黎安兵 郭頌

摘 要：本文以半實物仿真系統(tǒng)為研究對象，通過研究其工作原理，研究實現(xiàn)半實物仿真系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺的角位置參數(shù)、角速率參數(shù)校準(zhǔn)，以及目標(biāo)信號模擬器的位置參數(shù)的校準(zhǔn)方法，并開發(fā)基于VC++軟件平臺的半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準(zhǔn)軟件，采用無線通訊技術(shù)，實現(xiàn)半實物仿真系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)缴衔粰C上進行數(shù)據(jù)處理，最終實現(xiàn)半實物仿真三軸轉(zhuǎn)臺的自動化校準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)臺;角位置;角速率;目標(biāo)信號模擬器

中圖分類號：TJ765 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0062-02

0 引言

半實物仿真系統(tǒng)，通常置于仿真微波暗室內(nèi)。它用于真實地模擬導(dǎo)彈實際飛行時的各種姿態(tài)，復(fù)現(xiàn)其動力學(xué)特征，考核其制導(dǎo)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的性能，是在導(dǎo)彈飛行試驗之前用來驗證導(dǎo)彈導(dǎo)引頭設(shè)計方案的正確性和考核飛行軟件合理性的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，由仿真計算機建立真實的飛行過程環(huán)境，在試驗室環(huán)境條件下模擬導(dǎo)彈的飛行過程，這種試驗方法是全面考核導(dǎo)彈導(dǎo)引頭性能指標(biāo)的一項十分重要的大型試驗。

正是由于半實物仿真試驗避開了全數(shù)學(xué)仿真的復(fù)雜性和不準(zhǔn)確性，提高了仿真的精度和結(jié)果的可靠性，同時具有安全、高效、經(jīng)濟性和重復(fù)使用等特點。國外已發(fā)展成熟并得到了較好應(yīng)用，做得較好的有美國的陸軍高級仿真中心、英國的BAE試驗室等，都可完成多種型號導(dǎo)彈的仿真，這些試驗室的建立大大推進了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的研制，減低了試驗成本和風(fēng)險，在導(dǎo)彈研制中起著越來越重要的作用。

綜上所述，開展半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準(zhǔn)技術(shù)研究，研建半實物仿真系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置，解決半實物仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、量值統(tǒng)一問題，對有效保障產(chǎn)品科研生產(chǎn)和全壽命周期可靠性，有著非常重要而迫切的現(xiàn)實意義。

1 半實物仿真系統(tǒng)的工作原理

半實物仿真系統(tǒng)，主要由三軸轉(zhuǎn)臺和目標(biāo)信號模擬器（目標(biāo)模擬陣列）組成，如圖1所示，通常置于仿真微波暗室內(nèi)。它用于真實地模擬導(dǎo)彈實際飛行時的各種姿態(tài)，復(fù)現(xiàn)其動力學(xué)特征，考核其制導(dǎo)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的性能，是在導(dǎo)彈飛行試驗之前用來驗證導(dǎo)彈導(dǎo)引頭設(shè)計方案的正確性和考核飛行軟件合理性的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，試驗時將導(dǎo)彈導(dǎo)引頭以實物的形式安放在導(dǎo)彈半實物仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心（如圖1所示），由仿真計算機建立真實的飛行過程環(huán)境，在試驗室環(huán)境條件下模擬導(dǎo)彈的飛行過程，這種試驗方法是全面考核導(dǎo)彈導(dǎo)引頭性能指標(biāo)的一項十分重要的大型試驗。

半實物仿真系統(tǒng)的三軸轉(zhuǎn)臺用來模擬導(dǎo)彈實際飛行過程中的俯仰、偏轉(zhuǎn)和滾動等運動狀態(tài)，考核導(dǎo)引頭的測量系統(tǒng);目標(biāo)模擬陣列用來考核導(dǎo)引頭對目標(biāo)的自動跟蹤性能。

2 半實物仿真系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的設(shè)計

本文以半實物仿真系統(tǒng)為研究對象。校準(zhǔn)裝置主要由三部分組成：

（1）仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)（靜態(tài)參數(shù)）校準(zhǔn)：擬采用新添置的自準(zhǔn)直儀和原有的23面棱體，配備相應(yīng)的測試夾具組成仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)校準(zhǔn)系統(tǒng)。（2）仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角速率參數(shù)（動態(tài)參數(shù)）校準(zhǔn)：擬采用新研制的高精度轉(zhuǎn)臺角運動參數(shù)測量系統(tǒng)，配備相應(yīng)的工裝組成轉(zhuǎn)臺角速率參數(shù)校準(zhǔn)系統(tǒng)。（3）目標(biāo)信號模擬器（目標(biāo)模擬陣列）位置參數(shù)的校準(zhǔn)：采用全站儀，配備相應(yīng)的工裝組成目標(biāo)信號模擬器位置參數(shù)校準(zhǔn)系統(tǒng)。

2.1 仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)的校準(zhǔn)方法

仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)校準(zhǔn)裝置由23面棱體、分辨率為0.1″光電自準(zhǔn)直儀和相應(yīng)的測試夾具組成。

在校準(zhǔn)過程中，首先將自準(zhǔn)直儀對準(zhǔn)23面棱體的第1面，記錄自準(zhǔn)直儀的讀數(shù)，然后根據(jù)23面棱體的角度，被測轉(zhuǎn)臺順時針旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，記錄自準(zhǔn)直儀讀數(shù)，重復(fù)上述操作，直至檢測到棱體的第23面;過行程操作后，再逆時針旋轉(zhuǎn)被測轉(zhuǎn)臺，記錄相應(yīng)的自準(zhǔn)直儀讀數(shù)，最后通過數(shù)據(jù)處理，得到仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角位置參數(shù)的誤差值。

2.2 仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角速率參數(shù)的校準(zhǔn)方法

高精度三軸轉(zhuǎn)臺角速率校準(zhǔn)裝置是整套系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的核心，它通過工裝安裝到半實物仿真系統(tǒng)平臺上，與仿真系統(tǒng)隨動，當(dāng)仿真系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺運動時，時基電路立即開始計時，同時測角裝置記錄角速率校準(zhǔn)裝置轉(zhuǎn)動的角度，通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)記錄和分析數(shù)據(jù)，得到角速率參數(shù)指標(biāo)，與仿真系統(tǒng)輸入的角速率參數(shù)指標(biāo)進行比較，實現(xiàn)對半實物仿真平臺角速率參數(shù)的校準(zhǔn)。仿真系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺角速率參數(shù)校準(zhǔn)裝置主要由測角裝置、時基電路、校準(zhǔn)工裝、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等部分組成。

測角裝置是角速率參數(shù)校準(zhǔn)的關(guān)鍵，它的結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)對整套校準(zhǔn)裝置的有著直接的影響。測角裝置主要由三部分組成，一是圓光柵;二是細分盒;三是計數(shù)接口。細分盒的作用是將光電編碼器輸出的正弦信號經(jīng)過細分，然后轉(zhuǎn)換成方波信號輸出。轉(zhuǎn)換過程如圖2所示。

考慮到三軸轉(zhuǎn)臺仿真系統(tǒng)的速率范圍寬，分辨率高，故選擇一個刻線數(shù)高的光柵，通過更換細分盒來滿足系統(tǒng)不同量程的測試要求。

2.3 目標(biāo)信號模擬器（目標(biāo)模擬陣列）位置參數(shù)的校準(zhǔn)方法

目標(biāo)模擬陣列及陣列饋電系統(tǒng)又稱陣列系統(tǒng)，是地空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭半實物仿真系統(tǒng)的重要組成部分。陣列式目標(biāo)仿真系統(tǒng)采用電路控制的方法來實現(xiàn)目標(biāo)空間角度運動的仿真，目標(biāo)模擬信號是以陣列上相鄰的三個單元輻射的合成信號來表示，相應(yīng)的三個單元按照等邊三角形排列，構(gòu)成一個子陣列，稱為三元組。三元組的輻射信號，通過射頻開關(guān)矩陣的控制，使目標(biāo)模擬信號由一個三元組轉(zhuǎn)移到另一個三元組，從而實現(xiàn)目標(biāo)位置的粗位控制;三元組內(nèi)三個單元的輻射信號，分別通過程控衰減器及移相器，來改變它們之間的相對幅度及相位，從而控制目標(biāo)模擬信號在三元組內(nèi)的精確位置。其原理圖如圖3所示。

由于目標(biāo)模擬陣面是建立在離仿真平臺較大距離和空間的位置，屬于空間大尺寸測量，本文采用全站儀作為主標(biāo)準(zhǔn)器，配以必要的工裝和配套儀器設(shè)備或者采用陣列標(biāo)定與校準(zhǔn)軟件，開展校準(zhǔn)方法的研究，編制校準(zhǔn)軟件，來實現(xiàn)對目標(biāo)陣列的校準(zhǔn)。通過全站儀采集三元組中三個喇叭天線的位置及角度，進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，得到目標(biāo)信號模擬器喇叭天線的角度值，從而實現(xiàn)目標(biāo)信號模擬器的校準(zhǔn)。

2.4 半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準(zhǔn)軟件

基于VC++軟件平臺的頭半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準(zhǔn)軟件。針對現(xiàn)場校準(zhǔn)的特點，研發(fā)實用簡便的現(xiàn)場校準(zhǔn)軟件。校準(zhǔn)軟件通過無線通訊模塊將圓光柵的位置和時基電路的數(shù)據(jù)傳入上位機，通過校準(zhǔn)軟件進行數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)對地空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭半實物仿真系統(tǒng)的校準(zhǔn)。

通過無線通訊模塊，避免測試線在測試時纏繞在被測轉(zhuǎn)臺上，避免高速運行的轉(zhuǎn)臺對測試線的損傷;校準(zhǔn)軟件可對半實物仿真系統(tǒng)進行角位置分析和角速率分析;具有限位報警功能，避免對校準(zhǔn)裝置硬件造成損傷。

3 結(jié)語

本文以半實物仿真系統(tǒng)為研究對象，研究實現(xiàn)半實物仿真系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺的角位置參數(shù)、角速率參數(shù)校準(zhǔn)，以及目標(biāo)信號模擬器的位置參數(shù)的校準(zhǔn)方法，并開發(fā)基于VC++軟件平臺的頭半實物仿真系統(tǒng)現(xiàn)場校準(zhǔn)軟件，采用無線通訊技術(shù)，實現(xiàn)半實物仿真系統(tǒng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)缴衔粰C上進行數(shù)據(jù)處理，最終實現(xiàn)半實物仿真三軸轉(zhuǎn)臺的自動化校準(zhǔn)。

參考文獻

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