，可独立升级；后续研制的制导弹种扩展，直接增加新的构件库即可，不会影响软件中的其他构件，方便弹种扩充。

4 结论

通过以上技术方案和设计方法，设计出的一种兼容当前及未来制导火箭弹发射的控制技术，能够满足目前所有种类的远程系列制导火箭弹的发射需求，同时能够兼容发射未来新研远程系列制导火箭弹；采用该技术研制的发射控制系统已在某新型箱式火箭炮火控系统中得到了应用，并进行了充分的验证和考核，该发射控制系统性能先进、工作稳定可靠，已建立起远程制导弹药的通用发射平台，解决了长期以来火箭弹发射平台与新增火箭弹种不兼容的问题。实现了对远纵深面目标进行深层次火力压制和点目标实施精确火力打击的能力，充分印证了陆军第四代火力打击体系骨干装备的实力。