多引信協同起爆用多路裝定系統(tǒng)設計及反饋

張大猛，李豪杰，李長生

(南京理工大學 機械工程學院， 南京 210094)

【信息科學與控制工程】

多引信協同起爆用多路裝定系統(tǒng)設計及反饋

張大猛，李豪杰，李長生

(南京理工大學 機械工程學院， 南京 210094)

針對多管武器系統(tǒng)近程攔截對多引信協同起爆的需求，提出了多路裝定系統(tǒng)及反饋實現方案，通過多個裝定支路對多發(fā)引信進行裝定，完成了多路裝定系統(tǒng)和裝定反饋模塊的軟件和硬件設計，通過數據編碼設計和流程設計實現裝定系統(tǒng)對多路裝定信息的識別與反饋。試驗表明，多路裝定系統(tǒng)可滿足裝定速率、多引信協同起爆控制的裝定要求，且各裝定支路互不干擾。

引信；多路裝定系統(tǒng)；編碼；反饋模塊

在現代信息化作戰(zhàn)中，火炮可依靠火控系統(tǒng)信息，通過裝定器在發(fā)射前或發(fā)射過程中對引信進行供能以及炮目距離、彈丸飛行時間以及初速等相關數據的裝定，使彈丸按照作戰(zhàn)要求精確起爆。在近程攔截作戰(zhàn)中，利用多管武器系統(tǒng)發(fā)射彈藥，多枚彈丸形成彈幕實現對敵方目標攔截和摧毀[1]。對于多管火炮多發(fā)齊射或連射作戰(zhàn)，需要多個引信同時接收火控系統(tǒng)提供的信息，協同對彈丸進行控制，使彈丸在預定位置同步起爆形成彈幕進行有效攔截。

裝定器是實現火控系統(tǒng)與引信數據鏈傳輸的中繼裝置，保障裝定過程安全靠。杜軍等[2]提出了間斷供能的引信裝定數據雙向傳輸方法，實現裝定數據反向傳輸并提高了裝定信息反向傳輸階段的能量利用率；周曉東等[3]提出了一種基于副線圈的引信感應裝定器反饋通道設計方案，將反饋通道置于裝定器內，使裝定器形成獨立的閉環(huán)系統(tǒng)?，F有裝定技術一般是一個裝定器對單一引信進行信息裝定，并接收引信的反饋信息，無法同時對多引信裝定或在一定時間內對引信裝定的數量有限。對于需要預定時間內發(fā)射多枚彈藥的多管火炮來說，傳統(tǒng)的裝定器不能夠滿足一個裝定器對多個裝定器的信息裝定的需求，而且多引信在較短時間內給裝定器發(fā)送反饋數據，會造成引信反饋信息混淆，使火控系統(tǒng)不能分別判斷各個引信裝定成功與否，造成引信裝定失效。本文提出了一種基于多引信協同起爆控制的多路裝定系統(tǒng)及其對應的反饋實現方法，能夠在預定時間內依次對多個引信進行數據裝定，滿足裝定速率和信息反饋的可靠性要求；且火控有效接收引信的裝定反饋結果，實現火控系統(tǒng)與多發(fā)引信之間的信息交互[4]。

1 多引信協同起爆的多路裝定系統(tǒng)的組成

1.1 單個裝定支路的工作原理

多路裝定系統(tǒng)具有多個裝定支路。每個裝定支路由主控制器、裝定輸出模塊和電源接口組成，如圖1所示。每個裝定支路都可以通過串行通訊接口接收火控計算機發(fā)送的數據。支路主控制器通過識別裝定信息，將經過計算、編碼、調制后的裝定信息傳輸給引信；引信收到裝定數據之后，進行解調、譯碼、傳輸等處理，并將裝定結果反饋給裝定支路，實現裝定支路與引信之間的信息傳遞[5]。

圖1 單個裝定支路的結構組成

1.2 多路裝定系統(tǒng)設計方案

多路裝定系統(tǒng)基于數據總線上的火控系統(tǒng)信息，進行裝定信息識別，并將裝定信息發(fā)送給相應的引信，裝定結果發(fā)送給反饋模塊，各路發(fā)送結束后，一起反饋各引信裝定結果給火控系統(tǒng)。多路裝定系統(tǒng)組成包括火控通信模塊、電源接口模塊、反饋模塊以及裝定模塊(以20個裝定支路為例)，如圖2所示。

多路裝定系統(tǒng)將火控計算機與引信建立起信息通道，其中火控通訊模塊與火控系統(tǒng)總線相接，火控通訊模塊將RS-422信號轉變?yōu)閁ART串行接口能夠識別的信號；電源接口模塊與供電電源相連對整個系統(tǒng)進行供電。裝定模塊由多個相對獨立的裝定支路組成，其電路結構如圖1所示。

為避免裝定支路發(fā)送給火控計算機反饋數據混淆，在系統(tǒng)中設計了反饋模塊。每個裝定支路在給其對應的引信裝定之后，接收引信的反饋信息[6]。各個裝定支路通過置位引腳與反饋模塊對應的各個引腳依次連接，實現反饋信號與各路引信的對應識別。在火控系統(tǒng)給全部裝定支路發(fā)送完數據后，反饋模塊讀取各個裝定支路置位引腳電平，裝定成功引腳電平為高，反之為低。最后反饋模塊將引腳電平讀取結果通過串行總線傳送給火控系統(tǒng)，進而得到每路引信的裝定結果。

圖2 多路裝定系統(tǒng)結構組成

2 多路裝定系統(tǒng)的設計及反饋實現

2.1 裝定支路編號及數據編碼設計

設計多路裝定系統(tǒng)時，各個裝定支路相對獨立，利用RS-422串行總線差分傳輸的特點，各裝定支路共用RS-422串行接口，用于裝定支路接收火控發(fā)送的數據信息。每個支路獨立供電，實現對多引信的獨立裝定。這樣即使在某一支路裝定出現問題時，也不會影響其他支路正常工作，保證系統(tǒng)工作的可靠性和安全性。

火控系統(tǒng)計算機給裝定支路傳輸數據信息時，通過除引信所需信息外增加編碼位區(qū)別各裝定支路信息，只有數據包中的數據信息符合支路本身的編號時，該支路才接收該數據包中的裝定數據。

為了區(qū)分不同的裝定支路，對每個支路進行編號1、2、3……20。在火控給每個裝定支路發(fā)送的數據包中，前兩個字節(jié)為開始標志，第三個字節(jié)為裝定支路的編號，如支路的編號為5，設開始標志為7E、02，則數據包的前三位為7E、02、05。硬件設計中，通過外接電阻調整，將每一個裝定支路主控制器的5個空閑引腳(如圖3之1、0、1、0、0)電平置高或者置低，結合軟件設計，實現每個支路的編號。支路編號為5時，將R1、R5電阻焊上，R4、R8、R10電阻焊上(圖中不焊的畫成虛線)，再通過匯編程序讀取這幾個引腳的電平，即可確定該支路編號為5。只有當數據包中的第3個字節(jié)為05時，該裝定支路才會接收該數據包的全部數據。

為識別多路裝定的結束，裝定數據包還有1字節(jié)的結束標志(其值設為11)，當結束標志出現后，反饋模塊將各路裝定結果一并反饋給火控系統(tǒng)。數據包數據結構如表1所示。

圖3 裝定支路編號電路原理圖

開始標志字節(jié)7E 02裝定支路編號00～14給引信裝定的數據XXXXXXXXXX結束標志11校驗和00～FF

2.2多路裝定系統(tǒng)反饋模塊及編碼設計

反饋模塊由電源模塊、串行通訊接口模塊和主控制器模塊三部分組成，其結構原理如圖4。其中，電源模塊接入裝定系統(tǒng)的供電電源，電壓經過電源芯片轉換成主控制器所需的電壓值；串行接口模塊的電路與裝定系統(tǒng)的火控通訊接口相同，兩者并聯實現與火控計算機的數據傳輸；主控制器模塊接收火控系統(tǒng)發(fā)送的裝定信息，通過結束標志位判斷裝定數據是否結束，延時一段時間后讀取每個支路的裝定結果，最后通過串行總線向火控系統(tǒng)發(fā)送引信的裝定結果。另外，為了提高計時精度和準確性，采用外部振蕩電路[7]。

圖4 反饋模塊的結構原理

火控系統(tǒng)給裝定支路發(fā)送數據時，反饋模塊也在接收火控系統(tǒng)發(fā)送的數據，當檢測到結束標志字節(jié)(值為11)時，則以此為計時起點延時一定的時間。延時結束后，反饋模塊通過程序讀取已給引信裝定的每個支路的置位引腳電平，最后將引腳電平讀取結果傳送給火控系統(tǒng)計算機[8]。每個裝定支路已有自身的編號，反饋模塊給火控反饋的數據按支路編號，支路編號高的在前，低的在后，開頭兩個字節(jié)為開始標志，最后一位字節(jié)為前面所有字節(jié)的校驗和。在沒有給引信裝定或裝定失敗時，反饋模塊給火控系統(tǒng)反饋引信裝定結果均為0，若給引信裝定成功則反饋結果為1。若有20個支路，沒有接引信時火控系統(tǒng)得到的反饋數據如表2所示。

表2 反饋模塊給火控系統(tǒng)發(fā)送的數據信息

2.3多路裝定系統(tǒng)反饋模塊的軟件設計

反饋模塊的程序分為主程序和中斷程序兩個部分。主程序在單片機上電之后，開中斷允許位、串口中斷允許位，延時結束后讀取支路的裝定結果，將讀取的數據發(fā)送給火控系統(tǒng)的計算機[9]，主程序的流程圖如圖5。

圖5 反饋模塊主程序流程

中斷程序包括接收中斷和發(fā)送中斷，如圖6所示。當主程序運行時，接收中斷標志位置一時進入接收中斷。將通訊標志低字節(jié)寄存器的值存入高字節(jié)寄存器，將SBUF0的值存入低字節(jié)寄存器，判斷是否接收到通信開始標志，然后判斷接收計數器的值。當接收計數器的值等于1時，確定將要接收數據的個數，將SBUF0的值寫進校驗寄存器，初始化數據接收指針；當接收計數器的值≥2時，判斷數據包中是否有接收結束標志。若接收到結束標志字節(jié)，將接收結束標志位置1，并且作接收數據的校驗和，最后出棧，結束接收中斷。

在主程序中讀取裝定支路的置位引腳電平之后，將發(fā)送通信標志的高字節(jié)(設為E7)賦給SBUF0，發(fā)送中斷開始標志位置一進入發(fā)送中斷。發(fā)送計數器的值加1之后進行判斷。當發(fā)送計數器的值等于1時，繼續(xù)發(fā)送通信標志低字節(jié)(設為03)；當≥2時，發(fā)送反饋模塊讀取的裝定結果；當發(fā)送計數器的值等于6時，發(fā)送前面所發(fā)送的所有字節(jié)數據的校驗和。最后出棧，結束發(fā)送中斷。

圖6 反饋模塊串行中斷程序流程

3 系統(tǒng)調試與性能分析

如圖7所示，模擬火控系統(tǒng)通過裝定支路給引信裝定時，用示波器連到裝定支路的輸出線纜，測得前段波形是支路給引信裝定的數據，包含1個同步位、5個8位信息量；后面波形為引信給裝定支路的反饋信息，包含1個同步位、8個數據位，裝定和反饋數據總長度為50位，如圖8所示。在6.85 kbps數據速率下傳輸時間為7.5 ms。計入裝定和反饋間過渡時間約1 ms，

則完成一次裝定和反饋所需時間為8.5 ms，滿足裝定速率的要求[10]。

給引信裝定結束后模擬火控的接收，當結束標志字節(jié)為00時，沒有反饋信息，表明火控計算機還在繼續(xù)發(fā)送裝定數據；1號裝定支路對引信進行裝定，裝定成功且反饋數據也正常；2號裝定支路先給引信裝定，再讓6號裝定支路對引信進行裝定，反饋結果如表3所示。

圖7 多路裝定系統(tǒng)PCB板連接圖

圖8 裝定支路與引信之間的信息傳輸波形

支路編號火控系統(tǒng)給裝定支路發(fā)送的數據包火控系統(tǒng)收到的反饋信息027E02023CBC02D00700D3017E02013CBC02D00711E3E703F00001DB067E02063CBC02D00711E8E703F00022FC

調試結果顯示，將任意裝定支路接入系統(tǒng)電路，模擬火控系統(tǒng)發(fā)送裝定數據，引信均能夠有效裝定，且反饋信息正確，火控系統(tǒng)能夠準確掌握每一支路的裝定結果，且各支路之間互不影響，工作穩(wěn)定。

4 結論

作者掌握了多路裝定系統(tǒng)的組成、功能及關鍵技術，進行了多路裝定系統(tǒng)裝定支路的編號編碼方式、反饋模塊的硬件和軟件設計，模擬了火控計算機對多路裝定系統(tǒng)數據發(fā)送與接收的在線調試，說明所設計的裝定支路能夠迅速給引信正確裝定，火控系統(tǒng)接收反饋正常，反應靈活。各個裝定支路能夠相互獨立工作，一條支路裝定出現故障不會影響其他支路正常工作，可避免反饋結果混淆，能夠滿足多路裝定的裝定速率和多引信協同起爆控制的裝定需求。

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DesignandFeedbackMethodofMulti-ChannelSettingSystemforMultipleFuzeCooperativeDetonationInitiation

ZHANG Dameng, LI Haojie, LI Changsheng

(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)

In order to meet the needs of multi-fuze cooperative detonation initiation for multiple weapon system short-range interception, a scheme of multi-channel setting system and feedback is proposed and designed. Multiple fuze is set by multiple setting branches. The hardware and software of the multi-channel setting system and the feedback module is designed, and the identification and feedback of the multi-channel setting’s information is realized through the data coding and process design. The experimental results show that the multi-channel setting system can meet the requirements of setting rate and multiple fuze cooperative detonation control, and every setting branch doesn’t interfere with each other.

fuze; multi-channel setting system; code; feedback module

2017-06-15；

2017-06-30

張大猛(1991—)，男，碩士，主要從事探測制導與控制研究。

10.11809/scbgxb2017.10.029

本文引用格式：張大猛，李豪杰，李長生.多引信協同起爆用多路裝定系統(tǒng)設計及反饋[J].兵器裝備工程學報，2017(10):142-146.

formatZHANG Dameng, LI Haojie, LI Changsheng.Design and Feedback Method of Multi-Channel Setting System for Multiple Fuze Cooperative Detonation Initiation[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(10):142-146.

TJ43

A

2096-2304(2017)10-0142-05

(責任編輯楊繼森)