間斷供能的引信裝定數據雙向傳輸方法

杜 軍，李紅英，馬 君，王秋生，徐 昕

（西安機電信息技術研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

現代引信（如多選擇引信、彈道修正引信）需要在彈藥發射前將各種信息（如彈藥類型、作用方式、炮位經緯度、氣象信息、GPS信息等）通過感應式裝定器裝定到引信內。數據反向傳輸（從引信到裝定器），不僅可準確知道裝定數據的正確與否，確保裝定器可靠地進行裝定，而且可實現引信與火控系統信息實時交聯［1］。現有的裝定信息數據反向傳輸技術采用持續供能的引信裝定數據雙向傳輸方法［2］，但在這種反向傳輸方法中正確解調大容量裝定信息和反向傳輸信息可靠性不高，另外考慮到引信控制電路的體積一般不大，采用相移鍵控時其解調設備復雜，增加了引信控制電路的體積和復雜性。針對此問題，本文提出了間斷供能的引信裝定數據雙向傳輸方法。

1 感應裝定系統的組成與工作原理

感應裝定系統由裝定器和引信體兩部分組成，利用兩個線圈之間的感應耦合實現能量和信息的傳輸［3］，相互分離的裝定器線圈和引信線圈構成了傳輸的無線通道。裝定器包括控制器、編碼器、解調器等組成，裝定系統組成的原理框圖如圖1所示。

圖1 裝定系統組成的原理框圖Fig.1 principle diagram setting system

工作時，裝定器將裝定信息進行編碼調制到能量載波上，通過裝定器線圈發送脈沖，經過引信線圈、引信包括儲能電路、信息接收處理電路等，由電磁、磁電近場感應原理［4］，在感應線圈上形成感應脈沖電壓，經過電源變換，得到裝定接口所需的能量，存儲在儲能電容中，為引信電路的工作提供能量，同時將信息解調作為引信裝定信息。

2 基于間斷供能的反向傳輸方法

2.1 間斷供能的反向傳輸工作原理及組成

文中將裝定器發送數據到引信定義為下傳；引信將數據反向傳輸回裝定器定義為上傳。工作中，裝定器首先向引信發送一定時間的能量，為引信接收電路工作提供電能，在后續的信息下傳與上傳過程中，信息即能量，繼續被存儲在引信的儲能電容中。裝定器在下傳完后，根據數據字節量的多少決定停頓時間，一般在0.5～1ms左右，在這極短時間內，引信將反饋信號發回到裝定器上，若時間太長，引信將沒有足夠的能量接收后續信息，更無法將數據寫入到非易失性存儲器里。若數據不分包，引信將收到的數據存儲在易失性存儲器里，在裝定器停止工作后，整個引信中的數據都會丟失。在這段時間內，引信將裝定數據通過引信線圈發送脈沖，經過裝定線圈和信號解調處理模塊后變成反饋信號輸出，最后由裝定器判斷數據是否正確，若反向傳輸數據解析正確，則發送一段時間能量，為引信將接收到下傳數據寫入非易失性存儲器里提供能量，這樣裝定整個過程就結束；解析若失敗，則補發一次下傳數據，重復上述上傳過程，補發的解析正確則下傳數據寫入非易失性存儲器里，錯誤則說明此次裝定任務失敗。因此，下傳和上傳在時間上是交替進行的，裝定器和引信都可以向對方發送數據，即兩者均兼有發射機和接收機的功能。這就是間斷供能的反向傳輸方法，其工作原理圖如圖2所示。

圖2 間斷供能的反向傳輸工作原理圖Fig.2 Working principle of revevse transfer of uninter ruptea enevgy suppry

間斷供能反向傳輸時采用負載變換使得數據反向傳輸，其等效電路圖如圖3所示。

圖3 裝定器與引信負載變化等效電路模型Fig.3 Fuze setter and an equivalent circuit model to load changes

通過接收線圈的負載阻抗的改變，使得引信中的電流改變，從而引起磁場的變化。裝定器正是通過檢測這種變化，來實現引信與裝定器的能量交換和反向傳輸，這種通過改變引信接收線圈負載阻抗來進行從引信到裝定器的傳輸數據。在引信回路的電路參數中負載電阻RL和并聯電容C2可被數據載體改變，相應的區分為電阻負載調制和電容負載變化；通過使并聯電阻Rmod或并聯電容Cmod在數據流的時鐘中接通或斷開來改變引信的變換阻抗，產生調幅信號，裝定器反向傳輸回路解調即可重構從引信發送的數據。

2.2 編碼方式

目前的編碼方式主要有二進制編碼、脈沖計數、分組脈沖計數和占空比調制編碼。二進制編碼是將信息轉化成二進制數字編碼，利用二進制數字編碼表示裝定信息，但它將裝定信息容量擴大了一倍［5］脈沖計數編碼方法是將引信裝定的作用時間轉換為一系列脈沖信號，并通過發射線圈耦合到引信線路之中，經處理，使引信內部的計數器進行計數，從而實現對引信的裝定。但是，這種編碼方法受到一些局限，由于受到傳輸時間和脈沖頻率的限制，裝定的時間較短。對于分組脈沖計數法，為了減少裝定過程的時間和提高裝定精度，根據脈沖計數原理，提出分段脈沖群的傳輸方式，該方法采用傳輸字符的方式且需要引信內部有精確的時基［5］。占空比調制的編碼是用脈沖占空比來表示數字信息的編碼方式，脈沖周期和脈沖幅度固定不變。為把裝定數據可靠地傳輸到引信中同時正確地反向傳輸，必須選擇合理的編碼方法。本文選用改進型占空比調制編碼方式。

這種編碼由4個數據編碼元素｛00 01 10 11｝ 及同步頭5個編碼元素組成，同步頭的時間長度為T，其他4個數字編碼元素對應的時間長度為T+t，T+2t，T+3t，T+4t，t為可靠傳輸的最短時間，每一組編碼編碼同步頭只使用一次，數字編碼 ｝｛00 01 10 11 各元素可以多次使用，編碼碼長在一定范圍內變化，平均編碼較短，中等碼長集中，8 個完整編碼元素，可以保證可靠譯碼，編碼元素如圖4所示。

圖4 編碼元素Fig.4 Code element

若對引信的裝定時間為0.05～5s，間隔1ms，總共應有5 000 個劃分，所以二進制編碼需要13位。而本文采用的這種編碼需要6位，若為0.05～9.999s二進制編碼需要14位，而采用改進型占空比調制編碼方式只要7位，在反向傳輸時優勢就能更好地體現出來了，消耗能量將減少。感應裝定窗口（感應線圈有效耦合的時間和空間）短就決定了編碼方式不能太復雜，否則增加了反向傳輸系統的復雜，同時這種編碼方式編碼規律簡單，能快速裝定。

3 試驗驗證

根據上述基于間斷供能的旁置感應裝定系統大容量信息雙向傳輸的理論基礎，設計了原理樣機。裝定器采用單片機C8051F340作為控制器，發送裝定信號并處理接收到的反向傳輸信號。裝定器發送的數據與接收到從引信反向傳輸數據進行比對，一致則說明裝定成功，否則裝定失敗。

在試驗中，裝定參數數據總量為4KB，圖5為引信接收線圈上的裝定信號，圖6為裝定信號和引信電容上的電壓波形圖，上面為裝定信號，下面為電容上的電壓，在56ms處即充到最大電壓18V，后一直保持在這個水平，直到裝定器停止發送信號，電壓才開始往下掉，可以看出在裝定器下傳后停頓的時間內，電壓信號并沒有掉下來，而是維持在其工作期間內的幅值。這就說明停頓的時間不會影響給引信的供能。圖7為裝定信號展開后的波形圖，圖8為間斷供能的反向傳輸信號的波形圖，上面為裝定器CPU 端口接收到的反向傳輸信號，下面為引信接收到裝定數據后給出的回答信號。試驗證明，裝定器發送的數據和引信接收的數據一致。

圖5 裝定信號Fig.5 setting signal

圖6 裝定信號和引信電容上的電壓波形圖Fig.6 charge voltage wave forms of setting sigral and fuze capacitor

圖7 裝定信號展開后的波形圖Fig.7 signal wave forms setting after the commencormant

圖8 間斷供能的反向傳輸信號的波形Fig.8 Inter mittenthy energizing a reverse wakeform of the tramsmission signal

4 結論

本文提出了間斷供能的引信裝定數據雙向傳輸方法。該方法中裝定器對引信間斷供電，在數據下傳完成后，裝定器依據裝定數據字節數停頓1ms左右，在這期間內引信將數據上傳回去，由裝定器檢測判斷反向傳輸數據是否正確，從而判斷裝定正確與否。試驗結果表明：該方法能實現裝定數據的反向傳輸，同時其解調電路簡單，反向傳輸電路的功耗低，有效提高反向傳輸階段的能量利用率，從而解決了在持續供能的引信裝定數據雙向傳輸這種方式下，大容量數據裝定無法可靠裝定的問題。目前，這種方法已在需要裝定復雜信息的大口徑引信上應用，同時為以后研究感應裝定的裝定參數到10KB以上的數據量提供了一條途徑。

［1］曲秀杰，李吉，李杰.電子時間引信裝定技術研究［J］.探測與控制學報，2001，3（3）：21-24.

［2］Witzeman F.Magneto-aerodynamic hypersonics［R］.US：AD-A292069.2012.

［3］傅君眉，馮恩信.高等電磁理論［M］.西安：西安交通大學出版社，2010.

［4］紀霞，王利.等離子體對感應裝定數據傳輸的影響分析［J］.探測與控制學報，2006，28（2）：1-5.

［5］紀霞.感應裝定中數據傳輸技術研究［D］.太原：中北大學，2008.