崔軍平

(國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠第一研究所，山西 太原 030024)

隨著科技的進(jìn)步和武器裝備的升級(jí)換代，信息化、數(shù)字化已滲透到各兵種的各種武器平臺(tái)。數(shù)字化雖然可提高武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能，但同時(shí)也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，例如裝備的可靠性;對(duì)于一個(gè)集成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，雖然每一個(gè)組合單元都經(jīng)過(guò)了廠檢、軍檢，獨(dú)立工作很可靠，但整合組裝到一起后，可靠性就降低很多，通訊不暢、系統(tǒng)死機(jī)、數(shù)據(jù)誤碼，顯示混亂等問(wèn)題暴露出來(lái)。在雷達(dá)火控武器系統(tǒng)中，火控計(jì)算機(jī)是武器系統(tǒng)的核心控制部分，是形成戰(zhàn)斗力的重要保障。能否打得贏，關(guān)鍵看火控，充分說(shuō)明了火控系統(tǒng)在防空武器系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用［1］。作為火控產(chǎn)品，可靠性的設(shè)計(jì)已成為決定該產(chǎn)品生命力的重要指標(biāo)。信號(hào)隔離技術(shù)成為目前提高產(chǎn)品可靠性能的重要手段，在該火控計(jì)算機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用。

目前，信號(hào)隔離技術(shù)從隔離方式上主要分為兩種:光電隔離方式、變壓器隔離方式。這兩種不同的方式在該火控計(jì)算機(jī)中都有不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

1 光電隔離技術(shù)的應(yīng)用

光電隔離器是以光為媒介來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器與受光器封裝在管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接收后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)“電－光－電”轉(zhuǎn)換［2］。它能有效地破壞干擾源的進(jìn)入，可靠地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離，并易構(gòu)成各種功能狀態(tài)。因此應(yīng)用廣泛。

光電耦合器之所以在傳輸信號(hào)的同時(shí)能有效地抑制各種噪聲干擾和尖脈沖，使通道上的信號(hào)噪聲比大為提高，主要有以下幾方面的原因:

1)由于光電耦合器是完全密封在一個(gè)管內(nèi)，或被壓膜塑料封裝，所以不會(huì)受到外界光的干擾。

2)發(fā)光二極管的電阻非常小，而干擾源的內(nèi)阻一般很大，能夠傳送到光電耦合器輸入端的干擾信號(hào)就變得很小。

3)光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電器聯(lián)系，之間分布的電容極小而絕緣電阻又很大，因此回路一端的各種干擾噪聲都很難傳到另一端，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。

4)光電耦合器的響應(yīng)速度極快，其響應(yīng)延遲時(shí)間只有10 μs 左右，適于對(duì)響應(yīng)速度要求很高的場(chǎng)合。

光電隔離器在該火控計(jì)算機(jī)中主要用于主機(jī)接口電路的光電隔離和遠(yuǎn)距離的隔離傳輸。

1.1 主機(jī)接口電路中的應(yīng)用

主機(jī)有多個(gè)輸入端口，接收不同外圍設(shè)備傳來(lái)的狀態(tài)信號(hào)，以雷達(dá)開/關(guān)高壓信號(hào)為例，主機(jī)在正常工作狀態(tài)下要讀取雷達(dá)現(xiàn)在點(diǎn)的位置量，為保證雷達(dá)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效，主機(jī)在讀取數(shù)據(jù)之前要判斷雷達(dá)是否真正開啟，雷達(dá)開高壓信號(hào)受雷達(dá)電磁干擾比較嚴(yán)重，計(jì)算機(jī)不能直接讀取，于是使用了光電隔離器件TLP621，這樣就對(duì)信號(hào)及噪聲進(jìn)行隔離，保證了計(jì)算機(jī)工作的可靠性，避免產(chǎn)生誤動(dòng)作。

1.2 遠(yuǎn)距離的隔離傳輸

火控計(jì)算機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中，要與雷達(dá)車外的連指，異地雷達(dá)等多處進(jìn)行通訊，信號(hào)在傳輸過(guò)程中很易受到干擾，導(dǎo)致傳輸信號(hào)的畸形或失真。在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接的相距較遠(yuǎn)的組合之間，常因組合間的地線電位差，導(dǎo)致地環(huán)路電流，對(duì)電路形成差模干擾電壓。為確保長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃?，采用光電隔離技術(shù)，將兩個(gè)電路連接隔離，切斷可能形成的環(huán)路，使它們相互獨(dú)立，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。同時(shí)當(dāng)一方短路時(shí)，還能保護(hù)另一方不受損壞，具體電路見圖1。

圖1 光電隔離在遠(yuǎn)距離傳輸中的應(yīng)用

光電隔離器應(yīng)用時(shí)須注意以下兩點(diǎn):

1)光電隔離器的輸入部分和輸出部分不能共用一個(gè)電源，必須分別采用獨(dú)立的電源，否則光電耦合器的隔離作用將沒有意義。

2)用光電隔離器來(lái)隔離輸入輸出通道時(shí)，必須對(duì)所有的信號(hào)全部隔離，使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的聯(lián)系，否則這種隔離就失去意義。

2 變壓器隔離技術(shù)的應(yīng)用

火控系統(tǒng)在作戰(zhàn)過(guò)程中，火控計(jì)算機(jī)不但需要給火炮輸出現(xiàn)在點(diǎn)的位置量，有時(shí)還需要輸出給火炮的速度量，以便雷達(dá)在跟蹤狀態(tài)時(shí)火炮能夠及時(shí)跟上目標(biāo)，精準(zhǔn)射擊。火控計(jì)算機(jī)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬量經(jīng)過(guò)功率放大需要給火炮輸出最大60 多伏的速度量，由于火炮所處環(huán)境比較惡劣，為了減少火炮對(duì)火控計(jì)算機(jī)的干擾，將火控計(jì)算機(jī)輸出給火炮的速度量進(jìn)行隔離，于是在數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD664 與高壓運(yùn)算放大器PA142 之間應(yīng)用高壓隔離器AD210，如圖2 AD210 的應(yīng)用電路圖。AD210 具有完整的隔離功能，采用+15 V 電源供電，功能設(shè)計(jì)全面;通過(guò)模塊內(nèi)部的變壓器耦合提供信號(hào)隔離和電源隔離。與光學(xué)耦合隔離器件不同，它無(wú)需外加電源轉(zhuǎn)換器。真正實(shí)現(xiàn)了三端口設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使該器件能在單通道或多通道應(yīng)用中，對(duì)輸入和輸出進(jìn)行隔離。經(jīng)過(guò)信號(hào)的浮置去掉兩端間的公共地線，有效地消除了各電路的電流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生噪聲電壓形成的串?dāng)_，同時(shí)當(dāng)火炮出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)對(duì)火控計(jì)算機(jī)造成損害。

圖2 AD210 的應(yīng)用電路圖

3 結(jié)論

信號(hào)隔離技術(shù)在火控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性起到了良好的效果。

［1］賈文紅.火控計(jì)算機(jī)的電磁兼容性設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2008(6) ：12.

［2］求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航［M］.第2版.北京：人民郵電出版社，2008.