彈藥侵徹目標硬層的抗干擾設計*

李俊鋒，張 亞

(中北大學機電工程學院，太原 030051)

0 引言

隨著科技的不斷進步和在軍事上應用的不斷深化。在現代戰爭中，作戰雙方的軍事力量不斷增強，打擊手段推陳出新，重要軍事目標已經堅固化和地下化，這大大促進了侵徹技術和鉆地武器的發展。

侵徹彈藥對硬目標實施精確毀傷的起爆控制方式主要有4種:計時起爆、計層/計空穴起爆、計行程起爆和介質識別起爆。其中，計層起爆方式就是當目標為多層硬目標時，引信電路采集和處理高g值加速度傳感器傳輸來的減加速度信號，計算出侵徹戰斗部穿透目標的層數，控制戰斗部在預定的目標層起爆。

文中主要研究用計層的方法實現侵徹彈藥控制炸點，重點對侵徹過程中的干擾信號產生的原因及抗干擾的原理做了詳細的分析，提出了可靠的抗干擾的方法，并且進行了算法仿真驗證。為侵徹彈藥的進一步發展打下基礎。

1 抗干擾的原理

彈丸侵徹層狀目標的典型物理模型如圖1所示。

圖1 彈丸侵徹層狀目標的典型物理模型

侵徹過程中，由侵徹彈藥上的高g值加速度計測得加速度信號。受傳感器安裝、結構響應等因素的影響，該加速度信號含有多種高頻干擾，需要經信號處理才能獲得有用信號。原始加速度信號及處理后的加速度信號如圖2所示。

圖2中的加速度信號可能仍會存在兩類干擾。第一類，干擾層導致的干擾信號，容易被計數器誤計為是一層;第二類，由于兩層之間距離很近，在侵徹的過程中應該被視為一層，但侵徹加速度信號會出現兩個峰值，這個干擾不經過處理會直接被計數器視為兩層，引起層識別的錯誤，如圖2中的最后兩層。

對應于由于干擾層等原因產生的第一類干擾信號，由于其閥值比較小，可以通過比較器，預先設定好比較值，當輸入信號大于預先設定好的比較電壓時，才能被視為一層，當干擾信號輸入時，由于其值小于預先設定好的比較電壓值，比較器無輸出。通過上述的方法，比較器可以可靠的消除此類干擾。因為比較器使用較容易，所以文中不做分析。

圖2 侵徹加速度信號

對于第二類干擾，則通過定時器來實現除去干擾的過程。根據目標預先設定好定時器延時的時間，進入距離很近的兩層中的第一層時，輸入計數器的信號有跳變，同時定時器開始計時，定時期間，輸入計數器的信號不隨侵徹過程發生變化。進入第二層時，定時時間到。由于穿出第二層時，輸入定時器的信號又會發生跳變，所以計數器會計為一層。通過這樣的方法，可以有效的消除由于距離很近的兩層產生的雙峰值干擾。下文進行詳細的描述和仿真。

2 消除雙峰干擾的方法

消除雙峰干擾系統的整體方框圖如圖3所示。

圖3 消除雙峰干擾的系統

整個系統分為兩個部分，第一部分是計數部分，由上升沿檢測、下降沿檢測、鎖存器、計數器組成。作用是濾除第一類干擾并且計出侵徹彈藥已經侵徹的層數。第二部分是定時器部分，由鎖存器、定時器組成，作用是消除第二類干擾信號，即雙峰干擾信號。

因為整個系統多采用的邏輯器件、計數器、定時器等，受外界干擾影響較小。調試好后進行相應的封裝。以保證硬件實現的可靠性。

圖4 假設輸入信號

假設輸入信號如圖4所示，圖中有兩個層信號，第一層為常規的層信號，第二層為雙峰干擾的層信號，當這個信號輸入系統時，各模塊的時序圖如圖5所示。

圖5 系統各點時序圖

侵徹第一層時，各點動作如時序圖中所示，進入比較器的信號I為一個脈沖，即會被計為一層。侵徹第二層時，也就是有雙峰干擾的層信號輸入時，可以分為4個階段分析，即信號的第一個上升階段，第一個下降階段，第二個上升階段和第二個下降階段。當第一個上升階段輸入系統時，上升沿檢測輸出1，下降沿輸出0，或門1輸出1給鎖存器1的控制端，因為為高電平，則鎖存器直通，則高電平1會直接輸出給或門3，同時，或門2也輸出高電平給鎖存器2，鎖存器2直通輸出高電平給定時器和或門3，定時器開始定時動作，或門3輸出高電平1給計數器。當進入第一個下降階段時，上升沿檢測輸出0，下降沿檢測輸出1，或門1輸出1給鎖存器1的控制端，鎖存器1直通輸出0給或門3，同時，因為定時器未到預先設定好的定時時間，所以輸出0給鎖存器2的控制端，鎖存器2鎖存，仍然輸出1給或門3，所以或門3仍然輸出高電平1給計數器。當第二個上升發生的時候，與第一過程完全相同，定時器定時到了，輸出高電平，或門3的輸出仍為高電平。當第二個下降發生的時候，上升沿檢測輸出0，下降沿檢測輸出1，所以鎖存器1輸出低電平0給或門3，由于定時器定時時間已到，所以鎖存器2輸出給或門3的為低電平0，此時，或門3輸出給計數器為低電平。到此，帶有雙峰干擾的層信號通過，或門3輸出的為一個脈沖，即為一個層信號，避免了被計為兩層的錯誤，達到了精確計層的目的。

3 仿真驗證

在Matlab的Simulink仿真系統中構造出如圖6的抗干擾系統模型。

圖6 抗干擾系統模型

在系統中設定定時器延時的時間為T0=0.003s，分兩種情況仿真:

第一種情況，當相鄰兩個峰值之間的最小時間間隔T1小于延時時間，即 T1＜T0時。輸入系統的信號波形和系統輸入計數器的信號波形如圖7所示。

圖7 有雙峰干擾的層信號仿真

從輸入系統的信號波形中可以看出，前面一層為常規層信號，后面一層為兩個峰值時間間隔 T1=0.002s的層信號。因為時間間隔 T1=0.002s小于預先設定的延時時間T0=0.003s，所以被認為是含有雙峰干擾的層信號。從系統輸入計數器的波形可以看出，為兩個層信號，計數器計為兩層，排除了雙峰干擾。

第二種情況:當相鄰兩個峰值之間的最小時間間隔T2大于延時時間，即 T2＞T0時。輸入系統的信號波形和系統輸入計數器的信號波形如圖8所示。

圖8 不含雙峰干擾的層信號仿真

從輸入系統的信號波形中可以看出，前面一層為常規層信號，后面兩層為兩個峰值時間間隔T2=0.004s的層信號。因為時間間隔 T2=0.004s大于預先設定的延時時間T0=0.003s，所以即使兩層離得很近，也被認為是兩個層信號。從系統輸入計數器的波形可以看出，為3個層信號，計數器計為3層。完成了精確計層的過程。

通過仿真可以得出，結果與理論分析一致。系統可以有效的抗干擾，精確計層。

4 結論

定時器延時時間的設定與目標層數和彈藥侵徹各層目標的時間有關。所以在進行打擊之前，需要先對打擊目標有相應的了解，例如在目標在第幾層等信息。以保證精確打擊。

侵徹加速度信號在處理的過程中，可能存在著一般濾波電路不能濾除的兩種干擾信號，即干擾層信號和雙峰干擾信號。文中重點討論如何抗這兩種干擾的方法。其中，通過比較器可以有效的抗干擾層的干擾信號，文中設計的以定時器為核心的系統可以有效的抗雙峰干擾信號。通過仿真軟件基于算法的仿真，確認能夠有效作用。為準確的硬層分析提供了一個新的方法。

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