無線電引信的精確延時接電控制

趙耀軍，陳朝暉，張 南，潘曉建

（西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

地炮無線電引信可以使彈丸在接近地面10 m左右時凌空爆炸，即使躲在塹壕和散兵坑中也難幸免，我軍在抗美援朝戰(zhàn)爭中吃過美軍無線電引信的苦頭。1978年組織過配近炸引信與觸發(fā)引信的實(shí)彈對比試驗(yàn)，對塹壕內(nèi)有生力量殺傷能力提高10倍。

我軍的無線電引信由仿研抗美援朝戰(zhàn)場上繳獲的美軍引信起家。戰(zhàn)利品中，T227等型號已經(jīng)具有鐘表延時接電機(jī)構(gòu)，發(fā)射前用扳手裝定彈道飛行時間，引信在落地前4 s才開機(jī)。但是仿研中對其意義認(rèn)識不足，以簡化戰(zhàn)場操作、減小體積和降低成本等理由將鐘表機(jī)構(gòu)“省略”掉了。其后研制的多種無線電引信都不帶延時接電裝置，以至后來在與國內(nèi)外引信干擾機(jī)的對抗中名聲掃地。我國陸軍從來沒有在戰(zhàn)爭中使用過無線電引信，沒有嘗過其甜頭，反而有無線電引信不堪干擾等諸多非議，并且由于有彈道早炸，怕傷及彈道下的平民，連部隊(duì)訓(xùn)練與演習(xí)都不敢使用。其實(shí)無線電引信有輻射功率小、靈敏度低、頻率散布大、工作時間短等一系列不利于干擾的特點(diǎn)，尤其是有效工作時間不足1 s，用好延時接電功能，使彈丸飛到敵人頭頂再開機(jī)，是不容易被干擾的［1］。

20世紀(jì)80年代末，我國引進(jìn)了美國PF-1無線電引信及其生產(chǎn)線。該引信的延時接電定時器由電阻式比例計、計數(shù)器和閘流管開關(guān)電路構(gòu)成［2］。我國此后設(shè)計的引信也沿用了其延時接電機(jī)構(gòu)，抗干擾能力和彈道安全性已經(jīng)顯著提高，但是一步錯棋的遺害至今未能消除。

美國在轉(zhuǎn)讓PF-1引信的同時，正在大力發(fā)展多選擇引信，2000年M782多選擇引信正式列裝，取代過去的無線電引信、時間引信和機(jī)械觸發(fā)引信。至此，美國的中大口徑火炮均可使用無線電近炸方式射擊。多選擇引信放棄了裝定扳手，使用手持式感應(yīng)裝定器，只要在引信頭上套一下，即可完成作用方式（近炸、時間、觸發(fā)、延期）選擇和時間裝定，時間精度達(dá)到0.1 s［3］。我國多管火箭炮電子時間引信也達(dá)到了類似的精度，并且使用有線遙控自動裝定。但是我國無線電引信仍在使用比例計延時接電機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)仍圍繞扳手式手工裝定展開設(shè)計，由于采用手工調(diào)節(jié)電阻式比例計，裝定分劃粗，精度低，并且不適于在自行多管火箭炮上遙控自動裝定。為此，本文將電子時間引信的電子定時和有線遙控自動裝定技術(shù)引入無線電引信。

1 比例計的延時接電和裝定

1.1 引信的延時接電原理

引信的延時接電功能由延時接電控制模塊通過控制引信發(fā)火控制系統(tǒng)電源的通斷實(shí)現(xiàn)。延時接電控制模塊等效為一個可控電子開關(guān)，連接引信發(fā)火控制系統(tǒng)和引信電源，原理框圖如圖1所示。

圖1 延時接電控制模塊原理框圖Fig.1 Principle block diagram of delay closed control

延時接電控制模塊主要由主控單元和電子開關(guān)組成，當(dāng)引信電源激活后，延時接電控制模塊開始工作，主控單元控制電子開關(guān)使引信發(fā)火控制系統(tǒng)和引信電源處于斷開狀態(tài)并保持，引信發(fā)火控制系統(tǒng)不工作。經(jīng)過一定時間的延時，引信隨彈丸飛行進(jìn)入預(yù)定目標(biāo)區(qū)范圍之內(nèi)時，主控單元立即控制電子開關(guān)將引信發(fā)火控制系統(tǒng)和引信電源接通，發(fā)火控制系統(tǒng)上電開始工作。

1.2 比例計延時接電控制和裝定

比例計延時接電主控單元采用RC振蕩器、計數(shù)器、電壓開關(guān)電路、積分／驅(qū)動電路和清零電路等組成，如圖2所示。

圖2 比例計延時接電控制主控單元結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Str ucture block diagram of master control unit of traditional delay closed control

RC振蕩器由電阻式比例計和電容構(gòu)成，產(chǎn)生周期脈沖串。電池激活后，電壓開關(guān)電路判斷電池電壓上升到10 V時，才允許清零電路對計數(shù)器復(fù)位，隨后計數(shù)器對RC振蕩器輸出的脈沖串計數(shù)，達(dá)到預(yù)定脈沖個數(shù)后輸出一啟動觸發(fā)信號，經(jīng)積分／驅(qū)動電路放大后輸出控制信號，控制電子開關(guān)由關(guān)閉狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。電子開關(guān)采用閘流管開關(guān)電路［2］。將引信發(fā)火控制系統(tǒng)電源輸入端接引信電源正極，當(dāng)控制信號控制閘流管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，引信發(fā)火控制系統(tǒng)地和引信電源負(fù)極接通上電開始工作，由此完成延時接電功能。

由于通常情況下主控單元只能輸出一路控制信號，電子開關(guān)只能控制近炸發(fā)火控制系統(tǒng)接電狀態(tài)，因而作用方式的選定是靠預(yù)先設(shè)置機(jī)械開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行的。

該控制模塊把電阻式比例計焊接在設(shè)計好的PCB板上，經(jīng)灌封后粘在引信下體隔板上。裝定時，通過專用裝定扳手旋轉(zhuǎn)引信上體的裝定環(huán)：近炸裝定時使裝定環(huán)指針對準(zhǔn)時間刻度范圍之內(nèi)的某個值，以調(diào)節(jié)電阻比例計的阻值完成延時接電時間的裝定，彈丸發(fā)射后引信據(jù)此裝定時間對近炸和觸發(fā)發(fā)火控制系統(tǒng)延時接電，引信近炸、觸發(fā)（作為后備）作用方式均有效；觸發(fā)裝定時使裝定環(huán)指針對準(zhǔn)PD標(biāo)志，彈丸發(fā)射后引信近炸發(fā)火控制系統(tǒng)始終不加電，只有觸發(fā)發(fā)火控制系統(tǒng)工作。此裝定操作復(fù)雜、速度慢，在高大的自行火箭炮上手工裝定幾乎不可能，在使用儲存、運(yùn)輸、發(fā)射箱一體的箱式發(fā)射時，火箭彈出廠便密封在儲運(yùn)發(fā)箱中，更無法手工裝定。

該控制模塊RC振蕩器的脈沖周期誤差、計數(shù)器的計數(shù)誤差及復(fù)位電路的計時起點(diǎn)誤差等因素決定了其定時誤差較大，閘流管開關(guān)電路溫度特性較差，控制極較敏感，容易誤動作，而且其導(dǎo)通壓降不為零，導(dǎo)致引信發(fā)火控制系統(tǒng)地和引信電源負(fù)極電位不相等，可能引起回路噪聲。

1.3 微控制器電子定時模塊

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微控制器也越來越多的應(yīng)用于引信系統(tǒng)，在電子時間引信定時開倉設(shè)計中，微控制器電子定時模塊應(yīng)用較為廣泛。其主控電路如圖3所示。

圖3 微控制器電子定時模塊主控電路原理框圖Fig.3 Str ucture block diagram of master control unit of ti ming based on micro-controller

圖3 中微控制器通過裝定接口電路和引信裝定器進(jìn)行數(shù)字通信，接收或發(fā)送經(jīng)過編碼的時間信息，完成引信時間的裝定和查詢。實(shí)際應(yīng)用中，從引信引出的裝定線和彈丸預(yù)留的裝定線連接，再經(jīng)過彈尾連接器和火控計算機(jī)（或引信裝定器）裝定電纜連通，構(gòu)成裝定回路。由于引信裝定可在火箭彈發(fā)射前的任意時刻重復(fù)進(jìn)行，該裝定方式完全滿足多管火箭彈的裝定要求，但一般只用來裝定時間信息。彈丸發(fā)射后，微控制器立即開始計時，計時完成后輸出控制信號控制發(fā)火執(zhí)行電路發(fā)出開倉點(diǎn)火信號［4－5］。

一般微控制器采用外部晶體振蕩器工作模式，可顯著提高時間精度，通?？蛇_(dá)到0.1 s的時間精度。

2 基于遙控多選擇裝定的延時接電模塊

為了充分利用電子時間引信裝定的靈活優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)無線電引信接電時間和作用方式的便捷裝定，同時完成引信的延時接電，對圖3電路進(jìn)行擴(kuò)展改進(jìn)，如圖4。改進(jìn)后，通過程控多路獨(dú)立的電子開關(guān)邏輯組合，使其完成延時接電的同時，又實(shí)現(xiàn)了引信多種作用方式的選擇裝定。

圖4 基于遙控多選擇裝定的延時接電控制原理框圖Fig.4 Str ucture block diagra m of delay closed control based on remote settng in multi-option f uze

射前裝定時，火控系統(tǒng)和引信按照約定協(xié)議進(jìn)行數(shù)字通信，延時接電時間和作用方式兩個信息按照通信協(xié)議組合編碼形成裝定信息碼，引信裝定器向引信發(fā)送裝定信息碼或接收已裝定的信息碼。引信延時接電控制電路中微控制器通過裝定接口電路將接收到的裝定信息碼存儲到內(nèi)部存儲器，或從存儲器讀出已裝定信息碼發(fā)送給引信裝定器以備查詢，從而實(shí)現(xiàn)引信的電子有線裝定和查詢。此裝定和查詢速度非?？?，而且可以隨時通過彈尾預(yù)留的裝定電纜重復(fù)進(jìn)行。

彈丸發(fā)射后，火箭彈中裝定線隨導(dǎo)電蓋的后退被拉斷。引信電源一激活，微控制器立即通過內(nèi)部復(fù)位電路復(fù)位并初始化，然后從內(nèi)部存儲器讀出預(yù)先裝定的時間和作用方式信息。微控制器首先根據(jù)作用方式信息進(jìn)行判定，以確定引信要按照哪種作用方式進(jìn)行工作。判定完成后內(nèi)部定時器開始按照存儲器中的時間進(jìn)行計時，此時電子開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，計時完成后微控制器根據(jù)剛才判定結(jié)果在相應(yīng)端口立即輸出控制信號使電子開關(guān)導(dǎo)通，從而使被選中的引信發(fā)火控制系統(tǒng)和電源接通，引信開始按預(yù)定方式開始工作，從而完成引信作用方式的遙控裝定和延時接電［6］。

微控制器一般都有多個輸出端口，可根據(jù)需要設(shè)置多路相互獨(dú)立的輸出控制信號，由多路輸出控制信號不同的邏輯組合可產(chǎn)生較多的輸出狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)多通路的延時接電控制功能。比如有n路獨(dú)立的輸出控制信號時，就可以組成2n種輸出狀態(tài)。每一路輸出控制信號控制一個連接引信電源和發(fā)火控制系統(tǒng)的電子開關(guān)，且各路電子開關(guān)相互獨(dú)立。按需要對其中若干路電子開關(guān)進(jìn)行程序控制，就可完成遙控多選擇裝定。該控制電路調(diào)試非常方便，微控制器內(nèi)嵌有通信、裝定控制等程序，只需修改微控制器的程序模塊就可以擴(kuò)展更多的控制功能。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

對于具有遙控多選擇裝定的延時接電控制模塊，經(jīng)大量的靜態(tài)測試及動態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證，其在常溫、高溫（50℃）、低溫（－40℃）及隨機(jī)振動等環(huán)境下能穩(wěn)定可靠的工作，經(jīng)統(tǒng)計其失效率不足0.001，定時誤差均值為0.126 s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.098 s。

將測試及試驗(yàn)結(jié)果與比例計延時接電控制在電路性能和裝定方法優(yōu)越性兩方面進(jìn)行比較（溫度范圍－40～50℃），分別見表1、表2。

表1 延時接電控制性能比較結(jié)果表Tab.1 Co mpare of perf or mance of delay closed control

表2 裝定方法優(yōu)越性比較結(jié)果表Tab.2 Co mpare of superiority of t he t wo setting method

從表1可以看出，改進(jìn)的延時接電控制模塊定時精度高，電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，延時接電時機(jī)更有利，通用性好，能夠?qū)崿F(xiàn)延時接電時間的電子有線遙控裝定。從表2可以看出，遙控裝定方式操作簡便、速度快、安全性高、每次的裝定數(shù)量靈活、通用性好，適用于多管火箭彈引信。

4 結(jié)論

本文將電子時間引信的電子定時和有線遙控自動裝定技術(shù)引入無線電引信。該引信模塊以通用的微控制器定時為基礎(chǔ)，通過微控制器和引信裝定器進(jìn)行有線通信，裝定引信延時接電時間和作用方式信息，通過程序控制多路獨(dú)立的電子開關(guān)邏輯組合實(shí)現(xiàn)引信的延時接電，并按所選擇的作用方式起爆。試驗(yàn)表明：該模塊具有電路結(jié)構(gòu)簡單、定時精度高、調(diào)試方便、穩(wěn)定可靠、通用好等優(yōu)點(diǎn)，解決了比例計延時接電控制模塊精度低、控制通路單一、調(diào)試不便、裝定效率低且不適用于自行多管火箭炮和多選擇引信等問題。

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

［2］總裝備部通用裝備保障部.引信技術(shù)手冊［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003.

［3］馬寶華.現(xiàn)代引信的控制功能及特征［J］.探測與控制學(xué)報，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］劉紅華.可裝定電子定時器在引信全彈道安全系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.探測與控制學(xué)報，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］孫磊，張河，周曉東.信息裝定和精確炸點(diǎn)控制技術(shù)在引信中的應(yīng)用［J］.制導(dǎo)與引信，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.電路設(shè)計技術(shù)與技巧［M］.周玉坤，靳濟(jì)方，徐宏，等，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2006.