張慶茂
(1.桂林電子科技大學 電子工程與自動化學院,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)
紅外尋的制導便攜式防空導彈是一種獨特的低空/超低空近程防空導彈[1],以其作戰(zhàn)反應(yīng)時間短、制導精確、抗干擾能力強、發(fā)射后不管等優(yōu)點[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。該類導彈小巧輕便、反應(yīng)迅捷、使用簡便、作戰(zhàn)部署高度機動靈活[3],是用于近程低空、超低空防御的有效武器。便攜式防空導彈除了單兵肩扛發(fā)射外,也可結(jié)合雷達、紅外熱像儀、CCD攝像機等設(shè)備,形成多聯(lián)裝車載、艦載或多聯(lián)裝武裝直升機載武器系統(tǒng),不僅全面擴大了便攜式防空導彈的使用領(lǐng)域,而且使導彈武器系統(tǒng)的防空效能,尤其是攻擊巡航導彈、無人駕駛飛機等小型快速空中目標的效能提高到一個全新的水平。導彈發(fā)控系統(tǒng),作為武器系統(tǒng)上保障導彈發(fā)射成功的重要設(shè)備,承擔著與上級指控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互、導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彈武器系統(tǒng)用便攜式防空導彈發(fā)控系統(tǒng)進行了設(shè)計研發(fā)與功能實現(xiàn),實現(xiàn)對8發(fā)便攜式防空導彈的發(fā)射控制。通過飛行試驗驗證,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
本便攜式防空導彈發(fā)控系統(tǒng)作為某近程車載防空導彈武器系統(tǒng)的重要配套設(shè)備,發(fā)射的是某型號便攜式防空導彈,主要用途是根據(jù)上級指控系統(tǒng)的命令,實施對武器系統(tǒng)8聯(lián)裝導彈的初始檢測、供電供氣控制、導彈發(fā)射準備及導彈發(fā)射控制,并且將發(fā)射過程中的指令執(zhí)行情況回報指控系統(tǒng)。
根據(jù)近程車載防空導彈武器系統(tǒng)的任務(wù)需求及便攜式防空導彈的特點開展發(fā)控系統(tǒng)的研制工作。對于便攜式防空導彈在肩扛發(fā)射時的一些操作及要實現(xiàn)的功能,如激活地面能源組件實現(xiàn)供電供氣,扣動發(fā)射機構(gòu)扳機一檔、二檔實現(xiàn)對目標信號處理與分析,退擋彈銷等,在發(fā)控系統(tǒng)的設(shè)計上也要實現(xiàn)。根據(jù)武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、作戰(zhàn)及訓練需要,便攜式防空導彈裝車時只要裝筒導彈,地面能源組件、發(fā)射機構(gòu)不再配備,通過發(fā)控系統(tǒng)研制能實現(xiàn)相同功能的代替裝備。
為實現(xiàn)車載武器系統(tǒng)中導彈發(fā)射車上安全發(fā)射8發(fā)裝筒導彈的任務(wù)需求,制定以下發(fā)控系統(tǒng)的研制方案:設(shè)計發(fā)控通信器用于與上級指控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互及下級設(shè)備的通信控制;設(shè)計發(fā)控執(zhí)行組合,通過控制組合電路板、信息處理電路板實現(xiàn)對8發(fā)便攜式防空導彈的發(fā)射控制;設(shè)計退銷機構(gòu),實現(xiàn)對導彈的電氣連接及退銷控制;設(shè)計供氣裝置,用于提供導彈制冷氣源;設(shè)計導彈托架,用于支撐發(fā)控執(zhí)行組合、退銷機構(gòu)、供氣裝置及導彈。
發(fā)控系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)框圖見圖1。
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)控通信器加電后進行設(shè)備自檢、8發(fā)導彈的在位狀態(tài)檢測,通過RS-422異步串行通道實現(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)果及過程信息回報給指控系統(tǒng),實時監(jiān)測±20V電壓。通過RS-485通信電路實現(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,實施對導彈的發(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)運放放大電路后送入微處理器進行邏輯解算,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,負責處理與指控系統(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,運行仿真軟件[4],就可以對微處理器STM32F103C8T6芯片進行程序燒寫、仿真與調(diào)試。
發(fā)控執(zhí)行組合是導彈發(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彈供氣、控制退銷機構(gòu)電機動作給導彈退銷或擋彈銷復位,進行導彈目標信號分析、導彈發(fā)射準備和導彈發(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套退銷機構(gòu)控制4發(fā)裝筒導彈。每套發(fā)控執(zhí)行組合安裝在一個導彈托架上。
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行檢測,當接受到備選導彈供電供氣指令后,控制組合電路板給備選導彈供電,信息處理電路板的陀螺起轉(zhuǎn)控制電路完成導彈陀螺起轉(zhuǎn)工作,當陀螺達到預定的轉(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彈截獲目標和信息信號、位標信號的處理,并發(fā)出導彈發(fā)射信號,完成導彈發(fā)射。
導彈托架分為左右兩個導彈托架,每個托架用于承載4枚裝筒導彈、4個供氣裝置、一套發(fā)控執(zhí)行組合及其4套退銷機構(gòu)。
導彈供氣裝置主要由獨立氣瓶、快速閥、電磁閥和壓力報警傳感器組成。供氣裝置安裝在導彈托架上,每個氣瓶可獨立拆卸,可通過氣瓶安裝位置的調(diào)節(jié),調(diào)整導彈托架的重心位置。
退銷機構(gòu)分別安裝在導彈托架上,用于裝筒導彈電氣、機械連接和擋彈銷退出。退銷機構(gòu)與裝筒導彈的機械連接和電氣連接形式與發(fā)射機構(gòu)一致。退銷時退銷機構(gòu)采用蝸輪、蝸桿機構(gòu)及電機動作進行退銷。退擋彈銷采用直流電機控制方式,發(fā)控執(zhí)行組合中控制組合電路板的繼電器控制電機供電,電機轉(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。擋彈銷復位時,控制電機反向轉(zhuǎn)動,擋彈銷復位,位置傳感器提供彈銷復位反饋指令。
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
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)回報給指控系統(tǒng),滿足發(fā)射條件后將導彈準備好信息反饋給指控系統(tǒng),收到發(fā)射指令后執(zhí)行導彈發(fā)射。發(fā)控系統(tǒng)軟件主要工作流程見圖4。
發(fā)控系統(tǒng)的設(shè)計是否符合研制任務(wù)要求,能否將導彈安全可靠發(fā)射出去需要通過試驗驗證。而通過跟飛試驗和飛行試驗驗證,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),實現(xiàn)了便攜式防空導彈在某近程車載武器系統(tǒng)上安全無誤發(fā)射。