一種筒裝導(dǎo)彈無線電引信測(cè)試改進(jìn)方法*

魏保華，范書義，姜會(huì)霞，王 成

（陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)，石家莊 050003）

0 引言

戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)精確打擊的利器，作戰(zhàn)過程中導(dǎo)彈通常由制導(dǎo)控制設(shè)備控制引導(dǎo)飛行，并最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)殺傷，儲(chǔ)存運(yùn)輸過程中導(dǎo)彈則裝入發(fā)射筒或發(fā)射箱內(nèi)。采用發(fā)射筒儲(chǔ)運(yùn)形式的導(dǎo)彈，稱為筒裝導(dǎo)彈。通常，需要對(duì)筒裝導(dǎo)彈及主要部件進(jìn)行定期維護(hù)測(cè)試和發(fā)射前測(cè)試檢查，以確認(rèn)導(dǎo)彈功能完好、性能正常［1］，引信測(cè)試則是筒裝導(dǎo)彈測(cè)試的關(guān)鍵內(nèi)容之一。一些筒裝導(dǎo)彈采用無線電引信，測(cè)試時(shí)需要在引信天線與測(cè)試設(shè)備之間互發(fā)電磁信號(hào)。而發(fā)射筒一般為金屬材質(zhì)，阻隔電磁波信號(hào)的傳播，給無線電引信測(cè)試帶來困難。目前一些筒裝導(dǎo)彈無線電引信測(cè)試的作法是測(cè)試前打開發(fā)射筒，使引信天線暴露出來，以保證測(cè)試過程中引信天線與測(cè)試設(shè)備之間無線電信號(hào)的正常傳播，測(cè)試完成后再重新密封發(fā)射筒。以上作法使得無線電引信測(cè)試過程復(fù)雜化、效率降低，還可能影響導(dǎo)彈可靠性、降低測(cè)試安全性。

針對(duì)上述問題，本文提出一種筒裝導(dǎo)彈無線電引信測(cè)試改進(jìn)方法，旨在實(shí)現(xiàn)不打開發(fā)射筒條件下的測(cè)試，以簡(jiǎn)化過程、提高效率，最大程度地減小測(cè)試過程中的不確定性、不安全性及對(duì)導(dǎo)彈可靠性等方面的不良影響。

1 原測(cè)試方法及問題分析

1.1 筒裝導(dǎo)彈基本構(gòu)造

典型筒裝導(dǎo)彈基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。發(fā)射筒由前蓋、筒體、后蓋等部分構(gòu)成，各部分通過特定裝置連接在一起。發(fā)射筒通常是密封的，并且充有一定壓力的干燥氣體。引信位于導(dǎo)彈前部，處于發(fā)射筒前蓋對(duì)應(yīng)位置。

圖1 典型筒裝導(dǎo)彈基本結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 原測(cè)試方法

對(duì)于圖1 所示的筒裝導(dǎo)彈，原測(cè)試方法需打開發(fā)射筒前蓋，使無線電引信天線露出，其基本連接示意圖如2 所示。

圖2 原測(cè)試方法基本連接示意圖

測(cè)試過程中，測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)施加到筒裝導(dǎo)彈上，使無線電引信啟動(dòng)工作，引信通過其天線向外發(fā)射微波信號(hào)；測(cè)試設(shè)備接收并測(cè)試引信發(fā)射信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的模擬回波激勵(lì)信號(hào)，再通過天線發(fā)射出去；無線電引信接收模擬回波激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)分析處理后形成相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)輸出至測(cè)試設(shè)備。測(cè)試設(shè)備根據(jù)對(duì)響應(yīng)信號(hào)的分析給出無線電引信性能的測(cè)試結(jié)果。不難看出，測(cè)試過程中，打開發(fā)射筒前蓋的主要目的是能夠?qū)崿F(xiàn)無線電引信天線與測(cè)試設(shè)備天線之間無線電信號(hào)的傳播，這是現(xiàn)有方法實(shí)現(xiàn)筒裝導(dǎo)彈無線電引信測(cè)試的前提條件。

具體實(shí)施過程中，測(cè)試前還需要釋放發(fā)射筒內(nèi)氣體、拆卸前蓋；測(cè)試完成后，則需要安裝前蓋，向筒內(nèi)充入滿足壓力要求的干燥氣體，并進(jìn)行氣密性檢查。

1.3 主要問題分析

1）發(fā)射筒前蓋拆裝對(duì)操作員要求較高，且耗時(shí)耗力，加之筒內(nèi)氣體充放及氣密性檢查等有關(guān)工作，使得測(cè)試過程十分繁瑣，需要消耗大量時(shí)間，極大影響測(cè)試效率；2）發(fā)射筒內(nèi)高壓干燥氣體的作用在于為導(dǎo)彈提供適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存運(yùn)輸環(huán)境，前蓋拆除及放氣后，使導(dǎo)彈在測(cè)試過程中脫離原有儲(chǔ)存環(huán)境，影響導(dǎo)彈的儲(chǔ)存可靠性；3）前蓋拆裝還會(huì)對(duì)有關(guān)連接裝置可靠性造成影響，多次拆裝甚至?xí)p壞連接裝置；4）測(cè)試過程中到無線電引信暴露在外，復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)引信及彈上其他電子、火工品部件存在潛在影響，增加不確定性和不安全性。

2 測(cè)試方法改進(jìn)思路與原則

2.1 改進(jìn)思路

針對(duì)筒裝導(dǎo)彈無線電引信測(cè)試主要現(xiàn)有問題，測(cè)試方法改進(jìn)的主要目的是避免發(fā)射筒前蓋的拆裝，基本思路是在不打開發(fā)射筒的條件下，設(shè)法建立引信天線與測(cè)試設(shè)備天線之間無線電信號(hào)的傳輸鏈路。

2.2 改進(jìn)原則

改進(jìn)方法在不打開發(fā)射筒條件下實(shí)現(xiàn)筒裝導(dǎo)彈無線電引信測(cè)試功能的同時(shí)，不能對(duì)筒裝導(dǎo)彈其他性能造成影響，因此，把握以下主要原則：

1）不改變筒裝導(dǎo)彈和測(cè)試設(shè)備主體結(jié)構(gòu)；2）不影響發(fā)射筒的氣密性；3）測(cè)試過程中引信天線與測(cè)試設(shè)備能夠接收到無線電信號(hào)的強(qiáng)度質(zhì)量大致不變；4）盡量削弱測(cè)試過程中發(fā)射筒內(nèi)信號(hào)傳播的多徑效應(yīng)及避免由此造成的不必要干擾。

3 測(cè)試方法改進(jìn)方案與實(shí)現(xiàn)

3.1 總體方案

基于改進(jìn)思路與原則，本文提出一種在筒裝導(dǎo)彈發(fā)射筒內(nèi)壁加裝天線［2］的無線電引信測(cè)試［3-5］改進(jìn)方法，總體方案是：1）在發(fā)射筒前蓋內(nèi)壁與彈上無線電引信天線對(duì)應(yīng)位置加裝天線，外壁預(yù)留插座；2）在前蓋內(nèi)壁加裝天線周圍敷設(shè)吸波材料，吸收無用電磁波，以削弱多徑效應(yīng)；3）設(shè)計(jì)處理電路，通過濾波、放大、增益調(diào)整等處理，使得測(cè)試過程中測(cè)試設(shè)備及引信天線接收到的信號(hào)處于穩(wěn)定可用的水平。

采用上述改進(jìn)方案后，筒裝導(dǎo)彈無線電引信測(cè)試的基本連接如下頁(yè)圖3 所示。

與圖2 對(duì)比，圖3 中筒裝導(dǎo)彈與測(cè)試設(shè)備主體結(jié)構(gòu)未變，測(cè)試過程中不再需要拆裝卸發(fā)射筒前蓋與充放氣，只需連接處理電路與加裝天線之間的傳輸線、處理電路與測(cè)試設(shè)備之間的電纜即可。

圖3 改進(jìn)測(cè)試方法基本連接示意圖

3.2 加裝天線與吸波材料

由于筒裝導(dǎo)彈內(nèi)部空間有限，加裝天線需滿足尺寸小、結(jié)構(gòu)輕巧、裝配靈便等要求，因此，本文采用微帶天線。加裝天線數(shù)量與引信天線數(shù)量一致，工作頻帶覆蓋引信的工作頻率范圍，天線安裝位置處于對(duì)應(yīng)引信天線波束中心與發(fā)射筒內(nèi)壁的交點(diǎn)位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)引信天線發(fā)射信號(hào)的正常接收。各加裝天線波束在能覆蓋對(duì)應(yīng)引信天線的基礎(chǔ)上，盡量控制波束寬度，以減少不必要的輻射范圍。加裝天線在外壁設(shè)置SMA 接口，測(cè)試時(shí)通過同軸傳輸線與處理電路連接，同時(shí)通過對(duì)連接器及其安裝位置進(jìn)行一定的工藝處理，確保發(fā)射筒內(nèi)的氣密性。

吸波材料加裝范圍主要根據(jù)引信天線、加裝天線方向圖及發(fā)射筒內(nèi)壁、彈體結(jié)構(gòu)等因素確定，確保能夠覆蓋引信天線波束在發(fā)射筒內(nèi)壁的投射區(qū)域，以及加裝天線波束經(jīng)發(fā)射筒內(nèi)壁、彈體一次反射后在發(fā)射筒內(nèi)壁的投射區(qū)域，從空間上確保對(duì)無用無線電信號(hào)的吸收。同樣，吸波材料工作頻帶應(yīng)覆蓋引信工作頻率范圍。

3.3 處理電路

處理電路設(shè)計(jì)成與加裝天線數(shù)量一致的多路，各路電路相同，相對(duì)獨(dú)立工作。單路處理電路的原理框圖如圖4 所示。

圖4 處理電路原理框圖

測(cè)試過程中，測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生的有關(guān)激勵(lì)信號(hào)經(jīng)程控衰減器增益調(diào)整使信號(hào)處于穩(wěn)定可用的功率水平，通過隔離器、環(huán)形器傳輸至加裝天線發(fā)射出去，供彈上無線電引信對(duì)應(yīng)天線接收；引信天線發(fā)射的被測(cè)信號(hào)被加裝天線接收，經(jīng)環(huán)形器、隔離器輸入放大器，放大到一定的功率水平，經(jīng)濾波器濾除帶外干擾，程控衰減器通過增益調(diào)節(jié)使信號(hào)處于穩(wěn)定可用的功率水平，輸入測(cè)試設(shè)備。程控開關(guān)在測(cè)試過程中閉合、測(cè)試結(jié)束后斷開，控制電路根據(jù)測(cè)試需要完成對(duì)程控開關(guān)、程控衰減器的控制。

3.4 改進(jìn)示例

某筒裝導(dǎo)彈無線電引信天線采用裂縫波導(dǎo)陣列形式，工作在X 波段；繞彈軸大致間隔120°均勻設(shè)置3 個(gè)相同的天線，各天線波束寬度大致為120°，合成波束覆蓋彈軸周圍360°范圍；各天線相對(duì)獨(dú)立工作，隔離度大于40 dB。

按照前文方法設(shè)計(jì)加裝至發(fā)射筒前蓋的微帶天線：工作頻段X 波段、波束寬度約120°；面向筒內(nèi)安裝，以筒壁為接地面，向筒外設(shè)置SMA 接口；天線周圍加裝柔性泡沫塑料板寬頻帶吸收材料AN-72/CERSEAL/SS3（反射率≤-20 dB、功率容量0.25 W/cm2）。加裝天線仿真原理圖如圖5 所示，加裝天線及吸波材料實(shí)物（局部）如圖6 所示。

圖5 加裝天線仿真原理圖

圖6 加裝天線及吸波材料實(shí)物

各加裝天線與彈上引信天線對(duì)應(yīng)，圍繞發(fā)射筒軸向在筒壁上大致間隔120°排列，合成方向圖覆蓋360°范圍，如圖7 所示。

圖7 加裝天線合成波束圖

加裝天線裝配時(shí)，需要在發(fā)射筒壁相應(yīng)位置打孔，是影響筒裝導(dǎo)彈氣密性的主要因素。天線安裝在筒壁內(nèi)側(cè)、SMA 插座安裝在外側(cè)，兩者之間放置橡膠密封圈，并外部涂一層密封膠，充分保證氣密性要求。

對(duì)于處理電路，則根據(jù)對(duì)有關(guān)信號(hào)功率、傳播特性等分析，選擇相應(yīng)的器件完成電路制作，并結(jié)合調(diào)試和實(shí)測(cè)過程調(diào)整有關(guān)器件參數(shù)設(shè)置，確保測(cè)試功能的正常完成。

加裝天線、敷設(shè)吸波材料及設(shè)計(jì)制作處理電路后，某筒裝導(dǎo)彈與測(cè)試設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)未變，在不拆卸發(fā)射筒前蓋條件下，連接好處理電路與加裝天線之間的傳輸線、處理電路與測(cè)試設(shè)備之間的電纜，便可完成無線電引信測(cè)試。

4 測(cè)試驗(yàn)證

4.1 主要性能測(cè)試驗(yàn)證

4.1.1 天線波束

采用與標(biāo)準(zhǔn)天線比較的測(cè)試方法，測(cè)量天線不同角度的增益，并繪制角度360°范圍內(nèi)的增益變化曲線，如圖8 所示。

圖8 加裝天線增益測(cè)試曲線

根據(jù)圖中曲線可見，單個(gè)天線的波束寬度能夠滿足約120°的設(shè)計(jì)要求。關(guān)于合成波束，則在3 個(gè)天線裝配完成后，自然能夠滿足圖6 所示覆蓋360°范圍的要求。

4.1.2 隔離度

由于到3 個(gè)加裝天線與彈上引信天線一一對(duì)應(yīng)工作，此處的隔離度［4］主要是衡量各加裝天線避免接收到與其對(duì)應(yīng)引信天線之外其他天線發(fā)射信號(hào)的性能，采用比較法測(cè)試。吸波材料和加裝天線裝配到位后，模擬引信天線的測(cè)試工裝按照實(shí)彈中引信天線的布局放置，分別記錄對(duì)應(yīng)引信天線不工作、其他引信天線工作時(shí)加裝天線接收到的信號(hào)功率，以及對(duì)應(yīng)引信天線工作、其他引信天線不工作時(shí)的接收功率，兩者相除的倍數(shù)即為隔離度。實(shí)測(cè)結(jié)果約49 dB，與引信天線大于40 dB 的隔離度要求匹配。

4.1.3 氣密性

原測(cè)試方法中，某筒裝導(dǎo)彈氣密性檢查過程如下：在向發(fā)射筒內(nèi)充氣至穩(wěn)定地滿足氣壓要求后，待1 h 和1 D 后，分別利用隨裝配套的氣壓表測(cè)試筒內(nèi)氣壓，計(jì)算兩次氣壓值之差ΔP0，將ΔP0<0.15 kPa 作為氣密性滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)。

按照文中方法，選取一枚測(cè)試訓(xùn)練用筒裝導(dǎo)彈進(jìn)行了改造。由于并未改變筒裝導(dǎo)彈主體結(jié)構(gòu)，氣密性檢查仍沿用原方法。部分測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

表1 氣密性測(cè)試結(jié)果對(duì)比

對(duì)比兩種方法可見：1）改進(jìn)方法氣密性測(cè)試結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；2）相對(duì)于原方法，改進(jìn)方法氣密性并無明顯下降。結(jié)果表明，本文加裝天線連接器及其安裝位置的工藝處理能夠滿足筒裝導(dǎo)彈氣密性要求。

4.2 整體功能測(cè)試驗(yàn)證

按照?qǐng)D3 所示連接方式，進(jìn)行無線電引信測(cè)試及全彈測(cè)試。結(jié)果表明，文中改進(jìn)方法能夠順利完成某筒裝導(dǎo)彈無線電引信測(cè)試，且不影響全彈測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與原方法測(cè)試結(jié)果一致；引信測(cè)試時(shí)間則由原來大于15 min，縮短至5 min 以內(nèi)。

5 結(jié)論

本文針對(duì)采用金屬材質(zhì)發(fā)射筒的筒裝導(dǎo)彈無線電引信測(cè)試過程中，需打開發(fā)射筒及由此帶來的相關(guān)問題，提出一種測(cè)試改進(jìn)方法。改進(jìn)方法以構(gòu)建不打開發(fā)射筒條件下的無線電信號(hào)傳輸鏈路為條件，以加裝天線、吸波材料及設(shè)計(jì)開發(fā)處理電路為實(shí)現(xiàn)途徑，實(shí)現(xiàn)不打開發(fā)射筒條件下的引信測(cè)試。實(shí)現(xiàn)示例及測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果表明，文中方法科學(xué)可行，在實(shí)現(xiàn)正常測(cè)試功能的基礎(chǔ)上，測(cè)試過程大大簡(jiǎn)化、時(shí)間大幅壓縮、效率顯著提高，并能減少打開發(fā)射筒對(duì)導(dǎo)彈可靠性、安全性等造成的不利影響，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。