射前引信感应装定技术研究

王 林，贺 瑾，郭安学，王 媛

(西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099)

射前引信感应装定技术研究

王 林，贺 瑾，郭安学，王 媛

(西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099)

为了实现在炮口不便于安装炮口装置的武器平台进行信息装定，提出了一种在弹链上进行射前引信感应装定技术。针对引信感应装定的能量和信息一体化传输的特点，建立了基于电磁感应耦合的引信电路能量与信息非接触同步传输技术的通信模型，进行了射前装定信息感应耦合回路模型分析与匹配计算，具体介绍了装定信息编码、装定信息发送与引信电路信息解码控制流程。最后通过试验验证了该方法能有效、正确地实现引信信号的装定，具有一定的抗干扰能力。

弹链；感应装定；非接触；装定信息

笔者提出的射前引信感应装定技术适用于中大口径的武器平台，在弹链上进行信息装定，是一种引信能量和信息非接触同步传输技术[1]。感应装定系统通过感应耦合回路，以电容作为引信电路能量储存介质，提供引信电路工作所需的能量，快速解算和快速装定引信作用方式、定时定距等数据信息，实现装定器与引信电路之间能量和信息的同步传输。感应耦合回路的初级线圈和次级线圈分别置于装定器和引信电路上，两者之间不需要物理连接而实现能量和信息同步传输；引信电路以电容作为引信电路的储能元件，具有体积小和安全性高等特点。由于弹丸在中大口径的武器平台弹链处的运动速度相对较低，用于信息装定的时间窗口比在炮口装定的时间窗口宽裕。这种引信感应装定技术可以实现感应信息无能源装定，在国外得到了广泛应用，如美国的M767电子时间引信和M782多选择引信，就是采用电磁感应方式进行信息感应装定。

1 感应装定系统模型

引信感应装定系统主要由装定器、传输介质和引信电路3部分组成。引信信息装定的过程，就是利用能量和信息一体化传输技术，通过装定器、信息装定接口、电磁转换和引信电路信息解码等，实现装定信息由装定器到引信电路的非接触传输的过程，它是装定器利用数据编码方式对装定信息进行信道调制加载到感应耦合回路的初级线圈，根据电磁感应原理，通过次级线圈耦合到引信电路上的储能电容中，为引信电路工作提供能源的同时，进行装定信息的解调与解码，实现装定信息的传输[2]。引信感应装定系统的通信模型如图1所示。装定器主要用于接收火控系统传输的装定信息，完成对装定信息的信号编码、调制、功率放大和发送。引信电路通过感应耦合线圈接收装定器发送来到的装定信息，完成装定信号的解调、解码与信息解析等功能。

2 电路的理论分析与计算

2.1 感应耦合回路模型

引信装定系统是典型的电磁感应耦合回路系统，其等效电路如图2所示。

图2中，Ui为装定器初级线圈回路的电压源；R1为装定器初级回路线圈的等效阻抗；C1为装定器初级线圈的匹配谐振电容；I1为装定器初级线圈回路的电流；R2为引信电路回路线圈的等效阻抗；C2为引信电路次级线圈的匹配谐振电容，C2实际由所需并联电容C2′和寄生电容Cp构成；RL为引信电路回路的负载阻抗；I2为引信电路次级线圈回路的电流；L1、L2分别为初、次级线圈的自感；M为初、次级线圈的互感系数[3-4]。

根据基尔霍夫定律得两个耦合回路的方程：

(1)

式中，Z2为引信电路次级线圈回路中由C2和RL组成的并联阻抗，可表示为

(2)

初、次级线圈回路的阻抗为

(3)

耦合回路互阻阻抗为

Z12=jX12=jωM

(4)

代入式(1)得

(5)

计算得

(6)

次级耦合回路中负载上的电压为

(7)

2.2 引信电路感应耦合回路匹配

引信电路主要通过感应耦合方式实现能量和信息的非接触传输，为引信电路提供能量，完成装定信息有效和可靠接收的功能。引信电路次级线圈作为引信电路能量和信息传输的唯一通道，其感应耦合回路匹配效率的高低直接影响着感应装定系统信息装定的准确性和可靠性。

为了使装定器发送的装定信息更高效地传输到引信电路耦合线圈，必须有效地设计引信电路感应耦合回路，提高引信电路次级线圈的耦合效率[5]。笔者通过接收线圈并联可调电容，使其谐振频率和装定器的工作频率一致，达到引信电路次级线圈工作在谐振状态的目的，可有效解决感应耦合回路的效率问题。图2中，引信电路次级线圈L2与匹配谐振电容C2构成并联谐振回路，其谐振频率与装定器的谐振频率一致。并联谐振回路的谐振频率f为

(8)

3 装定信息处理

3.1 装定信息编码

装定器的控制器接收来自火控系统的装定信息后，采用了一种优化的信息编码控制方案。装定器向引信电路传输装定信息过程中，装定信息的数据帧以一个时间为定长的高电平开始，该高电平是为了将有效的装定信息与背景噪声区分开来，然后是6个周期的方波信号；随后的“101”是为了恢复数据的发生跳变的位置，这9个数据构成了数据帧的前导；数据前导之后为有效的装定数据信号，紧接着为一个定长的低电平信号，该定长的低电平作为一帧数据的帧尾，标志着一帧装定数据发送完毕。装定信号的数据帧格式如图3所示。

3.2 装定信息传输

装定器对接收到的装定信息进行数据编码后，通过感应耦合的方式传输给引信电路。装定信息传输可以分为能量传输和信息传输两部分[6]。通过对装定系统的功率传输特性、信号传输效率等问题的分析，最终确定了装定信息传输方案。图4为装定信息传输流程图。

3.3 装定信息解码

装定信息解码是引信电路控制器将感应耦合的装定信息进行解码，获取装定信息。装定信息解码算法必须有足够的冗余度，使引信电路控制器能对包含噪声的信号进行解码。常见的背景噪声干扰会造成装定信息的抖动和毛刺，这意味着脉冲宽度可能会有一定的变化，以致不能正确地解码[7]。这里采取的处理方法是为脉冲宽度设置一定的比较窗口，对输入信号进行3次采样，当脉宽在一定范围之内并且3次采样值相等时才会送入边沿检测器进行脉冲检测，其输出将被转换成相应的bit长度，解码算法步骤为：

1)脉冲宽度判断：如果脉冲宽度为1 bit，同时解出两个数据“10”，回到第1步开始新的测量；如果脉冲宽度为0.5 bit，还需要判断当前上升沿发生距上个下降沿的时间差。

2)如果当前上升沿距上个下降沿发生的时间差为1 bit，解码为“1”，回到第1步；如果时间差为0.5 bit，还需进行进一步判断。

3)判断前一个数据的解码结果，如果前一个数据解码结果为“1”，则当前数据解码为“1”。如果前一个数据解码结果为“0”，则当前数据解码结果为“0”。

引信电路装定信息的解码处理方法较其他信息解码方法具有抗干扰能力强和准确率高的特点，其解码状态图如图5所示。

4 试验结果

对装定器和引信电路的控制器进行了软件编程，其核心是装定器信息编码与引信电路信息解码程序的设计。

试验时，将引信次级接收线圈套放于装定器初级线圈套内，间隔约为20 mm，用示波器测量装定器发送线圈两端的发送信号和引信接收线圈两端的接收信号，如图6所示。

笔者完成了引信射前感应装定系统原理样机的初步试验，得出了以下结论：感应装定系统的信息传输试验表明，所设计的感应装定系统能够可靠地对信号进行编码、调制发送，引信电路可以有效地完成装定信息的接收、解调和解码，数据传输可靠。

5 结论

笔者在感应耦合模型理论分析的基础上，对在弹链上采用引信感应装定技术进行了研究，设计了引信感应装定器与引信电路，解决了对装定信号的编码与解码处理，实现了感应装定的能量和信息一体化传输。试验证明，该引信装定系统工作可靠，达到了设计要求，该技术对于弹链引信装定具有重要意义，具有一定的推广价值。

References)

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TechnicalResearchonFuseInductionSettingSystemBeforeFiring

WANG Lin， HE Jin，GUO Anxue，WANG Yuan

(Northwest Institute of Mechanical & Electrical Engineering, Xianyang 712099, Shaanxi, China)

To realize the information setting on the weapon platform that was not easy to install the muzzle device, a kind of fuse automation induction setting system before firing was proposed. Aimed at the characteristics that energy and information of fuse induction setting system were transmitted integrally, a communication model of energy and information contactless synchronous transmission based on electromagnetic induction coupling was established, and the model analysis and matching calculation of setting information inductively coupled return circuit were carried out. The control process of setting information coding, transmitting and decoding were introduced in detail. The method was accurately verified by use of the experiments, and the test results showed that the method can set information effectively, and it has certain anti-interference capability.

ammunition feed chain; induction setting；contactless；setting information

2014-01-09；

2014-05-24

王林(1979-)，男，工程师，主要从事火炮电气总体技术研究。E-mail：wler1830@sohu.com

TJ410.3+2

A

1673-6524(2014)04-0031-04