一種離軸隨動測試方法研究

陳偉

摘要：紅外型空空導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)中，離軸隨動功能是提升武器使用效能的重要環(huán)節(jié)。文章分析了離軸隨動系統(tǒng)中控制信號和反饋信號的特性，重點(diǎn)分析了離軸隨動工作原理、反饋信號實(shí)時(shí)生成原理，對信號的時(shí)域和頻域進(jìn)行分析，得到三維立體測試形態(tài)分析結(jié)果。文章依據(jù)測試原理提出了一種對離軸隨動系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)測試的方法，并采用模擬電路進(jìn)行了電路實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：發(fā)控系統(tǒng)；離軸控制；隨動測試；離軸隨動工作原理

中圖分類號：TH132 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）10-0082-03

1 概述

隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載武器系統(tǒng)對空空導(dǎo)彈的離軸隨動性能要求增高，導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)增加了離軸隨動功能，載機(jī)能夠控制導(dǎo)彈與雷達(dá)或頭盔瞄準(zhǔn)具隨動，使載機(jī)只用較小的機(jī)動或不作機(jī)動，就能使目標(biāo)進(jìn)入導(dǎo)彈的捕獲范圍，先于敵人發(fā)射導(dǎo)彈，摧毀目標(biāo)。檢測、驗(yàn)證發(fā)控系統(tǒng)的隨動控制性能，對保障武器系統(tǒng)隨動性能具有十分重要的作用。某武器系統(tǒng)中，離軸隨動系統(tǒng)是典型的負(fù)反饋控制系統(tǒng)，控制信號和反饋信號均為極坐標(biāo)下的經(jīng)過基準(zhǔn)信號調(diào)制的交流電壓信號，本文從分析控制發(fā)控系統(tǒng)被控對象信號特征及模型入手，提出并實(shí)現(xiàn)了一種閉環(huán)測試發(fā)控系統(tǒng)隨動性能的新方法。

2 離軸隨動工作原理

某離軸隨動系統(tǒng)由火控雷達(dá)/頭盔瞄準(zhǔn)具、發(fā)控盒和導(dǎo)彈位標(biāo)器組成。來自火控雷達(dá)/頭盔瞄準(zhǔn)具的位置信息經(jīng)隨動電路處理后，驅(qū)動導(dǎo)彈位標(biāo)器視線跟蹤雷達(dá)天線/頭盔瞄準(zhǔn)具以捕獲目標(biāo)。該系統(tǒng)的輸入指令是火控雷達(dá)信息，控制器是發(fā)控盒，被控對象是導(dǎo)彈位標(biāo)器，其原理框圖如圖1所示。在導(dǎo)彈進(jìn)入自主跟蹤目標(biāo)前，隨動電路由發(fā)控系統(tǒng)完成（虛線框）。

離軸驅(qū)動信號必須與導(dǎo)彈位標(biāo)器坐標(biāo)體制相符合，其與導(dǎo)彈反饋的反饋信號相減，構(gòu)成角度閉環(huán)控制。誤差信號輸出送導(dǎo)彈伺服放大器，驅(qū)動位標(biāo)器運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈與雷達(dá)的隨動，并進(jìn)行掃描。離軸驅(qū)動信號、反饋信號以經(jīng)過調(diào)制的極坐標(biāo)信號形式表征各自攜帶的角度（方位、俯仰）信息。

3 隨動測試分析

離軸驅(qū)動信號作為隨動控制系統(tǒng)的輸入信號，其包含的位置信息的準(zhǔn)確性，決定著整個(gè)控制系統(tǒng)的控制精度。在開環(huán)狀態(tài)下，當(dāng)發(fā)控系統(tǒng)處于隨動狀態(tài)時(shí)，對其輸出的信號進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后得到，根據(jù)其信號的方向，測得雷達(dá)指向的大致方向，根據(jù)其信號的變換規(guī)律，可以測出的變化規(guī)律。這種方法能夠準(zhǔn)確測出雷達(dá)指向的方向及位置，隨動的開環(huán)測試。

為了能夠直觀動態(tài)地顯示發(fā)控系統(tǒng)雷達(dá)隨動的工作過程，根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)專門的反饋信號生成電路，接收發(fā)控系統(tǒng)送出來的，經(jīng)電路處理后輸出實(shí)時(shí)的反饋信號，送給發(fā)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)離軸隨動的閉環(huán)控制，由上位機(jī)實(shí)時(shí)判斷和顯示。生成需要逼真模擬被控對象位標(biāo)器陀螺運(yùn)動平臺的特性。陀螺運(yùn)動平臺通道間存在著交叉耦合，這為測試設(shè)計(jì)帶來了難度。陀螺平臺模型的控制輸入、輸出是三自由度的姿態(tài)信息，而離軸控制的、信號都是極坐標(biāo)系下經(jīng)過調(diào)制的電信號。實(shí)時(shí)產(chǎn)生需要進(jìn)行信號相移與解調(diào)、變換、調(diào)制、合成、增益調(diào)整等步驟。

4 反饋信號實(shí)時(shí)生成原理

根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)模型，反饋信號生成方法如下：

接收發(fā)控系統(tǒng)輸出的，被測試設(shè)備模擬導(dǎo)彈生成的兩路基準(zhǔn)信號解調(diào)，解調(diào)方法如下：

利用基準(zhǔn)信號對進(jìn)行解調(diào)，得到在被控對象坐標(biāo)系上的俯仰、方位誤差信息。解調(diào)可以采用基準(zhǔn)信號直接和做乘法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，也可以把基準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換為方波信號后在和信號進(jìn)行乘法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。本文采用方波信號解調(diào)。解調(diào)前，因模擬對象的需要，進(jìn)行移相處理。

反饋信號生成后，送入發(fā)控系統(tǒng)，和實(shí)時(shí)相減，隨著反饋信號的增大，其和信號的誤差逐漸減小，當(dāng)誤差為零時(shí)，不再增大，此時(shí)離軸隨動到位，即位標(biāo)器視線指向雷達(dá)視線方向。在隨動過程中疊加掃描，則位標(biāo)器視線將以雷達(dá)視線為中心做周期性掃描運(yùn)動。

系統(tǒng)模型中前向通道含有1個(gè)積分環(huán)節(jié)，為Ⅰ型系統(tǒng)，其對階躍響應(yīng)信號的穩(wěn)態(tài)誤差為零，對坡度輸入信號的跟蹤誤差大小與開環(huán)增益成反比。運(yùn)用MATLAB軟件對上述隨動過程進(jìn)行建模、仿真，其中一組仿真結(jié)果如圖2、圖3所示。這是一個(gè)系統(tǒng)從零位開始一邊掃描，一邊向指定點(diǎn)隨動的過程仿真。由圖可知，采用這種信號生成方法，生成逼真的反饋信號，送入發(fā)控系統(tǒng)，為發(fā)控系統(tǒng)離軸隨動功能的測試、系統(tǒng)聯(lián)試提供方便可靠的手段。

5 離軸隨動測試功能的實(shí)現(xiàn)

從以上分析可知，反饋信號的生成過程是對一個(gè)極坐標(biāo)系下的經(jīng)過調(diào)制的模擬信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的過程，這種處理可以用數(shù)字控制的方法進(jìn)行，但難以保證實(shí)時(shí)性。而采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性均能保證，處理過程比較方便。模擬電路主要由濾波、相移調(diào)節(jié)、信號解調(diào)、信號轉(zhuǎn)換、信號調(diào)制合成、濾波等環(huán)節(jié)組成。信號的解調(diào)和調(diào)制由專用的解調(diào)/調(diào)制模塊實(shí)現(xiàn)，模塊采用相關(guān)調(diào)制原理設(shè)計(jì)，其余電路由運(yùn)算放大器及外圍電阻、電容構(gòu)成。采用該方法實(shí)現(xiàn)的隨動測試電路，在實(shí)際應(yīng)用中效果理想，達(dá)到了預(yù)期目的。

6 結(jié)語

本文從分析離軸隨動控制系統(tǒng)中的控制信號和反饋信號特性入手，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種閉環(huán)的隨動測試方法，滿足了系統(tǒng)隨動測試的需要，應(yīng)用效果良好。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）