程蒙蒙 高懷平 涂遠(yuǎn)欣 馬培娜

摘要：通過(guò)對(duì)某型導(dǎo)彈導(dǎo)引頭輸出指令組件的工作原理分析和研究，掌握了輸出指令組件傳遞函數(shù)Ω參數(shù)故障發(fā)生原因及其機(jī)理，建立了故障樹(shù)；為了解決輸出指令組件輸出數(shù)據(jù)無(wú)法直接讀取的困難，利用Arduino控制芯片、穩(wěn)壓集成電路等器件搭建了輸出指令組件自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，完成了輸出指令組件相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與分析，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出指令組件傳遞函數(shù)不合格修理。

關(guān)鍵詞：傳遞函數(shù)；測(cè)試平臺(tái)；故障分析

Keywords：transfer function；testing platform；fault analysis

0 引言

某型導(dǎo)彈為進(jìn)口型空空導(dǎo)彈，用于殲擊機(jī)在空戰(zhàn)近距離格斗時(shí)攻擊敵機(jī)，并具有對(duì)地面熱目標(biāo)的攻擊能力，能夠全向攻擊目標(biāo)和近距離發(fā)射，在晝夜、云霧中和有干擾條件下均可戰(zhàn)斗使用[1]。該型導(dǎo)彈導(dǎo)引頭輸出指令組件主要負(fù)責(zé)處理、生成控制舵面偏轉(zhuǎn)的視線角速度信號(hào)，根據(jù)指令調(diào)整信號(hào)的放大倍率，還能實(shí)現(xiàn)偏角補(bǔ)償、超前偏置以及基準(zhǔn)信號(hào)整形功能，對(duì)導(dǎo)彈跟蹤目標(biāo)起著重要作用。該型導(dǎo)彈導(dǎo)引頭日常修理過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)輸出指令組件傳遞函數(shù)Ω不合格時(shí)，由于缺少輸出指令組件測(cè)試設(shè)備，無(wú)法對(duì)故障組件進(jìn)行直接測(cè)試、修復(fù)，通常采取換備件的方式修理，修理成本較高。為了解決這一問(wèn)題，需要對(duì)輸出指令組件進(jìn)行研究并搭建測(cè)試平臺(tái)，以最終形成對(duì)輸出指令組件傳遞函數(shù)故障的修復(fù)能力。

1 原理分析

輸出指令組件傳遞函數(shù)Ω（視線角速度信號(hào)）是導(dǎo)引頭輸出指令組件核心參數(shù)[2]。輸出指令組件負(fù)責(zé)處理、生成控制舵面偏轉(zhuǎn)的視線角速度信號(hào)Ω1、Ω2，根據(jù)指令調(diào)整Ω信號(hào)的放大倍率并綜合偏角補(bǔ)償和超前偏置，負(fù)責(zé)極坐標(biāo)角速度Ωпол信號(hào)的輸出以及基準(zhǔn)信號(hào)整形等功能。輸出指令組件的工作原理圖如圖1所示。輸入陀螺線包感應(yīng)的偏轉(zhuǎn)信號(hào)、框架角信號(hào)，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償電路形成極坐標(biāo)形式的視線角速度信號(hào)；視線角速度信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)配合解調(diào)出極坐標(biāo)形式的視線角速度信號(hào)Ω1和Ω2；載機(jī)根據(jù)初始條件形成的指令經(jīng)指令和系數(shù)形成裝置，變成K1、K3、K4指令送導(dǎo)引頭。K1、K3、K4指令影響Ω1和Ω2信號(hào)的放大比例系數(shù)；近區(qū)電路的相關(guān)指令控制K指令封鎖電路和超前偏置電路。其工作原理可分為三個(gè)模塊。

1）Ω信號(hào)測(cè)試原理

極坐標(biāo)形式的角速度信號(hào)Ωf2輸入組件，經(jīng)過(guò)Φ角補(bǔ)償電路與框架角Φрам補(bǔ)償融合；經(jīng)過(guò)K指令比例放大電路進(jìn)行放大；放大后的極坐標(biāo)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)共同作用，解調(diào)成直角坐標(biāo)形式的視線角速度信號(hào)Ω1、Ω2。當(dāng)超前偏置電路起作用時(shí)，框架角ΦГ會(huì)通過(guò)解調(diào)電路中的加法器影響Ω1、Ω2信號(hào)幅值。

2）極坐標(biāo)角速度信號(hào)測(cè)試原理

極坐標(biāo)形式的角速度信號(hào)Ωf2信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器N6進(jìn)行半波整流后，經(jīng)過(guò)濾波和跟隨器形成Ωпол1輸出。Ωпол1經(jīng)過(guò)受邏輯開(kāi)關(guān)控制的運(yùn)放N5后形成Ωпол2信號(hào)。

3）基準(zhǔn)信號(hào)測(cè)試原理

方波形式的基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)入輸出指令組件，經(jīng)過(guò)整形電路形成正弦波形式從20和21腳輸出。這兩個(gè)通道的正弦波再經(jīng)過(guò)比較器形成一定占空比的方波，從17和19腳輸出。

2 信號(hào)分析

載機(jī)根據(jù)初始條件形成的指令經(jīng)指令和系數(shù)形成裝置，變成K1、K3、K4指令送導(dǎo)引頭。K指令控制視線角速度信號(hào)Ω的最大值，分別有K1、K2、K3、K4四種狀態(tài)（其中K2為初始狀態(tài)）。Ω有兩個(gè)通道Ω1、Ω2。采集的參數(shù)為K2指令下，直角坐標(biāo)形式的視線角速度信號(hào)Ω1、Ω2；K1指令下，直角坐標(biāo)形式的視線角速度信號(hào)Ω1、Ω2；K3指令下，直角坐標(biāo)形式的視線角速度信號(hào)Ω1、Ω2；K4指令下，直角坐標(biāo)形式的視線角速度信號(hào)Ω1、Ω2。8個(gè)參數(shù)形成信號(hào)的電路部分全在導(dǎo)引頭輸出指令組件中。

依據(jù)輸出指令組件電路及原理分析，輸出指令組件所需電源為±12V電源，所需信號(hào)為Ωf2信號(hào)、基準(zhǔn)信號(hào)（Фон1和Фон2）、導(dǎo)彈偏轉(zhuǎn)信號(hào)CM、邏輯電平α*、控制指令Tупр、位標(biāo)器偏轉(zhuǎn)信號(hào)ΦГ和框架角Φрам。其中，依據(jù)某型導(dǎo)彈導(dǎo)引頭測(cè)試參數(shù)，選擇Ωf2信號(hào)為峰峰值5V、基波頻率100Hz、調(diào)制頻率1Hz的AM調(diào)制信號(hào)；ΦOH1、ΦOH2信號(hào)為峰峰值20V、頻率100Hz的方波信號(hào)；控制指令Tупр為27V電壓；導(dǎo)彈偏轉(zhuǎn)信號(hào)CM和邏輯電平α*為12V電壓；位標(biāo)器偏轉(zhuǎn)信號(hào)ΦГ為5V電壓；框架角Φрам為12V電壓。

3 測(cè)試平臺(tái)研制與數(shù)據(jù)采集

輸出指令組件是某型導(dǎo)彈導(dǎo)引頭電子組件組成之一，與之相關(guān)的測(cè)試參數(shù)通過(guò)導(dǎo)引頭測(cè)試臺(tái)采集。由于無(wú)法對(duì)輸出指令組件進(jìn)行直接測(cè)試，制約了輸出指令組件的修理，現(xiàn)根據(jù)輸出指令的原理分析以及信號(hào)機(jī)理分析，研制輸出指令自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，以解決輸出指令組件的測(cè)試難題。

3.1 測(cè)試平臺(tái)研制

輸出指令組件測(cè)試平臺(tái)如圖2所示，主要由arduino控制芯片、顯示屏、穩(wěn)壓集成電路、繼電器等組成。輸出指令組件通過(guò)巨型連接器與測(cè)試平臺(tái)連接。該平臺(tái)采用arduino控制芯片對(duì)測(cè)試程序和功能進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了繼電器控制、數(shù)字量輸出和模擬量采集，滿足輸出指令組件所有信號(hào)的輸入、輸出、通斷與延時(shí)。配合顯示屏實(shí)現(xiàn)了示波器和數(shù)據(jù)顯示功能。必要時(shí)可外接信號(hào)發(fā)生器、示波器以對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行測(cè)試。輸出指令組件的整個(gè)測(cè)試程序可以通過(guò)該測(cè)試平臺(tái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制測(cè)試程序的中斷。輸出指令組件測(cè)試平臺(tái)工作原理如圖3所示。

3.2 信號(hào)采集

無(wú)外部補(bǔ)償和超前偏置時(shí)，測(cè)試K指令比例放大系數(shù)對(duì)Ω1、Ω2信號(hào)的影響。

給組件供±12V電源及接地。按第2節(jié)給出的條件加入Ωf2信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)。Φрам1、Φрам2、Φ1Г、Φ2Г四路信號(hào)接地，CM、α*腳接12V電壓。初始狀態(tài)時(shí)為K2狀態(tài)，測(cè)試平臺(tái)采集Ω1、Ω2幅值波形圖，如圖4所示。

將3腳接27V電壓，此時(shí)為K1狀態(tài)，測(cè)試平臺(tái)采集Ω1、Ω2幅值波形圖，如圖5所示。

將4腳接27V電壓，此時(shí)為K3狀態(tài)，測(cè)試平臺(tái)采集Ω1、Ω2幅值波形圖，如圖6所示。

將7腳接27V電壓，此時(shí)為K4狀態(tài)，測(cè)試平臺(tái)采集Ω1、Ω2幅值波形圖，如圖7所示。

通過(guò)上述信號(hào)采集可以看出四種狀態(tài)下兩個(gè)通道的波形與幅值。通過(guò)對(duì)故障組件的信號(hào)采集，故障情況可以分為以下幾種類型：四種狀態(tài)下兩個(gè)通道故障，即K1、K2、K3、K4 狀態(tài)下Ω1、Ω2通道信號(hào)波形或幅值故障；四種狀態(tài)下某一通道故障，即K1、K2、K3、K4 狀態(tài)下Ω1通道信號(hào)波形或幅值故障，K1、K2、K3、K4 狀態(tài)下Ω2通道信號(hào)波形或幅值故障；某一狀態(tài)下兩個(gè)通道故障，即K1（K2、K3、K4）狀態(tài)下Ω1、Ω2通道信號(hào)波形或幅值故障。

4 故障情況

4.1 故障樹(shù)

通過(guò)對(duì)影響導(dǎo)彈輸出指令組件傳遞函數(shù)Ω信號(hào)不合格的相關(guān)因素進(jìn)行分析，建立導(dǎo)彈傳遞函數(shù)Ω測(cè)試不合格故障樹(shù)，如圖8所示。

根據(jù)故障樹(shù)分析可知，導(dǎo)彈傳遞函數(shù)Ω信號(hào)三種故障模式所對(duì)應(yīng)的不合格因素有輸出指令組件電路故障和輸出指令組件輸入信號(hào)故障兩大因素，其中，電路故障可能為補(bǔ)償電路故障、限幅放大電路故障、解調(diào)電路故障、濾波電路故障。

4.2 故障分析

對(duì)于四種狀態(tài)下兩個(gè)通道故障，主要故障因素為補(bǔ)償電路故障、限幅放大電路故障、輸入信號(hào)故障。補(bǔ)償電路主要是Φ角補(bǔ)償電路與框架角Φрам補(bǔ)償，在各種角度下保持視線角速度的真實(shí)和穩(wěn)定，電路中三角波發(fā)生器、模擬開(kāi)關(guān)、電阻故障率較高；另外補(bǔ)償電路中涉及三路信號(hào)（角速度信號(hào)Ωf2、陀螺轉(zhuǎn)子與定子間夾角Фвн、平臺(tái)框架的偏轉(zhuǎn)角信號(hào)Фрам1、Фрам2）輸入，所以四種狀態(tài)下兩個(gè)通道故障與角速度信號(hào)Ωf2、陀螺轉(zhuǎn)子與定子間夾角Фвн、平臺(tái)框架的偏轉(zhuǎn)角信號(hào)Фрам1、Фрам2有關(guān)。又由于極坐標(biāo)形式的角速度信號(hào)Ωf2由陀螺旋轉(zhuǎn)組件提供給輸出指令組件，陀螺轉(zhuǎn)子與定子間夾角Фвн由陀螺位置與定子軸之間的誤差角產(chǎn)生，平臺(tái)框架的偏轉(zhuǎn)角信號(hào)Φрам1、Φрам2由位標(biāo)器框架偏轉(zhuǎn)生成，所以四種狀態(tài)下兩個(gè)通道故障也與位標(biāo)器框架、位標(biāo)器陀螺、位標(biāo)器線包和陀螺旋轉(zhuǎn)組件有關(guān)。限幅放大電路是按照不同的比例系數(shù)K（K1、K2、K3、K4）進(jìn)行放大，先放大后縮小，比例值不同。該電路中運(yùn)算放大器、模擬開(kāi)關(guān)故障率較高。

四種狀態(tài)下某一通道故障的相關(guān)因素為解調(diào)電路故障和濾波電路故障，解調(diào)電路是將極坐標(biāo)形式視線角速度信號(hào)解調(diào)成直角坐標(biāo)形式的視線角速度信號(hào)，該電路中運(yùn)算放大器、模擬開(kāi)關(guān)故障率較高。另外，解調(diào)電路有基準(zhǔn)信號(hào)輸入，所以基準(zhǔn)信號(hào)對(duì)四種狀態(tài)下某一通道故障存在影響?；鶞?zhǔn)信號(hào)由陀螺旋轉(zhuǎn)組件產(chǎn)生，如果陀螺旋轉(zhuǎn)組件故障，會(huì)影響基準(zhǔn)信號(hào)的生成，對(duì)導(dǎo)彈傳遞函數(shù)視線角速度Ω也存在影響。濾波電路主要是濾除高頻分量，該電路中電容、運(yùn)算放大器、電容故障率較高。

某一狀態(tài)下兩個(gè)通道故障相關(guān)因素為限幅放大電路故障，針對(duì)具體某一狀態(tài)，排查與之對(duì)應(yīng)的模擬開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器。

5 故障排除

該型導(dǎo)彈某一故障表現(xiàn)為K2指令下Ω2通道信號(hào)波形不合格，K1指令下Ω2通道信號(hào)波形不合格，K3指令下Ω2通道信號(hào)波形不合格，K4指令下Ω2通道信號(hào)波形不合格。從上述參數(shù)定義可以看出，各指令下Ω2信號(hào)輸出波形不合格，即四種狀態(tài)下某一通道故障。該故障的相關(guān)因素為解調(diào)電路故障和濾波電路故障，或者基準(zhǔn)信號(hào)故障。

對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)（Фон1、Фон2）進(jìn)行排查，測(cè)得Фон1、Фон2信號(hào)是峰峰值為20V、頻率為100Hz的方波信號(hào)，基準(zhǔn)信號(hào)（Фон1、Фон2）合格。對(duì)解調(diào)電路進(jìn)行排查，在Ω2信號(hào)輸出波形測(cè)試條件下，使用示波器測(cè)量解調(diào)電路中運(yùn)放1N16的輸入端（見(jiàn)圖9），4腳輸入端輸入波形合格，6腳輸入波形不合格；測(cè)量圖號(hào)為1S2A的模擬開(kāi)關(guān)的1腳輸出端， 1腳波形不合格。由此可以判斷，1S2A模擬開(kāi)關(guān)故障，使得Ω2信號(hào)輸出波形測(cè)試不合格。更換模擬開(kāi)關(guān)1S2A后，輸出指令組件測(cè)試合格，導(dǎo)引頭測(cè)試合格。

6 結(jié)束語(yǔ)

以某型導(dǎo)彈導(dǎo)引頭輸出指令組件傳遞函數(shù)Ω參數(shù)故障為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了輸出指令組件自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)對(duì)相關(guān)信號(hào)采集及理論分析，對(duì)導(dǎo)引頭輸出指令組件傳遞函數(shù)Ω參數(shù)影響因素進(jìn)行逐一研究，并建立了故障樹(shù)，最終實(shí)現(xiàn)故障定位。通過(guò)文中的研究方法，解決了該型產(chǎn)品的修理瓶頸，提高了該型導(dǎo)彈導(dǎo)引頭輸出指令組件的排故效率，節(jié)約了修理成本。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭志偉.空空導(dǎo)彈系統(tǒng)概論[M].北京：兵器工業(yè)出版社出版，1997.

[2]吳晗平.紅外搜索系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

作者簡(jiǎn)介

程蒙蒙，工程師，主要從事導(dǎo)彈修理及導(dǎo)彈測(cè)試機(jī)理研究。