基于數(shù)傳電臺(tái)的靶彈微波源輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 剛，劉基睿，杜 江

(中國(guó)人民解放軍91851部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001)

0 引言

靶彈用于模擬敵方來襲的導(dǎo)彈,是考核鑒定防空武器防空反導(dǎo)能力的重要靶標(biāo)[1]，用攔截靶彈的試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)防空武器系統(tǒng)性能的可信度，在很大程度上取決于靶彈模擬敵方導(dǎo)彈的逼真程度，因此靶彈除了能夠模擬敵方導(dǎo)彈的飛行速度與高度等彈道特征外、還需要模擬導(dǎo)彈微波與紅外等輻射特性[2]。靶彈的微波源可以模擬敵方導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的電磁輻射特性，靶彈給防空武器供靶時(shí)，需要控制微波源天線實(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)防空武器所在目標(biāo)艦以模擬敵方導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的工作過程[3]。

某型靶彈由退役的飛航式反艦導(dǎo)彈改裝而成，原導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)改裝成微波源[2]。利用退役導(dǎo)彈改裝靶彈可以節(jié)約導(dǎo)彈退役報(bào)廢費(fèi)用和防空導(dǎo)彈用靶費(fèi)用，是一種經(jīng)濟(jì)而有效的靶標(biāo)開發(fā)模式[4-5]，但退役導(dǎo)彈改靶彈也存在著因彈上元器件老化導(dǎo)致的故障率高，工作不可靠等問題。由末制導(dǎo)雷達(dá)改裝的微波源較靶彈其它系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)復(fù)雜，故障率更高[2]，為提高微波源可靠性，以往的微波源輔助控制系統(tǒng)僅進(jìn)行彈上自主控制，即當(dāng)彈載計(jì)算機(jī)判斷微波源波束無法捕捉并穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)艦時(shí)，利用彈載衛(wèi)星定位信息和預(yù)先裝訂的目標(biāo)艦位置解算出微波源天線的預(yù)定方向并對(duì)微波源天線方向進(jìn)行控制。這種方式僅適用于目標(biāo)艦位置固定的情況，且受目標(biāo)艦就位點(diǎn)誤差影響較大；當(dāng)目標(biāo)艦位置不確定時(shí)，則無法進(jìn)行天線輔助控制。為使微波源輻射的波束能夠精準(zhǔn)照射目標(biāo)艦，以模擬敵方導(dǎo)彈攻擊時(shí)的雷達(dá)微波照射過程，本文對(duì)原微波源輔助控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使靶彈在飛行供靶過程中微波源能夠穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確照射目標(biāo)艦。

本文的微波源輔助控制系統(tǒng)基于數(shù)傳電臺(tái)開展設(shè)計(jì)。靶彈加裝數(shù)傳電臺(tái)可以將靶彈飛行的實(shí)時(shí)位置和彈載設(shè)備工況信息下傳到數(shù)傳地面站[6]，同時(shí)數(shù)傳地面站能夠?qū)部刂噶詈湍繕?biāo)艦位置信息上傳至彈載數(shù)傳電臺(tái)。靶彈作為一種消耗性產(chǎn)品，加裝遙測(cè)等專用測(cè)控設(shè)備價(jià)格昂貴且通用性受到限制[7]。數(shù)傳電臺(tái)具有技術(shù)成熟、采購(gòu)渠道通暢、效費(fèi)比高、開發(fā)難度小等優(yōu)點(diǎn)[8-9]，用數(shù)傳電臺(tái)作為靶彈通用型測(cè)控設(shè)備可以有效降低成本[10-11]。利用靶彈數(shù)傳電臺(tái)安控指令上行鏈路上傳目標(biāo)艦位置信息，用目標(biāo)艦實(shí)時(shí)位置信息和靶彈實(shí)時(shí)位置信息解算微波源天線角度進(jìn)而控制輻射源微波波束對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)艦，可以有效提高輻射源的工作可靠性和對(duì)準(zhǔn)精度。靶彈供靶時(shí)，靶彈和目標(biāo)艦在視距范圍內(nèi)時(shí)彈載微波源開機(jī)工作，視距范圍內(nèi)可以保證彈載數(shù)傳電臺(tái)與安裝于目標(biāo)艦的數(shù)傳地面站正常通信。

1 靶彈微波源輔助控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)工作原理

靶彈微波源通過天線輻射微波波束照射目標(biāo)艦并接收目標(biāo)艦反射的微波回波，當(dāng)微波源工作正常時(shí)，微波源通過接收照射目標(biāo)艦的回波自動(dòng)捕捉并跟蹤目標(biāo)艦[12]。微波源能夠輸出天線角度電壓信號(hào)、與目標(biāo)艦之間的距離電壓信號(hào)、捕捉指令開關(guān)量信號(hào)，捕捉指令即微波源捕捉目標(biāo)后發(fā)出該指令。通過天線角度電壓信號(hào)、距離電壓信號(hào)、捕捉指令信號(hào)可以判斷出微波源是否捕捉目標(biāo)，捕捉的目標(biāo)是否為目標(biāo)艦。當(dāng)微波源無法捕捉目標(biāo)或捕捉的目標(biāo)不是目標(biāo)艦時(shí)，靶彈微波源天線輔助控制系統(tǒng)將根據(jù)靶彈與目標(biāo)艦的位置解算微波源天線的理論角度，向微波源輸出輔助控制指令和天線指向控制電壓對(duì)微波源天線進(jìn)行控制。

1.2 系統(tǒng)硬件方案

圖1是靶彈微波源輔助控制系統(tǒng)組成示意圖，該系統(tǒng)由安裝于靶彈上的彈載微波源輔助控制設(shè)備和數(shù)傳地面站組成，靶彈供靶時(shí)數(shù)傳地面站布設(shè)在目標(biāo)艦上。彈載微波源輔助控制設(shè)備安裝在靶彈上，該設(shè)備由微波源輔助控制計(jì)算機(jī)、數(shù)傳電臺(tái)、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)等設(shè)備組成。圖中航向角電壓信號(hào)是靶彈航向陀螺輸出的信號(hào)，零點(diǎn)啟動(dòng)指令是靶彈起飛時(shí)刻發(fā)出的指令。微波源輔助控制計(jì)算機(jī)可以對(duì)天線角度電壓、距離電壓、航向角電壓模擬量、捕捉指令、零點(diǎn)啟動(dòng)指令開關(guān)量進(jìn)行采樣，同時(shí)輸出輔助控制指令開關(guān)量信號(hào)和天線指向控制電壓模擬量信號(hào)；通過串口接收衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和數(shù)傳電臺(tái)接收的目標(biāo)艦位置信息。數(shù)傳地面站由數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)綜合器、數(shù)傳電臺(tái)、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)組成。數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)用于接收、處理、顯示靶彈下傳的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)以及目標(biāo)艦的位置數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)綜合器用于接收衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)數(shù)據(jù)、向數(shù)傳電臺(tái)發(fā)送目標(biāo)艦位置數(shù)據(jù)、接收靶彈數(shù)傳電臺(tái)收到的靶彈工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)數(shù)傳電臺(tái)上行和下行數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)隙進(jìn)行分配。

圖1 靶彈微波源輔助控制系統(tǒng)框圖

1.3 微波源天線指向角計(jì)算方法

在靶彈供靶過程中，當(dāng)微波源無法捕捉并跟蹤目標(biāo)艦時(shí)，微波源輔助控制系統(tǒng)根據(jù)靶彈位置和目標(biāo)艦位置計(jì)算微波源的天線指向角。靶彈位置和目標(biāo)艦位置在靶彈發(fā)射坐標(biāo)系下計(jì)算，已知靶彈發(fā)射點(diǎn)的經(jīng)度為L(zhǎng)、緯度為B、高度為H、射向?yàn)棣?；靶彈飛行時(shí)，彈載衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)實(shí)時(shí)輸出靶彈的地心直角坐標(biāo)系坐標(biāo)X1、Y1、Z1，要獲取靶彈的發(fā)射系坐標(biāo)，可用以下公式計(jì)算[13]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式(1)～(5)中，a為地球橢球長(zhǎng)半徑，e為子午橢圓第一偏心率，地球橢球參數(shù)均采用WGS-84坐標(biāo)系參數(shù)。X0、Y0、Z0是發(fā)射點(diǎn)地心直角坐標(biāo)，A11～A33為發(fā)射點(diǎn)地心直角坐標(biāo)到發(fā)射系坐標(biāo)的坐標(biāo)變換矩陣，XD、YD、ZD為靶彈的發(fā)射系坐標(biāo)，其中XD指向靶彈發(fā)射方向，ZD即為靶彈彈道側(cè)偏值。目標(biāo)艦在靶彈發(fā)射系坐標(biāo)下的位置坐標(biāo)XJ、YJ、ZJ同樣可以用式(5)的計(jì)算方法得出。已知位于目標(biāo)艦上的數(shù)傳地面站衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)實(shí)時(shí)輸出的地心直角坐標(biāo)為X2、Y2、Z2，則目標(biāo)艦在靶彈發(fā)射系坐標(biāo)下的位置坐標(biāo)XJ、YJ、ZJ計(jì)算過程如公式(6):

(6)

圖2是靶彈和目標(biāo)艦在靶彈發(fā)射坐標(biāo)系下的位置示意圖，該靶彈航向控制通道采用航向角PID穩(wěn)定控制回路，為了抵消側(cè)向風(fēng)對(duì)靶彈彈道側(cè)偏的影響，靶彈發(fā)射時(shí)會(huì)裝定風(fēng)修角[14]，裝定風(fēng)修角將使靶彈飛行時(shí)會(huì)存在一個(gè)航向角φ，因此計(jì)算靶彈微波源天線指向角時(shí)，需要考慮航向角φ對(duì)微波源天線指向角的影響。圖2中β是發(fā)射坐標(biāo)系下目標(biāo)艦與靶彈發(fā)射方向的夾角，φ是靶彈航向角，q是目標(biāo)艦與靶彈彈軸方向夾角，即微波源的天線指向角。圖中角β可由公式(7)計(jì)算，因此q可由公式(8)計(jì)算，靶彈和目標(biāo)艦距離用公式(9)計(jì)算。

圖2 靶彈和目標(biāo)艦在靶彈發(fā)射坐標(biāo)系下的位置示意圖

(7)

(8)

(9)

2 微波源輔助控制設(shè)備硬件與軟件設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

彈載微波源輔助控制設(shè)備電路示意圖如圖3所示，該設(shè)備由接口適配電路、計(jì)算機(jī)模塊、數(shù)傳電臺(tái)和衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)組成。接口適配電路由模擬電壓信號(hào)運(yùn)放電路、開關(guān)量隔離電路和繼電器控制電路組成。該型靶彈飛行控制系統(tǒng)采用模擬電路體制[15]，彈上模擬量電壓信號(hào)范圍為±15 V，開關(guān)量信號(hào)電壓范圍為0/+27 V，而計(jì)算機(jī)模塊為數(shù)字電路，AD、DA芯片采樣和輸出的模擬量電壓范圍為±10 V，開關(guān)量信號(hào)電壓范圍為0/+3.3 V，接口適配電路可以對(duì)靶彈信號(hào)和計(jì)算機(jī)模塊之間傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行適配和控制。圖3中運(yùn)放U1、U2、U3、U4構(gòu)建了反向比例運(yùn)算電路對(duì)輸入和輸出的模擬量信號(hào)進(jìn)行調(diào)壓和隔離。光耦U6將捕捉指令和零點(diǎn)啟動(dòng)指令隔離后輸出給可編程邏輯芯片用于開關(guān)量采樣。固態(tài)繼電器U5將可編程邏輯芯片輸出的開關(guān)量信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換成+27 V有效的信號(hào)用于控制繼電器K1，繼電器K1用來控制輔助控制指令和天線指向控制電壓的輸出，當(dāng)微波源輔助控制設(shè)備對(duì)微波源天線進(jìn)行輔助控制時(shí)，K1繼電器常開點(diǎn)閉合，輸出輔助控制指令和天線指向控制電壓；微波源輔助控制設(shè)備不進(jìn)行輔助控制時(shí)，K1繼電器常開點(diǎn)斷開，輔助控制指令和天線指向控制電壓輸出端處于懸空狀態(tài)。

圖3 彈載微波源輔助控制設(shè)備電路示意圖

微波源輔助控制設(shè)備計(jì)算機(jī)模塊由AD模擬量采樣芯片、DA模擬量輸出芯片、串口隔離芯片、Flash芯片、可編程邏輯芯片和CPU構(gòu)成。AD、DA、串口隔離芯片，F(xiàn)lash與可編程邏輯芯片之間通過數(shù)據(jù)與控制總線進(jìn)行通信；AD、DA芯片用于模擬量采樣與輸出；Flash用于裝定和存儲(chǔ)靶彈發(fā)射點(diǎn)位置、射向等任務(wù)參數(shù)；串口隔離芯片以隔離的方式構(gòu)建RS422串行通信端口，用于與數(shù)傳電臺(tái)、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)及參數(shù)裝訂設(shè)備進(jìn)行通信；可編程邏輯芯片用于構(gòu)建16位數(shù)據(jù)總線與控制總線，同時(shí)構(gòu)建了串口數(shù)據(jù)輸入與輸出緩存用于收發(fā)RS422串口數(shù)據(jù)?？删幊踢壿嬓酒cCPU之間采用并行總線進(jìn)行通信，CPU內(nèi)部用于運(yùn)行微波源天線輔助控制程序。數(shù)傳電臺(tái)與衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)選用成熟應(yīng)用的貨架產(chǎn)品，與計(jì)算機(jī)模塊之間采用RS422串口進(jìn)行通信。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

CPU內(nèi)部運(yùn)行的微波源天線輔助控制程序如圖4所示。該程序可完成接收數(shù)傳電臺(tái)、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的串口數(shù)據(jù)，對(duì)模擬量和開關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行采樣并判斷靶彈和微波源的工作狀態(tài)；根據(jù)靶彈和微波源工作狀態(tài)確定是否輸出輔助控制指令；根據(jù)靶彈位置和目標(biāo)艦位置計(jì)算微波源天線角度并由DA芯片輸出；將模擬量與開關(guān)采樣數(shù)據(jù)以及輔助控制設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)通過數(shù)傳電臺(tái)下傳至數(shù)傳地面站。

圖4 微波源天線輔助控制程序

圖4中程序以周期循環(huán)的方式運(yùn)行，循環(huán)周期為0.1 s，每個(gè)循環(huán)周期查詢接收一次衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)串口數(shù)據(jù)和數(shù)傳電臺(tái)串口數(shù)據(jù)，發(fā)送一次數(shù)傳電臺(tái)串口數(shù)據(jù)。圖4中程序開始后，首先讀取Flash中裝定的任務(wù)參數(shù)而后將定時(shí)器置零。程序流程中①到②為靶彈發(fā)控循環(huán)，該部分程序在靶彈發(fā)射前的發(fā)射控制階段執(zhí)行，用于接收參數(shù)裝定設(shè)備裝定的參數(shù)、模擬量與開關(guān)量采樣，接收衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和數(shù)傳電臺(tái)串口緩存數(shù)據(jù)，定時(shí)器計(jì)時(shí)達(dá)到0.1 s后，定時(shí)器置零重新計(jì)時(shí)并向地面站發(fā)送數(shù)傳電臺(tái)串口數(shù)據(jù)。發(fā)控流程中最后判斷零點(diǎn)啟動(dòng)指令的狀態(tài)，零點(diǎn)啟動(dòng)指令無效時(shí)進(jìn)入下一發(fā)控循環(huán)。當(dāng)零點(diǎn)啟動(dòng)指令有效后，程序進(jìn)入飛控循環(huán)，即流程圖中③到⑦部分，該部分程序在靶彈發(fā)射后的飛行控制階段執(zhí)行。

飛控循環(huán)程序中，首先執(zhí)行模擬量與開關(guān)量采樣，而后查詢衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和傳電臺(tái)串口緩存；當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位正常時(shí)，用公式(5)計(jì)算靶彈在發(fā)射坐標(biāo)系下的位置；若衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位異常，用靶彈飛行速度和飛行時(shí)間估算靶彈位置。獲取靶彈位置后，程序判斷數(shù)傳電臺(tái)接收到的目標(biāo)艦衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位狀態(tài)；當(dāng)目標(biāo)艦衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位正常時(shí)，用公式(6)計(jì)算目標(biāo)艦在發(fā)射坐標(biāo)系下的位置；當(dāng)目標(biāo)艦衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位異常時(shí)，用目標(biāo)艦預(yù)定航速、航向來估算目標(biāo)艦位置。獲取靶彈和目標(biāo)艦的位置后，用公式(9)計(jì)算靶彈和目標(biāo)艦距離L、用公式(8)計(jì)算微波源天線指向角q并將該角度輸出到DA芯片。程序⑤到⑥用于判斷微波源是否正常捕捉目標(biāo)艦，并在捕捉目標(biāo)艦異常時(shí)輸出輔助控制指令。程序⑤到⑥執(zhí)行完畢后，等待定時(shí)器時(shí)間達(dá)到0.1 s后，定時(shí)器置零并發(fā)送數(shù)傳電臺(tái)串口數(shù)據(jù)，而后重新開始下一個(gè)飛控循環(huán)。

3 數(shù)傳地面站硬件與軟件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

數(shù)傳地面站用于接收靶彈下傳的數(shù)傳電臺(tái)數(shù)據(jù)，同時(shí)上傳地面站的位置信息和安控指令。為實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)艦的位置信息，數(shù)傳地面站需布設(shè)到目標(biāo)艦上。數(shù)傳地面站由數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)綜合器、數(shù)傳電臺(tái)、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)組成，數(shù)傳地面站組成如圖5所示。數(shù)傳地面站數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)用于接收、處理、顯示靶彈下傳的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)以及目標(biāo)艦的位置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)綜合器可以接收安控指令、顯示靶彈安控狀態(tài)、發(fā)送目標(biāo)艦位置信息和安控指令信息、接收靶彈數(shù)傳電臺(tái)下傳的靶彈工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)隙進(jìn)行分配。靶彈有四條安控指令，分別為自檢指令、解鎖指令、復(fù)位指令、自毀指令。自檢指令用于檢查彈上和地面的數(shù)傳鏈路是否正常，自毀指令用于控制靶彈完成自毀，解鎖和復(fù)位指令作為自毀指令的保險(xiǎn)使用，在發(fā)自毀指令前需要發(fā)解鎖指令已打開靶彈自毀保險(xiǎn)，恢復(fù)靶彈自毀保險(xiǎn)則需要發(fā)送復(fù)位指令。

圖5是數(shù)據(jù)綜合器電路原理圖，圖中固態(tài)繼電器U1、U2、U3用于驅(qū)動(dòng)“電源/數(shù)傳信號(hào)”、“地面站定位正?！薄白詸z”、“解鎖”、“復(fù)位”、“自毀”LED狀態(tài)燈?！半娫?數(shù)傳信號(hào)”LED燈在數(shù)傳地面站開機(jī)后未收到彈載數(shù)傳電臺(tái)信號(hào)時(shí)處于常亮狀態(tài)，當(dāng)數(shù)傳地面站收到彈載數(shù)傳電臺(tái)信號(hào)時(shí)處于閃爍狀態(tài)；“地面站定位正常”LED燈用于顯示地面站衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的定位狀態(tài)；“自檢”、“解鎖”、“復(fù)位”、“自毀”LED燈可以顯示靶彈下傳數(shù)據(jù)中靶彈的安控狀態(tài)。光耦U4、U5用于隔離檢測(cè)“自檢”、“解鎖”、“復(fù)位”、“自毀”按鈕信號(hào)，“自檢”、“解鎖”、“復(fù)位”、“自毀”按鈕用于控制數(shù)傳地面站向靶彈發(fā)送安控指令。圖中可編程邏輯芯片除完成開關(guān)量采樣和輸出外，還作為三路RS422串口通信的緩存區(qū)使用，F(xiàn)lash芯片用于存放安控指令碼數(shù)據(jù)，CPU芯片用于運(yùn)行數(shù)傳地面站軟件。

圖5 數(shù)據(jù)綜合器電路原理圖

3.2 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙設(shè)計(jì)

因數(shù)傳電臺(tái)采用半雙工工作模式，同一時(shí)刻只能選擇下傳或上傳一種工作模式，系統(tǒng)工作時(shí)需對(duì)數(shù)傳電臺(tái)的發(fā)送或接收時(shí)序進(jìn)行控制，地面站數(shù)據(jù)綜合器可對(duì)靶彈下傳數(shù)據(jù)和地面站上傳數(shù)據(jù)時(shí)序進(jìn)行控制，彈載數(shù)傳設(shè)備循環(huán)周期為0.1s，即100 ms，數(shù)傳電臺(tái)傳輸率為38 400 bps，數(shù)據(jù)格式為8數(shù)據(jù)位、1起始位、1停止位，下傳字節(jié)數(shù)為149字節(jié)，彈載數(shù)傳設(shè)備下傳耗時(shí)為：149×(1+8+1)/38 400=0.038 8 s=38.8 ms。地面站在接收到靶彈下傳數(shù)據(jù)后，間隔28 ms開始上傳數(shù)據(jù)，上傳數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為20字節(jié)，上傳耗時(shí)：20×(1+8+1)/38 400=0.0052 s=5.2 ms。圖6為彈載數(shù)傳設(shè)備和數(shù)傳地面站傳輸時(shí)隙分配圖,上傳數(shù)據(jù)和下傳數(shù)據(jù)之間間隔28 ms用于電臺(tái)的收發(fā)模式轉(zhuǎn)換。

圖6 數(shù)傳時(shí)隙分配圖

3.3 軟件設(shè)計(jì)

為了能準(zhǔn)確控制上傳數(shù)據(jù)和下傳數(shù)據(jù)的時(shí)隙，數(shù)據(jù)綜合器需要對(duì)接收到的下傳數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，為提高計(jì)時(shí)精度，數(shù)據(jù)綜合器內(nèi)部軟件采用1 ms為周期的循環(huán)。數(shù)據(jù)綜合器內(nèi)部軟件流程如圖7所示。數(shù)據(jù)綜合器上電后首先進(jìn)行硬件初始化、讀取Flash中的安控指令碼、1 ms循環(huán)計(jì)數(shù)置零、安控指令狀態(tài)字置零、啟動(dòng)1 ms定時(shí)器。程序流程中①～②用于開關(guān)量采樣，接收衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)和數(shù)傳電臺(tái)串口緩存數(shù)據(jù)，并對(duì)“自檢”、“解鎖”、“復(fù)位”、“自毀”按鈕開關(guān)量采樣結(jié)果進(jìn)行計(jì)數(shù)。②～③用于確定“自檢”、“解鎖”、“復(fù)位”、“自毀”按鈕的采樣結(jié)果，為了消除按鈕抖動(dòng)和干擾，連續(xù)100個(gè)循環(huán)采樣均有效時(shí)認(rèn)為按鈕采樣有效。程序流程③～④用于判斷地面站衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位狀態(tài)，當(dāng)?shù)孛嬲拘l(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位正常時(shí)，點(diǎn)亮“地面站定位正?！睙?；地面站衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)定位異常時(shí)，“地面站定位正?！睙粝纭３绦蛄鞒挞堋萁邮盏孛嬲緮?shù)傳電臺(tái)串口數(shù)據(jù)，當(dāng)收到彈上下傳的149字節(jié)完整數(shù)據(jù)幀時(shí)，循環(huán)計(jì)數(shù)i置零；未收到完整數(shù)據(jù)幀時(shí)i進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，當(dāng)i累加到101時(shí)停止累加計(jì)數(shù)。程序流程⑤～⑥用來控制“電源/數(shù)傳信號(hào)”燈顯示，當(dāng)循環(huán)計(jì)數(shù)i大于50時(shí)“電源/數(shù)傳信號(hào)”燈亮，否則“電源/數(shù)傳信號(hào)”燈滅，該控制邏輯可以使“電源/數(shù)傳信號(hào)”燈在地面站收到彈載數(shù)傳電臺(tái)數(shù)據(jù)時(shí)閃爍顯示，未收到彈載數(shù)傳電臺(tái)數(shù)據(jù)時(shí)常亮顯示。程序流程⑥～⑦用于根據(jù)彈上下傳的安控指令接收狀態(tài)控制“自檢”、“解鎖”、“復(fù)位”、“自毀”LED狀態(tài)燈，若循環(huán)計(jì)數(shù)i=101則接收彈上下傳的數(shù)據(jù)間隔超過100 ms，此時(shí)將“自檢”、“解鎖”、“復(fù)位”、“自毀”LED狀態(tài)燈熄滅。程序流程⑦～①等待1 ms循環(huán)周期結(jié)束，將定時(shí)器置零，控制向彈上發(fā)送上行數(shù)據(jù)，上行數(shù)據(jù)在i=28時(shí)發(fā)送，即接收完下行數(shù)據(jù)等待28 ms后發(fā)送上行數(shù)據(jù)。

圖7 地面站數(shù)據(jù)綜合器軟件流程圖

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證靶彈微波源輔助控制系統(tǒng)的功能和性能，用靶彈模擬飛行彈道，目標(biāo)艦?zāi)M航跡、微波源模擬回波對(duì)靶彈微波源輔助控制系統(tǒng)進(jìn)行半實(shí)物仿真測(cè)試。靶彈模擬飛行彈道和目標(biāo)艦?zāi)M航跡用衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器以衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的形式輸出。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器是一種高精度的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源[16-17]，它根據(jù)載體動(dòng)態(tài)特性、電離層和對(duì)流層等因素對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的影響，模擬產(chǎn)生衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)接收到的各顆衛(wèi)星的高動(dòng)態(tài)導(dǎo)航信號(hào)，為微波源輔助控制系統(tǒng)測(cè)試提供高精度仿真環(huán)境，同時(shí)還可以作為標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的測(cè)量精度[18]。微波源模擬回波用程控微波信號(hào)源產(chǎn)生，程控微波信號(hào)源通過喇叭天線向微波源發(fā)送微波信號(hào)模擬微波源照射目標(biāo)艦產(chǎn)生的回波。

半實(shí)物仿真測(cè)試中，用基于PXI總線的虛擬儀器構(gòu)建一套測(cè)試設(shè)備，測(cè)試設(shè)備的模擬量和開關(guān)量信號(hào)端口與彈載微波源輔助控制設(shè)備的接口適配電路信號(hào)端口相連，同時(shí)測(cè)試設(shè)備用RS422串口對(duì)程控微波信號(hào)源輸出的微波信號(hào)進(jìn)行控制。測(cè)試設(shè)備模擬量和開關(guān)量信號(hào)端口特性見表1，測(cè)試設(shè)備與靶彈微波源輔助控制系統(tǒng)連接關(guān)系圖見圖8。

圖8 測(cè)試設(shè)備與靶彈微波源輔助控制系統(tǒng)連接關(guān)系

表1 測(cè)試設(shè)備模擬量、開關(guān)量信號(hào)端口特性

半實(shí)物仿真過程如下：首先用靶彈模擬彈道和目標(biāo)艦?zāi)M航跡計(jì)算出微波源天線的理論角度；而后啟動(dòng)測(cè)試設(shè)備和靶彈微波源輔助控制系統(tǒng)，測(cè)試設(shè)備“零點(diǎn)啟動(dòng)指令”輸出+27 V讓彈載微波源輔助控制設(shè)備進(jìn)入飛控循環(huán)程序，同時(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器輸出靶彈彈道和目標(biāo)艦航跡的模擬衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)；在靶彈模擬飛行過程中，測(cè)試設(shè)備控制程控微波信號(hào)源輸出模擬回波信號(hào)，同時(shí)對(duì)天線角度電壓、距離電壓、捕捉指令、輔助控制指令、天線指向控制電壓進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)；最后將微波源天線角度電壓采樣結(jié)果與理論角度與進(jìn)行比較。

4.2 結(jié)果分析

半實(shí)物仿真條件為：微波信號(hào)源天線置于微波源天線電軸0°位置，回波信號(hào)延遲的等效距離與靶彈模擬彈道和目標(biāo)艦?zāi)M航跡實(shí)時(shí)計(jì)算出的距離保持一致，微波源開機(jī)時(shí)間為25 s。圖9是天線角度電壓采樣結(jié)果與天線理論角度的比較示意圖。靶彈飛行25 s時(shí)，微波源開機(jī)并成功捕捉回波，此時(shí)微波源天線角度為0°，與天線理論角度不一致，微波源輔助控制起控。微波源輔助控制起控后，微波源輔助控制計(jì)算機(jī)輸出天線指向控制電壓，控制天線向理論角度偏轉(zhuǎn)，微波源輔助控制功能正常，系統(tǒng)軟件和硬件實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能要求。從圖9中可見，天線角度電壓采樣結(jié)果與理論角度之間誤差最大值為0.5°，該誤差為系統(tǒng)整體誤差，包括定位誤差、控制誤差、采樣誤差等，該誤差滿足對(duì)天線指向精確控制的要求。

圖9 天線控制精度仿真結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以數(shù)傳電臺(tái)為基礎(chǔ)，依托衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的定位功能，對(duì)靶彈微波源輻射輔助控制系統(tǒng)的總體功能與結(jié)構(gòu)、軟件和硬件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)在兼顧對(duì)靶彈飛行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和發(fā)送安控指令的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)靶彈微波源天線指向進(jìn)行輔助控制，當(dāng)微波源天線捕捉目標(biāo)艦不穩(wěn)定時(shí)，利用靶彈和目標(biāo)艦在發(fā)射坐標(biāo)系下的位置信息來計(jì)算天線理論角度并去控制天線指向。該系統(tǒng)解決了退役導(dǎo)彈雷達(dá)改裝為微波源后工作可靠性低、控制精度差等問題。