陳偉

摘要：紅外型空空導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)中，離軸隨動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)中控制信號(hào)和反饋信號(hào)的特性，重點(diǎn)分析了離軸隨動(dòng)工作原理、反饋信號(hào)實(shí)時(shí)生成原理，對(duì)信號(hào)的時(shí)域和頻域進(jìn)行分析，得到三維立體測(cè)試形態(tài)分析結(jié)果。文章依據(jù)測(cè)試原理提出了一種對(duì)離軸隨動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)測(cè)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(dòng)測(cè)試；離軸隨動(dòng)工作原理

中圖分類號(hào)：TH132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(duì)空空導(dǎo)彈的離軸隨動(dòng)性能要求增高，導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)增加了離軸隨動(dòng)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(dòng)，使載機(jī)只用較小的機(jī)動(dòng)或不作機(jī)動(dòng)，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(cè)、驗(yàn)證發(fā)控系統(tǒng)的隨動(dòng)控制性能，對(duì)保障武器系統(tǒng)隨動(dòng)性能具有十分重要的作用。某武器系統(tǒng)中，離軸隨動(dòng)系統(tǒng)是典型的負(fù)反饋控制系統(tǒng)，控制信號(hào)和反饋信號(hào)均為極坐標(biāo)下的經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)信號(hào)調(diào)制的交流電壓信號(hào)，本文從分析控制發(fā)控系統(tǒng)被控對(duì)象信號(hào)特征及模型入手，提出并實(shí)現(xiàn)了一種閉環(huán)測(cè)試發(fā)控系統(tǒng)隨動(dòng)性能的新方法。

2 離軸隨動(dòng)工作原理

某離軸隨動(dòng)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(lái)自火控雷達(dá)/頭盔瞄準(zhǔn)具的位置信息經(jīng)隨動(dòng)電路處理后，驅(qū)動(dòng)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(duì)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(dòng)電路由發(fā)控系統(tǒng)完成（虛線框）。

離軸驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(hào)相減，構(gòu)成角度閉環(huán)控制。誤差信號(hào)輸出送導(dǎo)彈伺服放大器，驅(qū)動(dòng)位標(biāo)器運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈與雷達(dá)的隨動(dòng)，并進(jìn)行掃描。離軸驅(qū)動(dòng)信號(hào)、反饋信號(hào)以經(jīng)過(guò)調(diào)制的極坐標(biāo)信號(hào)形式表征各自攜帶的角度（方位、俯仰）信息。

3 隨動(dòng)測(cè)試分析

離軸驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為隨動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)，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(kāi)環(huán)狀態(tài)下，當(dāng)發(fā)控系統(tǒng)處于隨動(dòng)狀態(tài)時(shí)，對(duì)其輸出的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后得到，根據(jù)其信號(hào)的方向，測(cè)得雷達(dá)指向的大致方向，根據(jù)其信號(hào)的變換規(guī)律，可以測(cè)出的變化規(guī)律。這種方法能夠準(zhǔn)確測(cè)出雷達(dá)指向的方向及位置，隨動(dòng)的開(kāi)環(huán)測(cè)試。

為了能夠直觀動(dòng)態(tài)地顯示發(fā)控系統(tǒng)雷達(dá)隨動(dòng)的工作過(guò)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(hào)生成電路，接收發(fā)控系統(tǒng)送出來(lái)的，經(jīng)電路處理后輸出實(shí)時(shí)的反饋信號(hào)，送給發(fā)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)離軸隨動(dòng)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(duì)象位標(biāo)器陀螺運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的特性。陀螺運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通道間存在著交叉耦合，這為測(cè)試設(shè)計(jì)帶來(lái)了難度。陀螺平臺(tái)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(hào)都是極坐標(biāo)系下經(jīng)過(guò)調(diào)制的電信號(hào)。實(shí)時(shí)產(chǎn)生需要進(jìn)行信號(hào)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(hào)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(hào)生成方法如下：

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

利用基準(zhǔn)信號(hào)對(duì)進(jìn)行解調(diào)，得到在被控對(duì)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(hào)直接和做乘法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)，也可以把基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)后在和信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。本文采用方波信號(hào)解調(diào)。解調(diào)前，因模擬對(duì)象的需要，進(jìn)行移相處理。

反饋信號(hào)生成后，送入發(fā)控系統(tǒng)，和實(shí)時(shí)相減，隨著反饋信號(hào)的增大，其和信號(hào)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(dòng)到位，即位標(biāo)器視線指向雷達(dá)視線方向。在隨動(dòng)過(guò)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(dòng)。

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(duì)階躍響應(yīng)信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差為零，對(duì)坡度輸入信號(hào)的跟蹤誤差大小與開(kāi)環(huán)增益成反比。運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)上述隨動(dòng)過(guò)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(kāi)始一邊掃描，一邊向指定點(diǎn)隨動(dòng)的過(guò)程仿真。由圖可知，采用這種信號(hào)生成方法，生成逼真的反饋信號(hào)，送入發(fā)控系統(tǒng)，為發(fā)控系統(tǒng)離軸隨動(dòng)功能的測(cè)試、系統(tǒng)聯(lián)試提供方便可靠的手段。

5 離軸隨動(dòng)測(cè)試功能的實(shí)現(xiàn)

從以上分析可知，反饋信號(hào)的生成過(guò)程是對(duì)一個(gè)極坐標(biāo)系下的經(jīng)過(guò)調(diào)制的模擬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的過(guò)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(guò)程比較方便。模擬電路主要由濾波、相移調(diào)節(jié)、信號(hào)解調(diào)、信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)制合成、濾波等環(huán)節(jié)組成。信號(hào)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(dòng)測(cè)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(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)

[1] 徐日洲.空空導(dǎo)彈離軸瞄準(zhǔn)發(fā)射控制系統(tǒng)[J].航空兵器，1984，（2）.

[2] 黃浩.位標(biāo)器隨動(dòng)算法研究及實(shí)現(xiàn)[J].航空兵器，1998，（3）.

[3] 黃浩.基于DSP的離軸控制系統(tǒng)[J].航空兵器，2005，（1）.

[4] 廖志忠，徐日洲，等.空空導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

[5] 王化一，等.自動(dòng)控制原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）