張慶茂

（1.桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動化學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.柳州長虹航天技術(shù)有限公司 研究所，廣西 柳州 545012）

0 引言

紅外尋的制導(dǎo)便攜式防空導(dǎo)彈是一種獨(dú)特的低空/超低空近程防空導(dǎo)彈[1]，以其作戰(zhàn)反應(yīng)時間短、制導(dǎo)精確、抗干擾能力強(qiáng)、發(fā)射后不管等優(yōu)點(diǎn)[2]，成為防空體系中重要的環(huán)節(jié)，已成為世界各國大量使用的通用制式裝備。該類導(dǎo)彈小巧輕便、反應(yīng)迅捷、使用簡便、作戰(zhàn)部署高度機(jī)動靈活[3]，是用于近程低空、超低空防御的有效武器。便攜式防空導(dǎo)彈除了單兵肩扛發(fā)射外，也可結(jié)合雷達(dá)、紅外熱像儀、CCD攝像機(jī)等設(shè)備，形成多聯(lián)裝車載、艦載或多聯(lián)裝武裝直升機(jī)載武器系統(tǒng)，不僅全面擴(kuò)大了便攜式防空導(dǎo)彈的使用領(lǐng)域，而且使導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的防空效能，尤其是攻擊巡航導(dǎo)彈、無人駕駛飛機(jī)等小型快速空中目標(biāo)的效能提高到一個全新的水平。導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)，作為武器系統(tǒng)上保障導(dǎo)彈發(fā)射成功的重要設(shè)備，承擔(dān)著與上級指控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、導(dǎo)彈射前信息處理和安全發(fā)射控制等重大使命。本文對某近程車載防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)用便攜式防空導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研發(fā)與功能實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對8發(fā)便攜式防空導(dǎo)彈的發(fā)射控制。通過飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)控系統(tǒng)安全可靠。

圖1 發(fā)控系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Control system composition and structure diagram

1 總體設(shè)計(jì)

本便攜式防空導(dǎo)彈發(fā)控系統(tǒng)作為某近程車載防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要配套設(shè)備，發(fā)射的是某型號便攜式防空導(dǎo)彈，主要用途是根據(jù)上級指控系統(tǒng)的命令，實(shí)施對武器系統(tǒng)8聯(lián)裝導(dǎo)彈的初始檢測、供電供氣控制、導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備及導(dǎo)彈發(fā)射控制，并且將發(fā)射過程中的指令執(zhí)行情況回報(bào)指控系統(tǒng)。

根據(jù)近程車載防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的任務(wù)需求及便攜式防空導(dǎo)彈的特點(diǎn)開展發(fā)控系統(tǒng)的研制工作。對于便攜式防空導(dǎo)彈在肩扛發(fā)射時的一些操作及要實(shí)現(xiàn)的功能，如激活地面能源組件實(shí)現(xiàn)供電供氣，扣動發(fā)射機(jī)構(gòu)扳機(jī)一檔、二檔實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)信號處理與分析，退擋彈銷等，在發(fā)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上也要實(shí)現(xiàn)。根據(jù)武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、作戰(zhàn)及訓(xùn)練需要，便攜式防空導(dǎo)彈裝車時只要裝筒導(dǎo)彈，地面能源組件、發(fā)射機(jī)構(gòu)不再配備，通過發(fā)控系統(tǒng)研制能實(shí)現(xiàn)相同功能的代替裝備。

為實(shí)現(xiàn)車載武器系統(tǒng)中導(dǎo)彈發(fā)射車上安全發(fā)射8發(fā)裝筒導(dǎo)彈的任務(wù)需求，制定以下發(fā)控系統(tǒng)的研制方案：設(shè)計(jì)發(fā)控通信器用于與上級指控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互及下級設(shè)備的通信控制；設(shè)計(jì)發(fā)控執(zhí)行組合，通過控制組合電路板、信息處理電路板實(shí)現(xiàn)對8發(fā)便攜式防空導(dǎo)彈的發(fā)射控制；設(shè)計(jì)退銷機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)彈的電氣連接及退銷控制；設(shè)計(jì)供氣裝置，用于提供導(dǎo)彈制冷氣源；設(shè)計(jì)導(dǎo)彈托架，用于支撐發(fā)控執(zhí)行組合、退銷機(jī)構(gòu)、供氣裝置及導(dǎo)彈。

發(fā)控系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

2 發(fā)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 發(fā)控通信器

圖2 發(fā)控通信器原理圖Fig.2 Schematic diagram of the control communicator

發(fā)控通信器是發(fā)控系統(tǒng)的控制核心，也是發(fā)控系統(tǒng)與車載武器系統(tǒng)上其它分系統(tǒng)的連接中心。發(fā)控系統(tǒng)的供電電源由武器系統(tǒng)供配電系統(tǒng)經(jīng)過電纜連接到發(fā)控通信器上，發(fā)控系統(tǒng)與指控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信也是通過信號傳輸電纜連接到發(fā)控通信器上完成信號傳遞。發(fā)控通信器加電后進(jìn)行設(shè)備自檢、8發(fā)導(dǎo)彈的在位狀態(tài)檢測，通過RS-422異步串行通道實(shí)現(xiàn)與指控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信，接收命令，將發(fā)控執(zhí)行組合的執(zhí)行結(jié)果及過程信息回報(bào)給指控系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測±20V電壓。通過RS-485通信電路實(shí)現(xiàn)與發(fā)控執(zhí)行組合通信，控制發(fā)控執(zhí)行組合響應(yīng)指控系統(tǒng)的命令，實(shí)施對導(dǎo)彈的發(fā)射控制。

發(fā)控通信器由一塊發(fā)控通信電路板、箱體及各接口連接器組成。發(fā)控通信電路板內(nèi)包含電源轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測電路、微處理器控制電路、RS-422A通信電路、RS-485通信電路、JTAG接口電路。發(fā)控通信器原理見圖2。

電源轉(zhuǎn)換電路是將供配電系統(tǒng)的＋20V、－20V、＋5V電壓轉(zhuǎn)換成發(fā)控通信電路板需要的＋12V、－12V、＋3.3V電壓。

電壓檢測電路是將輸入的＋20V、－20V電壓經(jīng)運(yùn)放放大電路后送入微處理器進(jìn)行邏輯解算，判斷電壓值是否在合格供電范圍內(nèi)。

微處理器控制電路是發(fā)控通信板的核心，負(fù)責(zé)處理與指控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信、給發(fā)控執(zhí)行下發(fā)指令及整合發(fā)控執(zhí)行組合的反饋數(shù)據(jù)。微處理器選用應(yīng)用比較廣泛的ARM處理器STM32F103C8T6，設(shè)計(jì)相應(yīng)的外圍電路，完成發(fā)控通信板數(shù)據(jù)處理與通信。

JTAG接口電路接上JTAG仿真器，運(yùn)行仿真軟件[4]，就可以對微處理器STM32F103C8T6芯片進(jìn)行程序燒寫、仿真與調(diào)試。

2.2 發(fā)控執(zhí)行組合

發(fā)控執(zhí)行組合是導(dǎo)彈發(fā)射的執(zhí)行裝置。發(fā)控執(zhí)行組合接收發(fā)控通信器控制命令，給待發(fā)導(dǎo)彈供電，陀螺起轉(zhuǎn)控制，同時控制供氣裝置接通電磁閥給導(dǎo)彈供氣、控制退銷機(jī)構(gòu)電機(jī)動作給導(dǎo)彈退銷或擋彈銷復(fù)位，進(jìn)行導(dǎo)彈目標(biāo)信號分析、導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備和導(dǎo)彈發(fā)射等任務(wù)。發(fā)控系統(tǒng)內(nèi)包含兩套發(fā)控執(zhí)行組合，每套發(fā)控執(zhí)行組合連接4套退銷機(jī)構(gòu)控制4發(fā)裝筒導(dǎo)彈。每套發(fā)控執(zhí)行組合安裝在一個導(dǎo)彈托架上。

圖3 發(fā)控執(zhí)行組合組成圖Fig.3 Composition diagram of the control execution composition

每套發(fā)控執(zhí)行組合由一塊控制組合電路板、4套信息處理電路板、各接口連接器及箱體組成。發(fā)控執(zhí)行組合內(nèi)部組成框圖見圖3。

工作時，發(fā)控執(zhí)行組合接收發(fā)控通信器控制命令，控制組合電路板對彈在位信號進(jìn)行檢測，當(dāng)接受到備選導(dǎo)彈供電供氣指令后，控制組合電路板給備選導(dǎo)彈供電，信息處理電路板的陀螺起轉(zhuǎn)控制電路完成導(dǎo)彈陀螺起轉(zhuǎn)工作，當(dāng)陀螺達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)速，停止陀螺起轉(zhuǎn)控制電路工作；信息處理電路板的信息處理電路完成裝筒導(dǎo)彈截獲目標(biāo)和信息信號、位標(biāo)信號的處理，并發(fā)出導(dǎo)彈發(fā)射信號，完成導(dǎo)彈發(fā)射。

2.3 導(dǎo)彈托架

導(dǎo)彈托架分為左右兩個導(dǎo)彈托架，每個托架用于承載4枚裝筒導(dǎo)彈、4個供氣裝置、一套發(fā)控執(zhí)行組合及其4套退銷機(jī)構(gòu)。

2.4 導(dǎo)彈供氣裝置設(shè)計(jì)

導(dǎo)彈供氣裝置主要由獨(dú)立氣瓶、快速閥、電磁閥和壓力報(bào)警傳感器組成。供氣裝置安裝在導(dǎo)彈托架上，每個氣瓶可獨(dú)立拆卸，可通過氣瓶安裝位置的調(diào)節(jié)，調(diào)整導(dǎo)彈托架的重心位置。

2.5 退銷機(jī)構(gòu)

退銷機(jī)構(gòu)分別安裝在導(dǎo)彈托架上，用于裝筒導(dǎo)彈電氣、機(jī)械連接和擋彈銷退出。退銷機(jī)構(gòu)與裝筒導(dǎo)彈的機(jī)械連接和電氣連接形式與發(fā)射機(jī)構(gòu)一致。退銷時退銷機(jī)構(gòu)采用蝸輪、蝸桿機(jī)構(gòu)及電機(jī)動作進(jìn)行退銷。退擋彈銷采用直流電機(jī)控制方式，發(fā)控執(zhí)行組合中控制組合電路板的繼電器控制電機(jī)供電，電機(jī)轉(zhuǎn)動使擋彈銷退出，彈銷退出，位置傳感器提供擋彈銷退出反饋指令。擋彈銷復(fù)位時，控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動，擋彈銷復(fù)位，位置傳感器提供彈銷復(fù)位反饋指令。

圖4 發(fā)控系統(tǒng)軟件主要工作流程圖Fig.4 Control system software main working flow chart

3 軟件設(shè)計(jì)

發(fā)控系統(tǒng)軟件嵌入在微處理器內(nèi)可編程存儲器中，屬于嵌入式實(shí)時控制軟件。發(fā)控系統(tǒng)執(zhí)行指控系統(tǒng)的指令，發(fā)控系統(tǒng)軟件主要功能是：初始檢測、執(zhí)行選彈命令，對導(dǎo)彈供電供氣控制、給出解鎖指令，同時將供電供氣及解鎖狀態(tài)回報(bào)給指控系統(tǒng)，滿足發(fā)射條件后將導(dǎo)彈準(zhǔn)備好信息反饋給指控系統(tǒng)，收到發(fā)射指令后執(zhí)行導(dǎo)彈發(fā)射。發(fā)控系統(tǒng)軟件主要工作流程見圖4。

4 結(jié)束語

發(fā)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否符合研制任務(wù)要求，能否將導(dǎo)彈安全可靠發(fā)射出去需要通過試驗(yàn)驗(yàn)證。而通過跟飛試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)控系統(tǒng)工作可靠，與武器裝備上其它分系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了便攜式防空導(dǎo)彈在某近程車載武器系統(tǒng)上安全無誤發(fā)射。