引信參數(shù)測(cè)試結(jié)果不一致故障分析

李朝華 尹君 孫萍 張海偉 楊雷

摘要：“引信過(guò)門(mén)限”“延遲起爆”“點(diǎn)火”信號(hào)是某型導(dǎo)彈引信性能測(cè)試的三個(gè)重要參數(shù)，本文針對(duì)三型設(shè)備引信參數(shù)測(cè)試結(jié)果不一致的情況，對(duì)引信靈敏度、作用距離、延遲線長(zhǎng)度、引信測(cè)試方法進(jìn)行了深入分析與論述，對(duì)各型設(shè)備技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行了檢測(cè)，找出測(cè)試結(jié)果不一致的原因并提出改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：引信靈敏度；延遲線；作用距離

Keywords：fuze sensitivity；delay line；operating range

0 引言

使用某型導(dǎo)彈控制艙性能測(cè)試系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱二艙設(shè)備）對(duì)控制艙（內(nèi)部含有自動(dòng)駕駛儀以及引信等）進(jìn)行測(cè)試時(shí)，引信靈敏度測(cè)試不合格，且無(wú)“引信過(guò)門(mén)限”“延遲起爆”“戰(zhàn)斗部點(diǎn)火”信號(hào)。將該導(dǎo)彈引信從控制艙拆下，使用無(wú)線電引信性能測(cè)試系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱引信設(shè)備）單獨(dú)對(duì)引信測(cè)試，引信靈敏度等參數(shù)均合格。將該引信組裝成全彈，使用導(dǎo)彈總體綜合性能測(cè)試系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱全彈設(shè)備）測(cè)試，結(jié)果顯示仍無(wú)“引信過(guò)門(mén)限”“延遲起爆”“戰(zhàn)斗部點(diǎn)火”信號(hào)。

“引信過(guò)門(mén)限”信號(hào)是當(dāng)引信探測(cè)到的目標(biāo)回波能量大小及數(shù)量滿足要求后產(chǎn)生的脈沖信號(hào)；“延遲起爆”信號(hào)是飛控組件根據(jù)彈目相對(duì)速度、加速度、目標(biāo)類(lèi)型信息及戰(zhàn)斗部特性進(jìn)行延時(shí)控制后輸出的炸點(diǎn)控制信號(hào)；“戰(zhàn)斗部點(diǎn)火”信號(hào)是綜合“引信過(guò)門(mén)限”信號(hào)和“延遲起爆”信號(hào)后產(chǎn)生的輸出值引信執(zhí)行級(jí)的炸點(diǎn)控制信號(hào)。通過(guò)對(duì)以上測(cè)試參數(shù)進(jìn)行分析，初步認(rèn)為造成二艙設(shè)備和全彈設(shè)備測(cè)試出現(xiàn)無(wú)“引信過(guò)門(mén)限”“延遲起爆”“戰(zhàn)斗部點(diǎn)火”信號(hào)的根本原因是引信靈敏度參數(shù)測(cè)試不合格，因此圍繞引信靈敏度進(jìn)行分析。

1 引信靈敏度

1.1 靈敏度的概念

引信靈敏度的含義如圖1所示。在引信的發(fā)射端口到引信的接收端口之間，調(diào)整其傳輸衰減值達(dá)到某一值時(shí)，可使引信輸出起爆脈沖，此衰減值（包含天線耦合插損）即為引信的靈敏度，一般用衰減的dB數(shù)表示。

引信靈敏度概念與一般接收機(jī)的靈敏度概念存在較大差別，它是一個(gè)相對(duì)值，指整個(gè)引信的靈敏度，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。當(dāng)發(fā)射機(jī)功率足夠大時(shí)，接收機(jī)本身的接收靈敏度可以較低。靈敏度數(shù)值的大小反映了引信啟動(dòng)的工作范圍。從雷達(dá)方程可知，接收信號(hào)功率與彈目距離的4次方成反比，因此靈敏度越高，作用距離越遠(yuǎn)。一般引信的距離靈敏度曲線如圖2所示。

從圖2中可以看出：

1）在引信完全啟動(dòng)區(qū)，啟動(dòng)概率大于98%，對(duì)應(yīng)的最大距離稱為可靠啟動(dòng)半徑。

2）在引信不完全啟動(dòng)區(qū)，啟動(dòng)概率在2%～98%之間，因此要求這個(gè)區(qū)可能地小。

3）啟動(dòng)概率低于2%，對(duì)應(yīng)于該值的最小距離即引信截止距離。

4）啟動(dòng)概率為0.5%，對(duì)應(yīng)的距離稱為引信平均啟動(dòng)半徑，也即一般定義的引信的作用距離。

1.2 靈敏度相關(guān)因素

1）發(fā)射機(jī)功率。功率越大，靈敏度越高。

2）接收機(jī)通道的增益。該增益包括第一級(jí)微波變頻損耗、選頻放大系數(shù)等。由于變頻損耗是非線性關(guān)系，因此總的通道增益與靈敏度之間也不是線性關(guān)系。靈敏度調(diào)整主要是調(diào)整這部分的線性放大倍數(shù)，具體調(diào)整方法需根據(jù)導(dǎo)彈設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行。

3）門(mén)限電路（距離門(mén)）的門(mén)限值。門(mén)限值設(shè)置應(yīng)根據(jù)無(wú)信號(hào)時(shí)的噪聲電平和一定信噪比下的啟動(dòng)概率來(lái)確定，這是決定靈敏度的重要因素之一。

1.3 靈敏度測(cè)量方法

引信體制不同，測(cè)試靈敏度的方法也會(huì)有差別，但基本上都是基于彈目距離模擬和彈目交會(huì)速度模擬，在此基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)整可變衰減器使引信動(dòng)作的方法來(lái)測(cè)其靈敏度。

無(wú)線電波在空間傳播，遇到目標(biāo)時(shí)反射回到引信，回波信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)除幅度衰減外（與1/R4成比例），時(shí)間也有所滯后，即τ=2R/C，C=3×108m/s，造成了回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)相位之間的差別，這也是引信檢測(cè)目標(biāo)存在的基礎(chǔ)之一。因此，模擬延遲時(shí)間能對(duì)應(yīng)模擬相應(yīng)的距離。

地面測(cè)試時(shí)是用電磁波在高頻傳輸線（如同軸電纜）的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲的，但在高頻電纜中電磁波的傳播速度比C小ε倍，其中ε為電纜中介質(zhì)的介電常數(shù)。因此，如果一根10m長(zhǎng)的電纜采用聚乙烯作介質(zhì)（介電常數(shù)ε=2.6），則模擬空間距離不是10m，而是約為16m。電纜一定長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)一定距離，不同空間距離要用不同長(zhǎng)度的電纜。因此，在地面測(cè)試時(shí)是用一組電纜測(cè)試導(dǎo)彈引信在不同距離的靈敏度，該電纜一般稱為延遲線。

2 產(chǎn)品與設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)

2.1 產(chǎn)品狀態(tài)確認(rèn)

1）為摸清產(chǎn)品狀態(tài)，分別組裝“工藝引信+產(chǎn)品飛控”“工藝引信+工藝飛控”“產(chǎn)品引信+工藝飛控”“產(chǎn)品引信+產(chǎn)品飛控”，使用二艙設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果“產(chǎn)品引信+工藝飛控”和“產(chǎn)品引信+產(chǎn)品飛控”測(cè)試不合格，“工藝引信+產(chǎn)品飛控”和“工藝引信+工藝飛控”測(cè)試合格。

2）分別更換引信執(zhí)行板、信號(hào)處理板、接收機(jī)板和時(shí)序電路，使用二艙設(shè)備再次進(jìn)行測(cè)試，更換時(shí)序電路后的測(cè)試結(jié)果合格。

3）將該產(chǎn)品二艙送至原制造單位，使用其二艙設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，引信兩通道靈敏度均測(cè)試合格。

4）將該產(chǎn)品的引信送至原制造單位，使用引信設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，靈敏度測(cè)試合格，但發(fā)射、接收脈沖延時(shí)測(cè)試的結(jié)果為接近指標(biāo)下限值。

2.2 設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)

1）二艙設(shè)備狀態(tài)

使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試在長(zhǎng)、短電纜兩種狀態(tài)下二艙設(shè)備的通道的電長(zhǎng)度，如表1所示。使用微波信號(hào)源檢測(cè)引信通道插損為68dB，滿足引信靈敏度要求。

2）引信設(shè)備狀態(tài)

使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試在長(zhǎng)、短電纜兩種狀態(tài)下引信設(shè)備的通道的電長(zhǎng)度，如表2所示。使用微波信號(hào)源檢測(cè)引信通道插損為67dB，滿足引信靈敏度要求。

3）全彈設(shè)備狀態(tài)

使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試全彈設(shè)備的引信通道的電長(zhǎng)度，如表3所示。使用微波信號(hào)源對(duì)全彈設(shè)備引信通道的衰減插損進(jìn)行測(cè)試，兩通道都約為40dB，天線帶耦合約為10dB，因此整個(gè)通道插損約為60dB（40+10+10），測(cè)試時(shí)軟件內(nèi)寫(xiě)入的衰減器值為12dB，總衰減值為72dB，超出該枚產(chǎn)品引信靈敏度的范圍（68dB）。

3 不一致原因分析

3.1 引信技術(shù)溯源

通過(guò)對(duì)該型引信進(jìn)行技術(shù)溯源，獲取該型引信設(shè)計(jì)相關(guān)要求如下：

1）6～20.25m為完全啟動(dòng)區(qū)，40m外為完全不啟動(dòng)區(qū)。

2）引信可靠距離≥22m，引信截止距離≤42m。3）引信作用距離，如圖3所示。4）引信時(shí)序電路各脈沖相關(guān)性，如圖4所示。

3.2 三型設(shè)備引信參數(shù)測(cè)試不一致分析

由圖3可知引信對(duì)不同距離的回波靈敏度不同，在20～40m成線性下降趨勢(shì)。通過(guò)確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)可知各設(shè)備模擬引信回波距離（引信通道的電長(zhǎng)度）不同，分別為21.9m（引信設(shè)備延遲線3）、23.5m、24m，其中全彈設(shè)備與二艙設(shè)備模擬引信回波距離已落入引信不完全啟動(dòng)區(qū)，靈敏度下降，啟動(dòng)概率降低，與三型設(shè)備中引信設(shè)備測(cè)試引信合格、全彈設(shè)備與二艙設(shè)備測(cè)試引信不合格的情況吻合。全彈設(shè)備與二艙設(shè)備模擬引信回波距離（引信通道的電長(zhǎng)度）過(guò)長(zhǎng)是三型設(shè)備引信參數(shù)測(cè)試不一致的原因之一。

全彈設(shè)備引信通道的衰減插損約為60dB，測(cè)試時(shí)軟件內(nèi)寫(xiě)入的衰減器值為12dB，總衰減值72dB，超出了該枚產(chǎn)品引信靈敏度的范圍（68dB），也與全彈設(shè)備測(cè)試引信不合格的情況吻合。全彈設(shè)備引信通道的衰減插損值過(guò)大是三型設(shè)備引信參數(shù)測(cè)試不一致的原因之一。

4 改進(jìn)措施及驗(yàn)證

4.1 改進(jìn)措施

1）模擬引信回波距離改進(jìn)

即引信拐點(diǎn)距離的理論值應(yīng)在19.5～21m之間。該型引信實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)，其作用距離較理論值放寬了1m，且該作用距離指標(biāo)是指引信本體至目標(biāo)的距離。因此，引信拐點(diǎn)距離實(shí)際值應(yīng)在20.5～22m之間，考慮技術(shù)指標(biāo)逐級(jí)放寬的原則，建議三套設(shè)備的引信通道延遲線電長(zhǎng)度（即模擬引信與目標(biāo)距離）按照表4的要求進(jìn)行調(diào)整。

可采取以下兩種方案調(diào)整引信通道延遲線電長(zhǎng)度，以保證對(duì)引信參數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性和設(shè)備一致性：

● 縮減二艙設(shè)備與全彈設(shè)備引信通道延遲線長(zhǎng)度（需更換延遲線），引信設(shè)備無(wú)需調(diào)整。

● 將二艙設(shè)備引信通道電纜與全彈設(shè)備引信通道電纜縮短，引信設(shè)備長(zhǎng)度不變。

2）衰減插損值改進(jìn)

修改全彈設(shè)備軟件衰減設(shè)置值，減少通道衰減插損，與引信靈敏度相匹配。

4.2 驗(yàn)證

1）按照以上分析結(jié)果，將全彈設(shè)備中軟件衰減設(shè)置為8dB，即整個(gè)通道衰減為68dB。

2）將二艙設(shè)備、全彈設(shè)備引信通道收發(fā)天線電纜均縮短1m（等效于延遲線電長(zhǎng)度縮減2.6m）后，分別對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果均合格。更換為原電纜，復(fù)現(xiàn)引信靈敏度測(cè)試不合格情況。

5 結(jié)論及建議

造成三型設(shè)備測(cè)試引信參數(shù)結(jié)果不一致的原因是：不同設(shè)備引信通道延遲線長(zhǎng)度不同，且全彈設(shè)備和二艙設(shè)備延遲線長(zhǎng)度超出引信的理論和設(shè)計(jì)值范圍；全彈設(shè)備測(cè)試時(shí)，引信通道衰減過(guò)大。采用修改全彈設(shè)備軟件衰減設(shè)置值和引信通道收發(fā)天線電纜長(zhǎng)度的方法，可以有效解決引信參數(shù)測(cè)試結(jié)果不一致問(wèn)題。建議增加引信延遲線長(zhǎng)度以及通道衰減等敏感參數(shù)的定期檢查頻次，確保引信參數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性和設(shè)備一致性。

作者簡(jiǎn)介

李朝華，工程師，主要從事導(dǎo)彈總體修理技術(shù)研究工作。

尹君，工程師，主要從事導(dǎo)彈飛控修理技術(shù)研究工作。

孫萍，工程師，主要從事導(dǎo)彈飛控修理技術(shù)研究工作。