无线电引信测试改进方法研究

刘彦磊

摘要：针对某型弹药中无线电引信测试需要拆装弹体造成的测试过程十分繁琐、耗时较长，且存在一定的不确定性和不安全性等问题，研究一种不拆装弹体的测试改进方法。设计了装备某部位加装天线的改进方案，包括加装位置，加装之后无线电引信收发信号传输链路的形成、装备气密性、测试连接方法、测试流程等。最后对加装天线的传输性能进行了测试，结果验证了改进方案的可行性和优越性。

Abstract： Due to the problems of the complex testing process， time-consuming， some uncertainties and insecurities caused by projectile remove/install in the radio fuze test for a type of ammunition， an improved method without projectile remove/install is researched. The improvement scheme of the bonded antenna is designed， including the location， the formation of the radio fuze signal transmission link， the tightness of the equipment， the test connection method， the test flow and so on. Finally， the transmission performance of the bonded antenna is tested， and the feasibility and superiority of the improved scheme are verified.

关键词：无线电；引信；天线；测试

Key words： radio；fuze；antenna；test

中图分类号：E962 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）16-0115-04

0 引言

无线电引信是利用电磁波感知目标，并使无线电引信在距目标最佳炸点处起爆战斗部的一种装置[1]。无线电引信利用电磁波对不同的介质要发生反射、折射，其能量不断衰减的传播特性感觉目标的存在，并获取目标的方位、距离等有关信息，通过信息处理器对接收机输出的信号进行分离、变换、运算和选择处理后，以获取引爆信息确定引爆时机[2]。它在弹药中被广泛应用。

引信测试技术是维护的重要内容，目的在于全面检验评判弹药性能，进而确保作战效能的实现[3]。但是较为突出的一个问题是无线电引信测试过程中涉及到某型弹药弹体的拆装问题，主要原因在于引信测试涉及到相应无线电信号的收发，由于某型弹药某部位材料通常为铝合金材料制成，该项测试时必须拆掉与某型弹药无线电引信位置对应的部位，从而造成了不便[4]。鉴于此，有必要开展某型弹药无线电引信测试方法改进研究，着重解决无线电引信测试过程中弹体拆卸的问题，确定一种不拆卸弹体的测试方法。

本文研究了某型弹药无线电引信测试的一种改进方法，实现不拆卸弹体的测试，以提高测试效率和某型弹药贮存可靠性、最大限度地减小测试过程中的不确定性和不安全性，对于提高某型弹药技术保障水平将具有十分积极的现实意义，对于提高某型弹药作战性能具有十分重要的支撑作用。

1 无线电引信与现有测试方案问题

1.1 无线电引信结构与工作原理

无线电引信位于某型弹药前部，具有圆锥结构，在某型弹药飞行过程中以无线电方式感知目标，适时控制战斗部引爆[5]。无线电引信主要由天线、天线信道转换开关、脉冲调相发射机、高频接收组合、视频放大器、编码同步控制组合、相关译码电路、多卜勒滤波器、目标判别电路、引爆电路、延时电路、高度自动跟踪电路等组成[6]。

当无线电引信工作时，发射机通过天线发出一串脉冲，当发射出的射频脉冲在规定的距离内碰到目标时便产生散射，沿发射方向反射回来的信号被引信的接收机接收，经信号处理后给出启动脉冲。经过若干程序后，如果弹目正常遭遇，则无线电引信给出启动脉冲，引爆电路引爆安全引爆装置的电雷管，继而引爆战斗部[7]。如果某型弹药处于非正常飞行，遥控应答机发出自毁信号，则引信就会形成引爆脉冲输出，引爆战斗部使某型弹药自毁[8]。

1.2 现有测试方案存在问题

归纳起来，测试过程中弹体的拆装主要存在以下问题：①弹体拆装对操作员要求较高，而且由于装备内充有惰性气体（氮气），拆卸前需要放气、测试完成安装后还需重新充气，过程十分繁琐，需要消耗大量时间，极大影响测试效率；②装备内惰性气体的作用在于为某型弹药提供适合的储存环境，弹体拆除及放气后，使某型弹药脱离原有储存环境，可能影响某型弹药的储存可靠性，如果多次进行该项测试，这种影响将会进一步增强；③测试时涉及到无线电引信暴露在外界环境中，复杂电磁环境对引信测试可能造成影响，对于引信及弹上其它电子、火工品部件存在潜在影响，增加测试的不确定性和不安全性。

2 改进测试方案

2.1 改进测试方案总体设计

改进测试方法的设计思路是在某型弹药弹体上加装适当的天线，并设计必要的处理电路，从而构建无线电引信与引信激励组合的微波信号传输链路，使得无线电引信发送的信号能有效地传送给引信激励组合、模拟回波信号能有效传送至引信。同时，通过天线设计和装配工艺控制，确保装备的气密性，保证某型弹药的储存环境不受破坏；为避免装备内测试信号的多径效应和干扰，在装备内壁加装天线周围加装吸波材料。按照设计，加装天线和吸波材料的某部位裝配到某型弹药上，测试系统通过处理电路可以与该部位加装的天线通过同轴线连接起来，从而实现不拆卸弹药条件下的无线电引信测试，测试过程大大简化、测试效率明显提升、测试过程中的不确定性和不安全性显著降低，测试原理如图1所示。

2.2 天线的设计与实现

装备加装天线用于传输测试过程中无线电引信的三个天线发射的探测脉冲和反馈的模拟目标的回波信号，同时还必须消除装备产生的电磁多路径效应[9]。考虑到加装天线安装空间有限，而且面向引信天线，所以必须选用尺寸小、低电磁反射率、结构轻巧、装配灵便、可靠性耐用等特点[10]。加装天线采用微带天线，工作频段在某波段，面向筒内安装，以筒壁为接地面，面向筒外设置SMA接口，用于连接处理电路的微波射频信号。

该部位天线采用某波段微带天线，采用三个收发共用天线，每个天线带宽某MHz，方向图为120°×60°，三个天线覆盖360°，为了增加了接收天线与天线之间的隔离，在天线周围增加吸波材料。考虑弹上无线电引信天线的数量、布局及波束参数，在某型弹药某部位上加装3个天线，与3个引信天线分别对应。各天线装配在对应引信天线波束中心线与该部位筒壁相交的点上，天线要满足尺寸小、结构轻巧、装配灵便、可靠耐用等要求，并采取适当措施确保加装天线后装备的气密性，使筒内气压能保持在要求的125kPa左右。

2.3 处理电路的设计与实现

处理电路通过该部位天线接收无线电引信发射出的射频信号，在主控计算机和测控模件的控制下，适时地将接收到的射频信号分离成下底、上左、上右、高度信号并将其输入给引信激励组合，引信激励组合同样在主控计算机和测控模件的控制下，将信号进行不同功率衰减、多普勒频率调制、四种距离延迟等模拟回波信号的多种状态，引信激励组合将处理后的射频信号送还给处理电路，经过处理电路放大后再通过该部位的左、右、下三个天线再次辐射到无线电引信三个天线，从而完成对引信功能的测试，其原理框图如此图2所示。

处理电路对外接口与引信激励源和发某部位填写连接，三个设备之间的微波接口采用SMA系列高频接头，其中处理电路和引信激励源之间通过四根微波低损耗传输电缆连接，两者之间的控制电缆采用的是Y2系列10芯航空插座[11]。处理电路与该部位通过三根微波低损耗电缆连接。处理电路单独采用一个2U机箱，机箱壳体外形为长方体，后面板装有四个SMA高频插座，分别为距离输入、距离输出、高度输入和高度输出；一个Y2-10航空插头，为控制指令借口；前面板三个收发共用天线，三个SMA高频插座，分别为左天线、右天线、下天线。同时处理电路在不需要额外增加二次电源的情况下，可以充分利用现有某型弹药综合测试设备的二次电源即可满足使用要求。

3 改进方案的测试与验证

3.1 测试设备与仪器

HP8970B噪声系数表；频谱仪Aglient E4440A；定向桥85027C；HP436C噪声源；8757D标量网络分析仪；HP8350B扫频信号源；引信激励组合；测控组合；测试工装；电子秤TCS-15-W；微波测试电缆和转借头；某型弹药综合测试系统。

3.2 某部位天线及加装测试

被测天线装入弹体，信号源工作频率设置在某波段（f0），注意发射喇叭和被测天线的极化方向一致。天线机械轴与发射喇叭对准，用方位转台转动180°分别测出天线的轴向面方向图。将天线的主波束对准喇叭，滚动弹体得到滚动面方向图。观察方向图得到轴向面、滚动面波瓣宽度及波束指向。测试轴向面时，将转台指向倾斜70°，测试天线指向70°条件下的天线参数。

用比较法测量天线增益，通过已知增益的标准喇叭，与被测天线的增益比较，测出其相差值，从而得到被测天线的增益。在工作频带内选择中心频率f0点对被测天线的轴向面方向图进行测试。先让标准喇叭对准发射喇叭，得读数As（dB），接入被测天线，让其最大接收方向对准发射喇叭，记下读数Ax1（dB），最后由下式求得被测天线的增益：G（dB）=Gs（dB）+（Ax1（dB）-As（dB））。

其中，Gs——标准喇叭在f0的增益。具体的天线的方向图、增益测试曲线结果见图3。

3.3 处理电路驻波系数测试

驻波系数测试框图如图4。

调整标量网络分析仪，将标量网络分析仪的1通道的测试端口设置为B，并将1通道的测试参数设为电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR），根据测量参数的大小确定相应的基准线和比例刻度。确定扫频信号源工作频段的起始频率和终止频率。最后按规定要求进行校准。按图将处理电路的“距离输入X802”与定向桥连接，在工作频带内显示相应的电压驻波比。

3.4 综合性能测试

依托某型弹药测试训练弹和某型弹药综合测试系统，分别采用现有的测试方法和开发设计的改进方法，依托某型弹药测试系统进行无线电引信的单项测试，验证所开发设备的对无线电引信测试的有效性。测试结果表明，采用开发设计的改进的无线电引信测试方法能够实现对无线电引信的测试。对比原有方法和改进方法測试结果表明，改进方法操作简单，能够获取与原有方法一致的测试结果，保持了测试设备改进前后性能的一致性，没有造成对引信测试信号本身的处理和传输影响。

4 结论

针对某型弹药无线电引信测试中存在的问题，提出了一种不拆卸弹体的无线电引信测试方法。深入分析了某型弹药无线电引信现有测试方案，明确了金属材质装运部位割断某型弹药无线电引信与外部测试设备微波信号传播链路是测试时必须拆卸弹体的主要原因。针对弹体无线电引信测试改进方法，提出了一种天线加装方法。

研究了天线设计与装配并设计了信号处理电路，最后测试并验证了改进方案的可行性和优越性。通过开展分系统、分组件单元测试以及全设备匹配测试，对不拆卸弹体引信改进测试方案进行了系统全面的测试和评估。装备天线以及信号处理电路测试表明，所设计的分部件性能良好，满足系统指标要求。综合性能测试表明，所设计的无线电引信改进测试方案合理，操作简单，能够实现对弹体的综合测试，简化了测试过程、提高了测试效率和某型弹药贮存的可靠性，最大限度地减小了测试过程中的不确定性和不安全性。

参考文献：

[1]江维.某某型弹药便携式测试系统的研制[D].哈尔滨工业大学，2012.

[2]陈玉珊.无线电引信测试系统的优化设计[D].南京理工大学，2014.

[3]崔少辉，姜会霞.某型弹药测试技术[M].北京：兵器工业出版社，2016.

[4]郑玉航，喻剑锋，王仕成.VIX总线技术在某型弹药测试中的应用[J].计算机自动测试与控制，2001，9（1）：21-24.

[5]约翰·克劳斯.天线[M].三版.章文勋译，北京：电子工业出版社，2011.

[6]陈红，施建礼，刘利平，等.某型弹药测试设备配备方法研究[J].海军航空工程学院学报，2009，24（3）：102-105.

[7]沈磊.超宽带无线电引信测试技术[D].北京邮电大学，2015.

[8]胡明，王灵，吴小琅.引信磁流变液解除保险机构贮存寿命评估方法[J].兵工学报，2016，37（9）：85-89.

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[10]王申，薛梦麟.复杂环境下线天线隔离度分析[J].现代防御技术，2009，37（5）：56-61.

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