離軸控制系統(tǒng)中反饋信號處理算法研究及實現(xiàn)①

陳偉

摘 要：紅外型空空導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)中，導(dǎo)彈反饋的離軸角信號是實現(xiàn)離軸控制的重要環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對離軸角信號的解調(diào)與轉(zhuǎn)換，建立離軸角電壓信號與離軸角角度信息之間精確的轉(zhuǎn)換關(guān)系，能夠提高導(dǎo)彈離軸隨動精度。本文闡述了離軸角信號的解調(diào)原理，針對離軸角信號的非線性問題提出了分段線性化來進行軟件校正的方法，并進行了相應(yīng)的軟硬件設(shè)計。

關(guān)鍵詞：發(fā)控系統(tǒng) 離軸控制 反饋 解調(diào) 非線性

中圖分類號：U666.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0100-02

隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，機載武器系統(tǒng)對紅外型空空導(dǎo)彈的離軸隨動性能要求越來越高，這就需要發(fā)控系統(tǒng)實現(xiàn)精確的離軸驅(qū)動控制功能，導(dǎo)彈的離軸角信號是實現(xiàn)離軸驅(qū)動閉環(huán)控制的反饋信號，對系統(tǒng)隨動精度影響極大。某武器系統(tǒng)中，導(dǎo)彈的離軸角信號是極坐標系下的電壓信號，載機下達的隨動方位、俯仰角度是通過總線傳輸?shù)臋C體坐標系為準的角度信息，發(fā)控系統(tǒng)根據(jù)載機下達的角度信息生成離軸驅(qū)動信號，然后和導(dǎo)彈的離軸角信號形成閉環(huán)，從而實現(xiàn)對導(dǎo)彈的離軸隨動控制。實現(xiàn)極坐標系下的導(dǎo)彈離軸角信號與直角坐標系下的目標方位、俯仰角度的相互轉(zhuǎn)換，有利于提高離軸驅(qū)動信號的生成精度，從而提高武器系統(tǒng)的隨動精度。同時，導(dǎo)彈位標器的方位、俯仰信息也需要實時上傳載機。本文主要闡述離軸角信號解算與轉(zhuǎn)換的工作原理及實現(xiàn)過程。

1 離軸角信號解調(diào)原理

某型號導(dǎo)彈中，離軸角信號是導(dǎo)彈的位標器電鎖線圈的輸出信號，該信號表征導(dǎo)彈視線在位標器坐標系中的投影，可以近似表達為：

（1）

其中：為位標器離軸角的極徑；為位標器離軸角的相位。

（2）

其中：為角度電壓系數(shù)；、為分別是位標器視線的俯仰角和方位角。

由于信號是極坐標形式，需要把它轉(zhuǎn)換到機體直角坐標系下，根據(jù)系統(tǒng)坐標轉(zhuǎn)換及系統(tǒng)信號相位滯后的要求，移動相位度，即可把等效轉(zhuǎn)移到機體坐標系上。

基準信號的數(shù)學(xué)表達式為：

（3）

其中：為位標器基準電壓幅值。

利用基準信號對進行相干解調(diào)，并濾除高頻分量，解得目標在機體坐標系下的俯仰、方位角電壓。

（4）

其中：為導(dǎo)彈離軸角電壓有效值；、為載機坐標系下導(dǎo)彈離軸角電壓分量。

2 非線性校正及處理

由公式（2）可知，離軸角電壓理論上與離軸角之間呈正弦函數(shù)關(guān)系，而該系統(tǒng)實際與之間不是單純的正弦函數(shù)關(guān)系，如圖1所示。因此，既不能把離軸角電壓當做離軸角“真值”上傳或用做控制，也不能簡單按正弦函數(shù)關(guān)系反求離軸角。

針對這一事實，采取措施，對離軸角電壓進行轉(zhuǎn)換，求出離軸角“真值”，這一過程稱為非線性校正。以往發(fā)控系統(tǒng)多采用硬件處理技術(shù)實現(xiàn)非線性校正。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，發(fā)控系統(tǒng)已廣泛采用數(shù)字信號處理器作處理器，利用數(shù)字信號處理器優(yōu)良的數(shù)據(jù)處理性能，用軟件進行離軸角電壓的非線性校正，使得離軸角電壓和離軸角之間呈線性關(guān)系。這種方法省去了硬件補償電路，充分利用了計算機的智能作用，提高了離軸角轉(zhuǎn)換的準確性和精度，而且適當改進軟件內(nèi)容，可實現(xiàn)不同的校正方法。校正方法可以采用曲線擬合、分段線性化等方法來實現(xiàn)。綜合考慮轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度、發(fā)控系統(tǒng)性能及任務(wù)等因素，本文采用分段線性化的方法來實現(xiàn)離軸角信號的非線性校正。

采用以下三個線性段來擬合圖1所示的曲線：

（5）

式中：為離軸角電壓有效值；、離軸角電壓線性分段拐點值；、、為各線性段電壓角度轉(zhuǎn)換系數(shù)；、為分段點離軸角對應(yīng)角度值；為計算得到的離軸角角度值。

算法的關(guān)鍵是確定轉(zhuǎn)折點（，）、（，）及各線性段的轉(zhuǎn)換系數(shù)、、，實現(xiàn)時根據(jù)被控對象的統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定上述參數(shù)，使算法在整個曲線范圍內(nèi)擬合誤差滿足系統(tǒng)需要。

經(jīng)非線性校正，得到離軸角計算值，然后根據(jù)離軸角電壓分量、計算歸一化的位標器俯仰、方位信息、，表示為：

（6）

其中：

計算機體系下俯仰角、方位角：

（7）

式中：A、B為機體坐標系下位標器俯仰、方位角；在小角度時，、近似等效于A、B。

3 系統(tǒng)設(shè)計

離軸角信號的解算與轉(zhuǎn)換作為發(fā)控系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，主要由發(fā)控系統(tǒng)微處理器、信號調(diào)理電路、絕對值電路、解調(diào)電路等部分。

離軸角信號通過絕對值電路后計算出的有效值；解調(diào)電路內(nèi)首先實現(xiàn)系統(tǒng)需要的相移，然后利用兩路基準信號解調(diào)出離軸角電壓分量、；、、進行信號調(diào)理后送微處理器由其AD轉(zhuǎn)換模塊實時采集。系統(tǒng)的微處理器采用TI公司的SMJ320F240，該芯片具有豐富的軟硬件資源，能夠滿足發(fā)控系統(tǒng)離軸控制的需要，采用16MHz晶振為系統(tǒng)提供時鐘信號。微處理器采集、、后進行非線性校正病處理，計算目標的方位角、俯仰角。

導(dǎo)彈離軸角信號經(jīng)本系統(tǒng)處理得到的離軸角，非常逼近導(dǎo)彈真實離軸角，在0～20°離軸范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換誤差小于5%，滿足隨動控制及數(shù)據(jù)上傳的需要。

4 結(jié)語

本文采用硬件解調(diào)和軟件校正的方法，解決了發(fā)控系統(tǒng)設(shè)計中離軸角信號處理問題，實現(xiàn)了離軸角信號的精確轉(zhuǎn)換，滿足了系統(tǒng)離軸控制的需要，應(yīng)用效果良好。

參考文獻

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