基于近场通信技术的引信感应装定方法

吴向臣，吴茂林，刘　玉

(1.海军蚌埠士官学校， 安徽 蚌埠 233012;2.海军工程大学兵器系，湖北 武汉 430033;3.92337部队装备部，辽宁 大连 116023)



基于近场通信技术的引信感应装定方法

吴向臣1，吴茂林2，刘玉3

(1.海军蚌埠士官学校， 安徽 蚌埠 233012;2.海军工程大学兵器系，湖北 武汉 430033;3.92337部队装备部，辽宁 大连 116023)

摘要:针对现有装定方式中存在的装定结构复杂，设计过程繁琐等问题，提出了基于近场通信技术的引信感应装定方法，该方法不仅可以有效地实现装定系统与引信间的数据交互，而且模块化的设计使得装定设备的设计和修理周期大大减少。实验验证表明近场通信技术适用于引信的感应装定，但是要在实际装备中使用还需在硬件可靠性上进行深入研究。

关键词:引信；近场通信技术；可行性分析；感应装定

0引言

目前引信自动装定系统大多采用的是接触式装定，而接触式装定存在的结构复杂、接触不良等问题大大影响了引信的快速装定需求。考虑到以上问题，各国都纷纷开始探索和研究通过非接触的手段对引信进行装定的技术，其中比较成熟的有电磁感应装定和射频装定。但是在实际使用和实验中发现这些非接触装定方式也存在着诸多问题，一是装备的设计和实现过程较为复杂，系统设计周期较长，而且往往不能保证可用性，二是使用维护成本较高。本文针对以上问题，提出了基于近场通信技术的引信感应装定方法。

1近场通信技术原理

近场通信技术(NFC)双向通信模式如图1所示。在此模式下NFC终端双方都主动发出射频场来建立点对点的通信。相当于两个NFC设备都处于主动模式。

支持NFC的设备可以在主动或者被动模式下交换数据和信息。在被动模式下，启动NFC通信的设备，也称为NFC发起设备(主设备)，在整个通信过程中提供射频场。它可以选择106 Kbps、212 Kbps或者424 Kbps其中一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(从设备)，不必产生射频场，而是用负载调制技术，即可以以相同的速度将数据传回发起设备[1-2]。

图1　双向通信模式Fig.1　Twoway messaging

2NFC装定实验平台

2.1基于NFC装定的优势

目前国内关于引信的非接触装定系统的理论研究有很多，而基于近场通信手段进行引信装定的研究却比较少见。目前主要的研究包括电磁感应式装定、射频感应装定、红外感应装定等装定方式。

相比于基于NFC技术的系统设计而言，从底层原理出发进行设计的优点在于软硬件设计不受任何外部因素限制，但缺点是从底层开始的设计方案适合新装备的研发，不适合老旧装备的改造，同时从基础出发的设计方式费时费力，而且设计难度较高。而NFC技术是比较成熟的无线通信手段，而且它的设计周期短设计难度低，适用于所有带有UART、I2C和SPI通信接口的设备。因此利用NFC技术进行装定系统设计可以简化设定流程，降低设备研制成本。但是要将NFC技术应用于引信感应装定还有很多问题需要解决，因此本文主要研究近场通信(NFC)技术在引信感应装定领域应用的可行性问题。

2.2实验平台结构

引信装定的核心就是用特定的方式将装定器一端的设定参数传递到引信端，并在引信端进行读取和存储。而NFC技术本身就是一种近距离通信技术[3]，具有交互数据信息的能力。完成一次通信的基本流程为NFC电路接收到来自串口的数据后通过信号调制，将得到的模拟信息通过线圈产生射频场，接收端通过电磁感应接收来自装定端的信息，并对信息进行解调，将解调数据存储在引信电路中等待计时电路读取。接收端接收信号后通过负载调制技术将数据反馈给装定系统表明装定完成。NFC装定系统实验平台的设计结构[1,4]如图2所示。

图2　装定系统设计结构Fig.2　Design structure of loading system

2.3实验平台硬件

NFC通信的独特优势在于这种通信手段支持UART、I2C等多种数据通信协议，因此装定平台硬件具有较强的通用性。目前的计算机和嵌入式系统硬件都可以实现对串口通信的支持，可以通过以上硬件将装定界面的数据参数通过串口传递给NFC电路，并通过NFC天线将数据无线发送出去。因此实际设计NFC装定系统时不需要对装定器进行复杂的设计。使用相对成熟的硬件平台简化了设计难度同时也增强了增强硬件可靠性。

设计过程采用模块化方式。硬件部分除了用于数据输入的终端外还需要一块用于传递NFC数据的发送模块。终端和数据发送模块连接如图3所示。

2.4实验平台软件

由于数据通过串口通信方式传递，因此软件设计过程中可以借鉴很多现用的串口通信程序成为了NFC装定系统软件设计的一大亮点。由于电磁和射频感应装定系统硬件不能直接识别十进制数据，因此程序设计时需要考虑数据分解和进制转换，因此软件设计和界面设计较为复杂。同时NFC装定系统软件的界面风格十分简洁主要包括功能选择窗口、信息显示窗口、数据输入窗口和装定按钮。

3NFC装定平台实验验证

3.1基于NFC的引信装定实验

实验设计以计算机终端模拟真实引信控制台，通过编译好的装定软件向NFC通信模块发送装定参数，另一端由NFC接收模块在接收到参数后传递给信息储存电路，对该参数进行存储。对装定完参数的引信进行解锁处理，打开引信定时器开关，使引信从存储单元中读取参数并开始计时。计时完成后引信会引燃，通过判断引信是否引燃以及引信作用的时间和设定参数的对比判断引信设定是否成功。实验平台结构如图5所示

图4　实验平台设计Fig.4　Design of exeperimental platform

考虑到引信设定实验可能存在的危险，所以实验进行时先将引信信息储存电路及存储芯片脱离引信体独立进行数据装定。确认装定完成后，再将储存数据的芯片接入引信体中。由于此时引信的锁定机构并未解锁，因此引信是安全的。

3.2实验过程

虽然在实验之前去除了引信的传爆药等爆炸物，但是引信体内存在接力药，可以通过接力药是否燃烧判断引信是否作用。设定完成的引信通过旋转加速机进行解锁，随后通过加速碰撞设备模拟引信撞击地面或者水面的过载，打开冲击开关，开始计时。计时完成后观察引信内装药是否被成功引燃，判断装定数据是否成功。

3.3结果与分析

实验结果如图5所示，由图中可以看出，引信底部有灼烧产生的黑色积碳，这一现象表明引信内装药被成功引燃，引信正常动作。实验表明通过NFC技术给引信储存芯片进行数据装定后的时间引信仍然可以成功完成定时引爆的功能。

虽然本文实验只验证了时间参数传递的可行性，并没有对诸如压力、震动等参数的装定进行试验。但是NFC技术传递数据的原理表明，NFC通信与所传递的参数类型没有关系，只要该参数为数字量即可通过NFC模块进行数据传递进而达到引信装定的目的。

图5　实验结果Fig.5　Experiment result

4结论

本文提出了基于近场通信技术的引信感应装定方法。该方法在感应装定领域的应用研究尚属空白，不仅为近场通信技术开拓了新的应用领域，而且为引信的感应装定提供了一个新的方向。通过实验验证表明近场通信技术具有数据传递可靠性高、可实现参数反馈等优点，而使用该技术设计感应装定系统时，具有装定平台硬件通用性强，装定软件设计简单以及可实现装定系统模块化等优势。

但是实验过程也表明目前的NFC芯片和相关元件在抗过载能力、抗腐蚀能力和抗冲击能力等技术指标上仍然达不到军事运用标准。因此要使得近场通信技术得到实际军事应用，还需在芯片和元器件的可靠性、抗过载等方面进行深入研究。

参考文献:

[1]伊西军.近距离无线通信(NFC)系统中数据传输技术研究[D].南京.南京邮电大学,2013.

[2]潘雪峰,毛敏.NFC近场通信技术的底层原理研究[J]. 科技和产业,2013,13(5):120-122.

[3]蒋华，孙强.近距离无线通信技术标准解析[J].信息技术与标准化，2006(5):26-30.

[4]建山.近距离无线通信(NFC)技术浅述[J].数码世界,2005(11):116-118.

*收稿日期:2016-02-01

作者简介:吴向臣(1990—),男，江苏丹阳人，硕士研究生，研究方向：兵器科学与技术。E-mail:1090200318@qq.com。

中图分类号:TP206.1

文献标志码:A

文章编号：1008-1194(2016)03-0029-03

Research on NFC Technology Application in Fuze Induction Setting

WU Xiangchen1, WU Maolin2, LIU Yu3

(1. Bengbu Navy Petty Officer Academy，Bengbu 233012，China2. Naval Univ. of Engineering, Dept. of Weaponry Engineering, Wuhan 430033, China 3. Unit 92337 of PLA, Dalian 116023, China)

Abstract:In view of the existing way of setting the complicated structure and design of such complicated problems, come up with the fuze setting method based on near field communication technology. The method could not only realize data interaction between system and fuze, and the design of the modular design makes setting equipment and repair cycle was greatly reduced. Experimental evidence near field communication technology was suitable for the fuze induction setting, but in the actual equipment used on the hardware reliability study is needed.

Key words:fuze; near field communication technology; feasibility; non-contact setting