間斷供能的引信裝定數(shù)據(jù)雙向傳輸方法

杜 軍，李紅英，馬 君，王秋生，徐 昕

（西安機(jī)電信息技術(shù)研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

現(xiàn)代引信（如多選擇引信、彈道修正引信）需要在彈藥發(fā)射前將各種信息（如彈藥類(lèi)型、作用方式、炮位經(jīng)緯度、氣象信息、GPS信息等）通過(guò)感應(yīng)式裝定器裝定到引信內(nèi)。數(shù)據(jù)反向傳輸（從引信到裝定器），不僅可準(zhǔn)確知道裝定數(shù)據(jù)的正確與否，確保裝定器可靠地進(jìn)行裝定，而且可實(shí)現(xiàn)引信與火控系統(tǒng)信息實(shí)時(shí)交聯(lián)［1］。現(xiàn)有的裝定信息數(shù)據(jù)反向傳輸技術(shù)采用持續(xù)供能的引信裝定數(shù)據(jù)雙向傳輸方法［2］，但在這種反向傳輸方法中正確解調(diào)大容量裝定信息和反向傳輸信息可靠性不高，另外考慮到引信控制電路的體積一般不大，采用相移鍵控時(shí)其解調(diào)設(shè)備復(fù)雜，增加了引信控制電路的體積和復(fù)雜性。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出了間斷供能的引信裝定數(shù)據(jù)雙向傳輸方法。

1 感應(yīng)裝定系統(tǒng)的組成與工作原理

感應(yīng)裝定系統(tǒng)由裝定器和引信體兩部分組成，利用兩個(gè)線圈之間的感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)能量和信息的傳輸［3］，相互分離的裝定器線圈和引信線圈構(gòu)成了傳輸?shù)臒o(wú)線通道。裝定器包括控制器、編碼器、解調(diào)器等組成，裝定系統(tǒng)組成的原理框圖如圖1所示。

圖1 裝定系統(tǒng)組成的原理框圖Fig.1 principle diagram setting system

工作時(shí)，裝定器將裝定信息進(jìn)行編碼調(diào)制到能量載波上，通過(guò)裝定器線圈發(fā)送脈沖，經(jīng)過(guò)引信線圈、引信包括儲(chǔ)能電路、信息接收處理電路等，由電磁、磁電近場(chǎng)感應(yīng)原理［4］，在感應(yīng)線圈上形成感應(yīng)脈沖電壓，經(jīng)過(guò)電源變換，得到裝定接口所需的能量，存儲(chǔ)在儲(chǔ)能電容中，為引信電路的工作提供能量，同時(shí)將信息解調(diào)作為引信裝定信息。

2 基于間斷供能的反向傳輸方法

2.1 間斷供能的反向傳輸工作原理及組成

文中將裝定器發(fā)送數(shù)據(jù)到引信定義為下傳；引信將數(shù)據(jù)反向傳輸回裝定器定義為上傳。工作中，裝定器首先向引信發(fā)送一定時(shí)間的能量，為引信接收電路工作提供電能，在后續(xù)的信息下傳與上傳過(guò)程中，信息即能量，繼續(xù)被存儲(chǔ)在引信的儲(chǔ)能電容中。裝定器在下傳完后，根據(jù)數(shù)據(jù)字節(jié)量的多少?zèng)Q定停頓時(shí)間，一般在0.5～1ms左右，在這極短時(shí)間內(nèi)，引信將反饋信號(hào)發(fā)回到裝定器上，若時(shí)間太長(zhǎng)，引信將沒(méi)有足夠的能量接收后續(xù)信息，更無(wú)法將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到非易失性存儲(chǔ)器里。若數(shù)據(jù)不分包，引信將收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在易失性存儲(chǔ)器里，在裝定器停止工作后，整個(gè)引信中的數(shù)據(jù)都會(huì)丟失。在這段時(shí)間內(nèi)，引信將裝定數(shù)據(jù)通過(guò)引信線圈發(fā)送脈沖，經(jīng)過(guò)裝定線圈和信號(hào)解調(diào)處理模塊后變成反饋信號(hào)輸出，最后由裝定器判斷數(shù)據(jù)是否正確，若反向傳輸數(shù)據(jù)解析正確，則發(fā)送一段時(shí)間能量，為引信將接收到下傳數(shù)據(jù)寫(xiě)入非易失性存儲(chǔ)器里提供能量，這樣裝定整個(gè)過(guò)程就結(jié)束；解析若失敗，則補(bǔ)發(fā)一次下傳數(shù)據(jù)，重復(fù)上述上傳過(guò)程，補(bǔ)發(fā)的解析正確則下傳數(shù)據(jù)寫(xiě)入非易失性存儲(chǔ)器里，錯(cuò)誤則說(shuō)明此次裝定任務(wù)失敗。因此，下傳和上傳在時(shí)間上是交替進(jìn)行的，裝定器和引信都可以向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)，即兩者均兼有發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的功能。這就是間斷供能的反向傳輸方法，其工作原理圖如圖2所示。

圖2 間斷供能的反向傳輸工作原理圖Fig.2 Working principle of revevse transfer of uninter ruptea enevgy suppry

間斷供能反向傳輸時(shí)采用負(fù)載變換使得數(shù)據(jù)反向傳輸，其等效電路圖如圖3所示。

圖3 裝定器與引信負(fù)載變化等效電路模型Fig.3 Fuze setter and an equivalent circuit model to load changes

通過(guò)接收線圈的負(fù)載阻抗的改變，使得引信中的電流改變，從而引起磁場(chǎng)的變化。裝定器正是通過(guò)檢測(cè)這種變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)引信與裝定器的能量交換和反向傳輸，這種通過(guò)改變引信接收線圈負(fù)載阻抗來(lái)進(jìn)行從引信到裝定器的傳輸數(shù)據(jù)。在引信回路的電路參數(shù)中負(fù)載電阻RL和并聯(lián)電容C2可被數(shù)據(jù)載體改變，相應(yīng)的區(qū)分為電阻負(fù)載調(diào)制和電容負(fù)載變化；通過(guò)使并聯(lián)電阻Rmod或并聯(lián)電容Cmod在數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘中接通或斷開(kāi)來(lái)改變引信的變換阻抗，產(chǎn)生調(diào)幅信號(hào)，裝定器反向傳輸回路解調(diào)即可重構(gòu)從引信發(fā)送的數(shù)據(jù)。

2.2 編碼方式

目前的編碼方式主要有二進(jìn)制編碼、脈沖計(jì)數(shù)、分組脈沖計(jì)數(shù)和占空比調(diào)制編碼。二進(jìn)制編碼是將信息轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)字編碼，利用二進(jìn)制數(shù)字編碼表示裝定信息，但它將裝定信息容量擴(kuò)大了一倍［5］脈沖計(jì)數(shù)編碼方法是將引信裝定的作用時(shí)間轉(zhuǎn)換為一系列脈沖信號(hào)，并通過(guò)發(fā)射線圈耦合到引信線路之中，經(jīng)處理，使引信內(nèi)部的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)引信的裝定。但是，這種編碼方法受到一些局限，由于受到傳輸時(shí)間和脈沖頻率的限制，裝定的時(shí)間較短。對(duì)于分組脈沖計(jì)數(shù)法，為了減少裝定過(guò)程的時(shí)間和提高裝定精度，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)原理，提出分段脈沖群的傳輸方式，該方法采用傳輸字符的方式且需要引信內(nèi)部有精確的時(shí)基［5］。占空比調(diào)制的編碼是用脈沖占空比來(lái)表示數(shù)字信息的編碼方式，脈沖周期和脈沖幅度固定不變。為把裝定數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)揭胖型瑫r(shí)正確地反向傳輸，必須選擇合理的編碼方法。本文選用改進(jìn)型占空比調(diào)制編碼方式。

這種編碼由4個(gè)數(shù)據(jù)編碼元素｛00 01 10 11｝ 及同步頭5個(gè)編碼元素組成，同步頭的時(shí)間長(zhǎng)度為T(mén)，其他4個(gè)數(shù)字編碼元素對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度為T(mén)+t，T+2t，T+3t，T+4t，t為可靠傳輸?shù)淖疃虝r(shí)間，每一組編碼編碼同步頭只使用一次，數(shù)字編碼 ｝｛00 01 10 11 各元素可以多次使用，編碼碼長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)變化，平均編碼較短，中等碼長(zhǎng)集中，8 個(gè)完整編碼元素，可以保證可靠譯碼，編碼元素如圖4所示。

圖4 編碼元素Fig.4 Code element

若對(duì)引信的裝定時(shí)間為0.05～5s，間隔1ms，總共應(yīng)有5 000 個(gè)劃分，所以二進(jìn)制編碼需要13位。而本文采用的這種編碼需要6位，若為0.05～9.999s二進(jìn)制編碼需要14位，而采用改進(jìn)型占空比調(diào)制編碼方式只要7位，在反向傳輸時(shí)優(yōu)勢(shì)就能更好地體現(xiàn)出來(lái)了，消耗能量將減少。感應(yīng)裝定窗口（感應(yīng)線圈有效耦合的時(shí)間和空間）短就決定了編碼方式不能太復(fù)雜，否則增加了反向傳輸系統(tǒng)的復(fù)雜，同時(shí)這種編碼方式編碼規(guī)律簡(jiǎn)單，能快速裝定。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)上述基于間斷供能的旁置感應(yīng)裝定系統(tǒng)大容量信息雙向傳輸?shù)睦碚摶A(chǔ)，設(shè)計(jì)了原理樣機(jī)。裝定器采用單片機(jī)C8051F340作為控制器，發(fā)送裝定信號(hào)并處理接收到的反向傳輸信號(hào)。裝定器發(fā)送的數(shù)據(jù)與接收到從引信反向傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，一致則說(shuō)明裝定成功，否則裝定失敗。

在試驗(yàn)中，裝定參數(shù)數(shù)據(jù)總量為4KB，圖5為引信接收線圈上的裝定信號(hào)，圖6為裝定信號(hào)和引信電容上的電壓波形圖，上面為裝定信號(hào)，下面為電容上的電壓，在56ms處即充到最大電壓18V，后一直保持在這個(gè)水平，直到裝定器停止發(fā)送信號(hào)，電壓才開(kāi)始往下掉，可以看出在裝定器下傳后停頓的時(shí)間內(nèi)，電壓信號(hào)并沒(méi)有掉下來(lái)，而是維持在其工作期間內(nèi)的幅值。這就說(shuō)明停頓的時(shí)間不會(huì)影響給引信的供能。圖7為裝定信號(hào)展開(kāi)后的波形圖，圖8為間斷供能的反向傳輸信號(hào)的波形圖，上面為裝定器CPU 端口接收到的反向傳輸信號(hào)，下面為引信接收到裝定數(shù)據(jù)后給出的回答信號(hào)。試驗(yàn)證明，裝定器發(fā)送的數(shù)據(jù)和引信接收的數(shù)據(jù)一致。

圖5 裝定信號(hào)Fig.5 setting signal

圖6 裝定信號(hào)和引信電容上的電壓波形圖Fig.6 charge voltage wave forms of setting sigral and fuze capacitor

圖7 裝定信號(hào)展開(kāi)后的波形圖Fig.7 signal wave forms setting after the commencormant

圖8 間斷供能的反向傳輸信號(hào)的波形Fig.8 Inter mittenthy energizing a reverse wakeform of the tramsmission signal

4 結(jié)論

本文提出了間斷供能的引信裝定數(shù)據(jù)雙向傳輸方法。該方法中裝定器對(duì)引信間斷供電，在數(shù)據(jù)下傳完成后，裝定器依據(jù)裝定數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)停頓1ms左右，在這期間內(nèi)引信將數(shù)據(jù)上傳回去，由裝定器檢測(cè)判斷反向傳輸數(shù)據(jù)是否正確，從而判斷裝定正確與否。試驗(yàn)結(jié)果表明：該方法能實(shí)現(xiàn)裝定數(shù)據(jù)的反向傳輸，同時(shí)其解調(diào)電路簡(jiǎn)單，反向傳輸電路的功耗低，有效提高反向傳輸階段的能量利用率，從而解決了在持續(xù)供能的引信裝定數(shù)據(jù)雙向傳輸這種方式下，大容量數(shù)據(jù)裝定無(wú)法可靠裝定的問(wèn)題。目前，這種方法已在需要裝定復(fù)雜信息的大口徑引信上應(yīng)用，同時(shí)為以后研究感應(yīng)裝定的裝定參數(shù)到10KB以上的數(shù)據(jù)量提供了一條途徑。

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［5］紀(jì)霞.感應(yīng)裝定中數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究［D］.太原：中北大學(xué)，2008.