一種多彈種共架兼容發(fā)射控制技術(shù)*

王建國，董智明，李 林，劉 佳，陳志華

（北方自動控制技術(shù)研究所，太原 030006）

0 引言

某新型箱式火箭炮作為遠(yuǎn)程制導(dǎo)彈藥的通用發(fā)射平臺，在兼容發(fā)射已有制導(dǎo)彈種的同時，發(fā)射平臺上將逐步擴(kuò)展多種制導(dǎo)彈藥和智能彈藥，其自身的發(fā)射控制能力可以得到大大的提升。為此，統(tǒng)一火箭彈發(fā)射控制技術(shù)，包括箱炮接口、彈炮接口、發(fā)射控制流程、發(fā)控時序、點火控制和彈種識別等技術(shù)就顯得尤為重要。

本文主要以某新型箱式火箭炮武器平臺的多彈種共架發(fā)射為研究對象，具體闡述能夠滿足現(xiàn)有制導(dǎo)火箭彈的發(fā)射控制，并兼容后續(xù)發(fā)展的制導(dǎo)彈藥和智能彈藥的發(fā)射控制技術(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本文制定了統(tǒng)一的箱炮、彈炮接口和制導(dǎo)彈發(fā)射流程、彈種識別規(guī)則等實現(xiàn)了多彈種共架發(fā)射，不同的彈種對應(yīng)獨立的發(fā)控軟件模塊；突破了現(xiàn)有火箭彈發(fā)射平臺升級改造困難、發(fā)射彈種單一、無法兼容多彈種的老問題。

1 總體技術(shù)方案

本技術(shù)是基于某新型箱式火箭炮作為遠(yuǎn)程制導(dǎo)彈藥的通用發(fā)射平臺，提供一種能夠兼容發(fā)射70/150/280 km 制導(dǎo)火箭彈，以及后續(xù)發(fā)展的制導(dǎo)彈藥的發(fā)射控制方法，解決長期以來火箭彈發(fā)射平臺與新增火箭彈種不兼容的問題。該技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，所述方案包括:制定統(tǒng)一的箱炮、彈炮電氣接口，制定統(tǒng)一的制導(dǎo)火箭彈發(fā)射流程，制定統(tǒng)一的制導(dǎo)火箭彈彈種識別和引信編碼規(guī)則，發(fā)射控制軟件構(gòu)件化設(shè)計等內(nèi)容。具體技術(shù)方案如下:

1.1 制定統(tǒng)一的箱炮、彈炮電氣接口

通過總結(jié)和梳理現(xiàn)有制導(dǎo)火箭彈的信號類型，并兼容后續(xù)研制的制導(dǎo)彈種對各類信號的需求，統(tǒng)一規(guī)劃出火控系統(tǒng)與火箭彈貯運(yùn)發(fā)箱之間的箱炮通用接口設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。該箱炮通用接口定義具體見下頁表1 所示，箱炮通用接口中的信號按照信號類型、傳輸方式等的不同可以分為以下幾類:

1）點火信號。該類信號為短時、恒定的電流信號，為滿足已定型和后續(xù)研制的制導(dǎo)彈種對發(fā)動機(jī)點火的需求，對箱炮電連接器的1～12 芯規(guī)劃成發(fā)動機(jī)點火電流信號區(qū)域；左、右箱各有6 路發(fā)動機(jī)點火信號，每路點火信號均為正、負(fù)雙線制差分排列，且電流閾值能夠達(dá)到10 A，保證了發(fā)動機(jī)點火電流不受共用地線的干擾、避免了共用地線容易產(chǎn)生反相電流的安全性危害，且在非點火期間發(fā)動機(jī)點火具兩端短路，確保了發(fā)射安全性；

2）通訊信號。某新型箱式火箭炮與制導(dǎo)火箭彈之間的彈上設(shè)備自檢、飛行控制參數(shù)裝定、衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)和衛(wèi)星對時、動態(tài)傳遞對準(zhǔn)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)均是通過通訊線進(jìn)行傳輸，為滿足已定型和后續(xù)研制的制導(dǎo)彈種對通信帶寬和通信速率的需求，將箱炮電連接器的13～21 芯規(guī)劃成通訊信號區(qū)域；該區(qū)域內(nèi)設(shè)計有以太網(wǎng)（最高可達(dá)100 Mb/s）、CAN2.0B 總線、RS422 等多種形式的通信接口，且均為差分形式的通信信號，能夠滿足現(xiàn)有和后續(xù)發(fā)展的制導(dǎo)彈藥對大數(shù)據(jù)量通信的要求，并能保證數(shù)據(jù)傳輸過程中信號不受干擾；

3）數(shù)字I/O 信號。該類信號為電氣對接和各種狀態(tài)檢測信號，用于測試火箭彈、貯運(yùn)發(fā)箱與發(fā)射平臺（火箭炮）之間的對接情況和檢測火箭彈發(fā)動機(jī)、引信、檔彈閉鎖等裝置的狀態(tài)，保證了火箭彈發(fā)射前各種工作狀態(tài)的全方位檢測，提高了發(fā)射安全性；

4）供電信號。通過歸納已定型和后續(xù)研制的制導(dǎo)彈種對地面供電電源的需求，將箱炮電連接器的25 芯以后規(guī)劃成供電信號區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)設(shè)計有供給火箭彈制導(dǎo)艙的地面電源1、慣性閉合開關(guān)電源、時間零點、閉鎖1、2 和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器供電等電源信號?；鹂叵到y(tǒng)具有每箱兩路+28 V/25 A 地面電源和兩路+15 V/2.5 A 的時間零點、閉鎖信號電源，能夠為現(xiàn)有制導(dǎo)火箭彈彈上設(shè)備工作提供所需的電源，并能夠滿足后續(xù)發(fā)展的制導(dǎo)彈藥的工作電源要求；

5）熱電池激活信號。為滿足已定型和后續(xù)研制的制導(dǎo)彈種對激活熱電池組的需求，規(guī)劃了5 組熱電池激活信號，每組包括2 路熱電池激活信號，激活信號均為正、負(fù)雙線制差分排列。該信號用于激活火箭彈制導(dǎo)艙內(nèi)的熱電池組，以提供火箭彈飛行過程中的供電電源。某新型箱式火箭炮火控系統(tǒng)具有1～1.5 A、2～2.5 A 和5～6 A 3 種規(guī)格的熱電池激活和發(fā)動機(jī)點火電流，可根據(jù)不同彈種設(shè)置相應(yīng)的熱電池激活和發(fā)動機(jī)點火電流，能夠滿足現(xiàn)有制導(dǎo)火箭彈，以及后續(xù)發(fā)展的各種制導(dǎo)火箭彈的激活、點火需求。

某新型箱式火箭炮火控系統(tǒng)與制導(dǎo)火箭彈之間，根據(jù)現(xiàn)有制導(dǎo)火箭彈的裝定接口，并考慮兼容后續(xù)研制的制導(dǎo)彈種對裝定接口的需求，總結(jié)歸納出火控系統(tǒng)與制導(dǎo)彈之間的32 芯通用裝定接口標(biāo)準(zhǔn)。制導(dǎo)彈的彈炮接口按照信號類型、傳輸方式等的不同，也同樣分為了通信信號、數(shù)字I/O 信號、供電信號、熱電池激活信號等4 類，32 芯彈炮接口定義具體見表2 所示。

1.2 制定統(tǒng)一的發(fā)射流程

通過歸納、總結(jié)現(xiàn)有制導(dǎo)火箭彈的發(fā)射流程，并充分考慮后續(xù)研制的制導(dǎo)彈種的發(fā)射流程特點，制定統(tǒng)一的制導(dǎo)火箭彈發(fā)射流程標(biāo)準(zhǔn)。具體的發(fā)射流程如下:

制導(dǎo)火箭彈發(fā)控時序分為兩個階段:發(fā)射前準(zhǔn)備工況（包括技術(shù)陣地準(zhǔn)備和發(fā)射陣地準(zhǔn)備）和發(fā)射工況。發(fā)射前準(zhǔn)備工況主要包括:

1）發(fā)射前技術(shù)陣地準(zhǔn)備:彈種識別、制導(dǎo)艙地面電源1 及時間零點上電、彈載計算機(jī)和彈上設(shè)備（組合導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星定位裝置）自檢、裝定引信工作模式；

表1 箱炮通用接口定義示意表

2）發(fā)射前發(fā)射陣地準(zhǔn)備:衛(wèi)星一次對時、裝定衛(wèi)星星歷參數(shù)、衛(wèi)星二次對時、裝定控制系統(tǒng)參數(shù)、彈載慣導(dǎo)初始參數(shù)、彈載慣導(dǎo)傳遞對準(zhǔn)、衛(wèi)星定時對時，發(fā)動機(jī)點火回路及熱電池激活回路檢測等過程。

1.2.1 發(fā)射前準(zhǔn)備工況

發(fā)射前準(zhǔn)備工況可通過人工操作中止流程，中止流程后不影響制導(dǎo)火箭彈再次進(jìn)入此工況。發(fā)射前技術(shù)陣地準(zhǔn)備首先進(jìn)行彈種識別，彈種識別正確后，以地面電源上電為該工況計時零點，地面發(fā)控按下述工作流程進(jìn)行火箭彈發(fā)射前技術(shù)陣地的各項準(zhǔn)備工作:

1）在0 s 時，火控系統(tǒng)給N 發(fā)火箭彈的地面電源1 等電源信號以時間間隔0.1 s 逐發(fā)上電；

表2 制導(dǎo)火箭彈裝定接口定義示意表

2）查詢彈載計算機(jī)自檢結(jié)果；

3）查詢彈上設(shè)備自檢結(jié)果；

4）裝定引信模式（缺省為近炸模式）；

發(fā)射前發(fā)射陣地準(zhǔn)備以給出允許發(fā)射信息為該工況計時零點，火控系統(tǒng)按下述工作流程進(jìn)行火箭彈發(fā)射前發(fā)射陣地的各項準(zhǔn)備工作:

5）發(fā)送對時脈沖并裝定衛(wèi)星一次對時參數(shù)；

6）裝定衛(wèi)星星歷參數(shù)；

7）發(fā)送對時脈沖并裝定衛(wèi)星二次對時參數(shù)；

8）裝定控制系統(tǒng)參數(shù)；

9）裝定彈載慣導(dǎo)初始參數(shù)；

10）開始傳遞對準(zhǔn)、并發(fā)送提示開始調(diào)炮信息至各顯示終端；

11）查詢彈載慣導(dǎo)對準(zhǔn)結(jié)果；

12）開始逐發(fā)進(jìn)行熱電池激活回路和發(fā)動機(jī)點火回路檢測；

13）以衛(wèi)星二次對時開始時刻為時間基準(zhǔn)，每5 min 一次發(fā)送對時脈沖并裝定衛(wèi)星定時對時參數(shù)，且不影響進(jìn)入發(fā)射工況；

14）若b～i、k、l 項返回結(jié)果正確則0 s 顯示允許發(fā)射信息，并將此信息傳遞給各顯示終端，發(fā)射前準(zhǔn)備工況結(jié)束；若b、d、h、i、j、l 項返回結(jié)果錯誤以及c 項組合導(dǎo)航系統(tǒng)自檢錯誤，則對錯誤進(jìn)行提示并停止該發(fā)火箭彈發(fā)射；若e、f、g 項返回結(jié)果錯誤以及c 項衛(wèi)星定位裝置自檢錯誤，則進(jìn)行提示，由人工決定是否取消發(fā)射。

發(fā)射前準(zhǔn)備工況流程示意圖如圖1 所示。

1.2.2 發(fā)射工況

接到發(fā)射命令，打開保險鎖，按下發(fā)射按鈕。從按發(fā)射按鈕（定為0 s）起，火控系統(tǒng)給N 發(fā)火箭彈同時發(fā)送彈載慣導(dǎo)啟動導(dǎo)航命令。

火控系統(tǒng)接收到彈載慣導(dǎo)啟動導(dǎo)航回復(fù)后，進(jìn)行衛(wèi)星末次對時，緊接著給出第一發(fā)火箭彈熱電池激活信號，然后地面電源斷電、火控系統(tǒng)查詢第一發(fā)火箭彈熱電池激活狀態(tài)正常后，最后給出第一發(fā)火箭彈發(fā)動機(jī)點火脈沖。按射擊順序、時間間隔重復(fù)第一發(fā)操作程序，發(fā)射火箭彈?；鹂叵到y(tǒng)給出最后一發(fā)火箭彈發(fā)動機(jī)點火脈沖后，將所有管號的彈上供電電源斷電，并顯示火箭彈是否留膛。

若彈載慣導(dǎo)啟動導(dǎo)航失敗或熱電池激活狀態(tài)查詢失敗，則停止該發(fā)火箭彈的發(fā)射；若衛(wèi)星末次對時失敗，火控系統(tǒng)進(jìn)行提示并繼續(xù)后續(xù)流程。若火箭彈留膛，制導(dǎo)艙應(yīng)能在彈上供電電源斷電后1s內(nèi)作出判斷并終止工作。

武器系統(tǒng)齊射時，各管位發(fā)射間隔為3～4s，按管號由小到大的發(fā)射順序，依次發(fā)射火箭彈；對于發(fā)射彈數(shù)小于10 發(fā)時，采取多管連射方式發(fā)射，按管號由小到大的順序依次發(fā)射。

發(fā)射工況流程示意圖見下頁圖2 所示。

1.3 制定統(tǒng)一的彈種識別規(guī)則

隨著某新型箱式火箭炮發(fā)射彈種的增加，需要對已定型和后續(xù)研制的制導(dǎo)彈藥進(jìn)行彈種識別，防止對制導(dǎo)火箭彈執(zhí)行了錯誤的發(fā)射流程，損壞火箭彈甚至造成危險。通過歸納、總結(jié)現(xiàn)有制導(dǎo)火箭彈的彈種識別規(guī)則，并充分考慮后續(xù)研制的制導(dǎo)彈藥的彈種特點，制定統(tǒng)一的彈種及引信識別編碼等規(guī)則。

火控系統(tǒng)按照圖3 所示的彈種識別流程，對各種制導(dǎo)彈進(jìn)行彈種識別。

圖1 發(fā)射前準(zhǔn)備工況流程示意圖

圖2 發(fā)射工況流程示意圖

火控系統(tǒng)軟件采用查詢方式向制導(dǎo)彈發(fā)送自檢命令以實現(xiàn)自動彈種識別，其中彈種描述以火箭彈的射程、制導(dǎo)模式、彈種等3 個特征來表述，用2個字節(jié)（16 位）表示；引信編碼采用1 個字節(jié)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——彈的控制模式:

0001——管裝制導(dǎo)彈；

1001——箱裝制導(dǎo)彈；

0010——巡飛彈；

0011——末制導(dǎo)彈。

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0——彈種分類碼，根據(jù)彈種按順序枚舉。

B7 B6 B5 B4=0000（00 h-0f h）保留；

0001 0000——破甲殺傷子母彈；（10 h）

0001 0001——破甲殺傷增程子母彈；（11 h）

0001 0010——末敏彈；（12 h）

0001 0011——殺傷爆破彈；（13 h）

圖3 彈種識別流程圖

0001 0100——云爆彈；（14 h）

0010 0100——侵徹彈；（24 h）

制定統(tǒng)一的彈種識別流程和編碼規(guī)則，能夠滿足不同種類制導(dǎo)火箭彈對彈種、引信識別的需求，同時可以兼容和指導(dǎo)后續(xù)發(fā)展的制導(dǎo)彈藥的研制。

2 制定數(shù)據(jù)通信協(xié)議

火控系統(tǒng)與制導(dǎo)艙之間的數(shù)據(jù)交互是通過RS422串行通信接口進(jìn)行的，傳輸波特率為115.2 kb/s。通信格式為:1 個起始位，8 個數(shù)據(jù)位，1 個停止位，無奇偶校驗位，低位先發(fā)，有符號數(shù)據(jù)采用補(bǔ)碼表示。

本協(xié)議中的數(shù)據(jù)內(nèi)容均采用整型傳輸，其中，CHAR08*x 類型表示x 個ASCII 碼字符串?dāng)?shù)據(jù)；INTxx 類型表示xx 位有符號整數(shù)，采用補(bǔ)碼表示；UINTxx 類型表示xx 位無符號整數(shù)，其中，xx 的可能取值為08、16、32。數(shù)據(jù)物理含義通過對LSB 單位的規(guī)定給出。數(shù)據(jù)內(nèi)容字節(jié)個數(shù)為0 時，該命令由幀頭、信息標(biāo)識、數(shù)據(jù)長度、校驗和4 個部分構(gòu)成。

除傳遞對準(zhǔn)參數(shù)和衛(wèi)星定時對時外，火控系統(tǒng)對每一組命令交互是否成功進(jìn)行判斷，只要收到1次即認(rèn)為交互成功。

交互失敗判斷依據(jù)如下:

1）火控系統(tǒng)向制導(dǎo)艙連續(xù)3 次發(fā)送彈載慣導(dǎo)初始參數(shù)裝定命令后等待接收回復(fù)命令，如果在0.5 s 內(nèi)沒有收到正確回復(fù)則認(rèn)定通信失敗；

2）火控系統(tǒng)向制導(dǎo)艙發(fā)送控制系統(tǒng)參數(shù)裝定命令，如果在1 s 內(nèi)沒有收到正確回復(fù)或接收回復(fù)數(shù)據(jù)校驗錯誤則重發(fā)，最多發(fā)送3 次，沒有收到正確回復(fù)則認(rèn)定通信失敗；

3）火控系統(tǒng)向制導(dǎo)艙發(fā)送衛(wèi)星星歷參數(shù)裝定命令，如果在3 s 內(nèi)沒有收到正確回復(fù)或接收到裝定失敗回復(fù)則重發(fā)，最多發(fā)送3 次，沒有收到正確回復(fù)則認(rèn)定通信失?。?/p>

4）除上述命令外，火控系統(tǒng)向制導(dǎo)艙連續(xù)3 次發(fā)送命令后等待接收回復(fù)命令，如果在0.3 s 內(nèi)沒有收到正確回復(fù)則認(rèn)定通信失??；

5）彈載計算機(jī)發(fā)送通訊超時命令，火控系統(tǒng)不處理。

3 軟件構(gòu)件化設(shè)計

發(fā)射控制軟件設(shè)計有一個主控制程序，該程序自動采集彈種識別信號或接收火控系統(tǒng)操控終端發(fā)出的彈種選擇命令，由主程序根據(jù)每個彈種對應(yīng)的可執(zhí)行程序，啟動對應(yīng)彈種的執(zhí)行程序，并釋放不同的彈種執(zhí)行程序。

發(fā)射控制軟件采用構(gòu)件化軟件設(shè)計方式，已定型的13 種系列制導(dǎo)火箭彈的發(fā)控軟件分別形成獨立構(gòu)件庫，可獨立升級；后續(xù)研制的制導(dǎo)彈種擴(kuò)展，直接增加新的構(gòu)件庫即可，不會影響軟件中的其他構(gòu)件，方便彈種擴(kuò)充。

4 結(jié)論

通過以上技術(shù)方案和設(shè)計方法，設(shè)計出的一種兼容當(dāng)前及未來制導(dǎo)火箭彈發(fā)射的控制技術(shù)，能夠滿足目前所有種類的遠(yuǎn)程系列制導(dǎo)火箭彈的發(fā)射需求，同時能夠兼容發(fā)射未來新研遠(yuǎn)程系列制導(dǎo)火箭彈；采用該技術(shù)研制的發(fā)射控制系統(tǒng)已在某新型箱式火箭炮火控系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，并進(jìn)行了充分的驗證和考核，該發(fā)射控制系統(tǒng)性能先進(jìn)、工作穩(wěn)定可靠，已建立起遠(yuǎn)程制導(dǎo)彈藥的通用發(fā)射平臺，解決了長期以來火箭彈發(fā)射平臺與新增火箭彈種不兼容的問題。實現(xiàn)了對遠(yuǎn)縱深面目標(biāo)進(jìn)行深層次火力壓制和點目標(biāo)實施精確火力打擊的能力，充分印證了陸軍第四代火力打擊體系骨干裝備的實力。