某型導(dǎo)彈二次加電情況研究

李朝華 王東振 程遠(yuǎn)方 張緒榮 史俊偉

摘要：某引進(jìn)型導(dǎo)彈在發(fā)射過程中，載機(jī)提供給導(dǎo)彈的“準(zhǔn)備電”存在二次加電情況。本文從導(dǎo)彈發(fā)射流程以及武器控制系統(tǒng)控制導(dǎo)彈加電流程入手，對(duì)“二次加電”進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并結(jié)合導(dǎo)彈對(duì)準(zhǔn)原理等對(duì)“準(zhǔn)備電”二次加電可能造成的影響進(jìn)行了深入分析，提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)彈；二次加電；傳遞對(duì)準(zhǔn)

Keywords：missile；secondary power up；transfer alignment

1 故障現(xiàn)象

從加裝遙測(cè)系統(tǒng)的某引進(jìn)型導(dǎo)彈的遙測(cè)數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，該型導(dǎo)彈在發(fā)射過程中，載機(jī)提供給導(dǎo)彈的“準(zhǔn)備電”存在二次加電情況，具體表現(xiàn)為：“距離允許”標(biāo)志出現(xiàn)前，載機(jī)第一次供給導(dǎo)彈“準(zhǔn)備電”，導(dǎo)彈在“準(zhǔn)備電”存在期間進(jìn)行上電自檢，產(chǎn)生“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”信號(hào)，“準(zhǔn)備電”持續(xù)一段時(shí)間后載機(jī)停止供給導(dǎo)彈“準(zhǔn)備電”；發(fā)射扳機(jī)按下時(shí)載機(jī)在第二次供給導(dǎo)彈“準(zhǔn)備電”的同時(shí)激活導(dǎo)彈熱電池，導(dǎo)彈上電自檢、產(chǎn)生“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”信號(hào)，導(dǎo)彈熱電池激活后與載機(jī)聯(lián)合供電，導(dǎo)彈彈射離梁后轉(zhuǎn)由熱電池自主供電。

為進(jìn)一步確認(rèn)“準(zhǔn)備電”二次加電情況，對(duì)導(dǎo)彈發(fā)射流程、武器控制系統(tǒng)控制導(dǎo)彈加電流程進(jìn)行分析，對(duì)“準(zhǔn)備電”二次加電進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，最后結(jié)合導(dǎo)彈對(duì)準(zhǔn)原理等分析了“準(zhǔn)備電”二次加電的影響，并提出改進(jìn)建議。

2 裝備原理分析

2.1 導(dǎo)彈發(fā)射流程分析

該引進(jìn)型導(dǎo)彈空中使用分為懸掛狀態(tài)、加溫狀態(tài)、準(zhǔn)備狀態(tài)、發(fā)射狀態(tài)、自主飛行狀態(tài)，發(fā)射時(shí)序圖如圖1所示。

1）懸掛狀態(tài)

導(dǎo)彈吊掛載機(jī)后，導(dǎo)彈上的分離接座與航空彈射裝置上的接頭對(duì)接，載機(jī)通過觸點(diǎn)識(shí)別導(dǎo)彈懸掛標(biāo)記、安全保險(xiǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)閉鎖狀態(tài)完好標(biāo)記、導(dǎo)彈識(shí)別碼等掛彈指示信息。

2）加溫狀態(tài)

載機(jī)起飛前向?qū)椞峁凹訙仉姟?，用于?dǎo)彈內(nèi)部陀螺、速調(diào)管、恒溫晶振等部組件的加溫預(yù)熱。

3）準(zhǔn)備狀態(tài)

進(jìn)入導(dǎo)彈允許發(fā)射區(qū)前，載機(jī)向?qū)椞峁皽?zhǔn)備電”，用于導(dǎo)引頭、飛控的電子部件供電，導(dǎo)引頭、飛控等上電進(jìn)行自檢，導(dǎo)彈自檢合格后形成“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”信號(hào)向載機(jī)輸出。某系列飛機(jī)早期型號(hào)在接收“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”信號(hào)時(shí)斷開提供給導(dǎo)彈的“準(zhǔn)備電”，該系列飛機(jī)中期型號(hào)在向?qū)椞峁皽?zhǔn)備電”一段時(shí)間后斷開給導(dǎo)彈的“準(zhǔn)備電”，導(dǎo)彈處于斷開“準(zhǔn)備電”狀態(tài)，但載機(jī)平顯顯示導(dǎo)彈已準(zhǔn)備好。

4）發(fā)射狀態(tài)

進(jìn)入導(dǎo)彈攻擊的有效距離內(nèi)后載機(jī)平顯出現(xiàn)“允許發(fā)射”字符，飛行員根據(jù)空中情況按壓“發(fā)射”扳機(jī)，發(fā)射扳機(jī)按下后“發(fā)射”指令、“熱電池點(diǎn)火”指令、“熱電池點(diǎn)火電壓”“準(zhǔn)備電”下達(dá)至導(dǎo)彈。

導(dǎo)彈導(dǎo)引頭及飛控上電自檢合格后向載機(jī)輸出“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”信號(hào)；熱電池激活電壓正常后向載機(jī)輸出“導(dǎo)彈進(jìn)入狀態(tài)”信號(hào)；熱電池激活后，舵機(jī)上電自檢、解鎖后向載機(jī)輸出“延時(shí)投放”信號(hào)；載機(jī)接收到導(dǎo)彈返回的上述相關(guān)信息后，引爆航空彈射裝置電爆管彈射導(dǎo)彈。

5）自主飛行狀態(tài)

導(dǎo)彈根據(jù)離機(jī)時(shí)載機(jī)提供的飛行任務(wù)及中制導(dǎo)段無線電修正信息飛向目標(biāo)。

2.2 “準(zhǔn)備電”加電流程分析

1）空中首次加電

某系列飛機(jī)早期型號(hào)雷達(dá)在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，火控計(jì)算機(jī)通過總線向武器控制系統(tǒng)功能交聯(lián)組件發(fā)送一個(gè)雙極性串行碼字（見圖2）。該字第23～28位為“某一掛點(diǎn)準(zhǔn)備”指令，武器控制系統(tǒng)接收譯碼后加載至自動(dòng)組件繼電器控制端，同時(shí)功能交聯(lián)組件按照延時(shí)時(shí)間形成“接通準(zhǔn)備”指令加載至自動(dòng)部件電路，自動(dòng)部件電路據(jù)此形成“27V準(zhǔn)備”指令至航空彈射裝置。航空彈射裝置電源部件根據(jù)“27V準(zhǔn)備”指令將載機(jī)交流電轉(zhuǎn)換為導(dǎo)彈所需“準(zhǔn)備電”，導(dǎo)彈上電自檢合格后產(chǎn)生“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”信號(hào)，通過航空彈射裝置上傳至武器控制系統(tǒng)自動(dòng)部件并轉(zhuǎn)換為“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好/頭部截獲”信號(hào)，通過自動(dòng)部件內(nèi)部繼電器自保至導(dǎo)彈發(fā)射，作為允許發(fā)射的條件之一，并在載機(jī)座艙選擇和顯示控制臺(tái)中顯示該掛點(diǎn)導(dǎo)彈準(zhǔn)備好的信息，自動(dòng)組件在接收到“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好/頭部截獲”信號(hào)后，通過繼電器切斷“27V準(zhǔn)備”指令。

上述過程可歸納為：在空中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，武器控制系統(tǒng)接收到火控系統(tǒng)通過雙極性串行碼傳來的“掛點(diǎn)準(zhǔn)備”指令后，根據(jù)一定的延時(shí)時(shí)間形成“27V準(zhǔn)備”指令，航空彈射裝置根據(jù)該指令向?qū)椆皽?zhǔn)備電”，導(dǎo)彈上電自檢合格后，通過航空彈射裝置向武器控制系統(tǒng)傳輸“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好/頭部截獲”信號(hào)，武器控制系統(tǒng)根據(jù)此指令切斷“準(zhǔn)備”指令，航空彈射裝置停止向?qū)椆皽?zhǔn)備電”，同時(shí)武器控制系統(tǒng)記憶“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”信號(hào)至導(dǎo)彈發(fā)射，作為允許發(fā)射的條件之一。

2）空中二次加電

在進(jìn)入導(dǎo)彈允許發(fā)射區(qū)后，武器控制系統(tǒng)功能交聯(lián)組件通過總線向火力控制系統(tǒng)發(fā)送若干個(gè)包含“允許發(fā)射”的一個(gè)雙極性串行碼字（見圖3），平視顯示器上顯示“允許發(fā)射”符號(hào)，飛行員適時(shí)扣壓發(fā)射扳機(jī)，“發(fā)射”指令經(jīng)過航炮自動(dòng)部件以及控制和轉(zhuǎn)換組件進(jìn)行狀態(tài)選擇，經(jīng)過導(dǎo)彈自動(dòng)部件進(jìn)行消抖處理，根據(jù)掛點(diǎn)條件確定發(fā)射導(dǎo)彈的掛點(diǎn)，經(jīng)過導(dǎo)彈控制組件以及自動(dòng)組件轉(zhuǎn)換為“27V準(zhǔn)備”指令、“發(fā)射1”指令、“發(fā)射2”指令至航空彈射裝置。航空彈射裝置電源部件根據(jù)“27V準(zhǔn)備”指令將載機(jī)三相交流電再次轉(zhuǎn)換為導(dǎo)彈所需“準(zhǔn)備電”，同時(shí)“發(fā)射1”指令、“發(fā)射2”指令通過航空彈射裝置繼電器向?qū)棸l(fā)出“熱電池點(diǎn)火”指令及熱電池點(diǎn)火電壓，導(dǎo)彈根據(jù)工作時(shí)序執(zhí)行后續(xù)操作。當(dāng)“導(dǎo)彈進(jìn)入狀態(tài)”信號(hào)與“延時(shí)投放”信號(hào)產(chǎn)生后，航空彈射裝置生成“導(dǎo)彈進(jìn)入狀態(tài)1”信號(hào)至武器控制系統(tǒng)，武器控制系統(tǒng)停止向航空彈射裝置提供三相交流電，導(dǎo)彈“準(zhǔn)備電”停止供電。

上述過程可歸納為：在進(jìn)入導(dǎo)彈允許發(fā)射區(qū)后，飛行員適時(shí)扣壓發(fā)射扳機(jī)，武器控制系統(tǒng)將“發(fā)射”指令轉(zhuǎn)換為“27V準(zhǔn)備”指令、“發(fā)射1”指令、“發(fā)射2”指令至航空彈射裝置，航空彈射裝置向?qū)椆皽?zhǔn)備電”與熱電池點(diǎn)火電壓，導(dǎo)彈根據(jù)工作時(shí)序執(zhí)行自檢與電池激活，當(dāng)導(dǎo)彈進(jìn)入狀態(tài)后，武器控制系統(tǒng)停止向?qū)椆皽?zhǔn)備電”。

3 “準(zhǔn)備電”二次加電試驗(yàn)驗(yàn)證

選取2架某系列中期型號(hào)飛機(jī)裝掛航空彈射裝置，連接軍械檢測(cè)車，使用示波器監(jiān)控采集某引進(jìn)型導(dǎo)彈加溫、準(zhǔn)備、發(fā)射全過程的加“準(zhǔn)備電”情況，采集波形如圖4、圖5所示。試驗(yàn)情況表明該系列中期型號(hào)飛機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈過程中存在二次加“準(zhǔn)備電”情況，第一次加“準(zhǔn)備電”時(shí)間持續(xù)幾秒鐘，第二次“準(zhǔn)備電”在按壓發(fā)射扳機(jī)后產(chǎn)生。

4 “準(zhǔn)備電”二次加電影響分析

4.1 對(duì)準(zhǔn)影響

導(dǎo)彈對(duì)準(zhǔn)分為粗對(duì)準(zhǔn)以及精對(duì)準(zhǔn)，定義如下。

“粗對(duì)準(zhǔn)”：又稱數(shù)學(xué)分離、傳遞對(duì)準(zhǔn)，是指在載機(jī)與導(dǎo)彈固連且載機(jī)慣導(dǎo)精度足夠的情況下，直接將導(dǎo)彈在載機(jī)系的參數(shù)利用飛行任務(wù)傳給導(dǎo)彈完成對(duì)準(zhǔn)，建立導(dǎo)彈慣導(dǎo)和機(jī)載主慣導(dǎo)相一致的導(dǎo)航坐標(biāo)系，明確導(dǎo)彈在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位置、速度和姿態(tài)。但載機(jī)與固連的導(dǎo)彈在角位置上有顯著的彈性變形，在感受的速度方面存在因桿臂效應(yīng)造成的差異，在載機(jī)慣導(dǎo)測(cè)得信息與導(dǎo)彈得到該信息之間存在信息延遲誤差。因此，除了控制導(dǎo)彈在載機(jī)的安裝誤差外，必須對(duì)上述誤差進(jìn)行補(bǔ)償，利用載機(jī)火控向?qū)梻鬟f經(jīng)補(bǔ)償計(jì)算的導(dǎo)彈相對(duì)于慣性系的初始四元數(shù)、位置、速度作為導(dǎo)航計(jì)算的初值，再利用彈上存儲(chǔ)的從彈上慣導(dǎo)測(cè)量的該時(shí)刻直至當(dāng)前時(shí)刻的信息進(jìn)行追溯導(dǎo)航計(jì)算，以完成初始對(duì)準(zhǔn)?！按謱?duì)準(zhǔn)”的完成是形成“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”的必要條件之一。

“精對(duì)準(zhǔn)”：在出現(xiàn)“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”信號(hào)后，若“準(zhǔn)備電”持續(xù)供電，則導(dǎo)彈自動(dòng)進(jìn)入“精對(duì)準(zhǔn)”狀態(tài)，并允許隨時(shí)發(fā)射導(dǎo)彈。對(duì)于遠(yuǎn)距攻擊，動(dòng)基座傳遞粗對(duì)準(zhǔn)的精度不能滿足導(dǎo)引頭截獲概率的要求，需要進(jìn)一步提高對(duì)準(zhǔn)精度。當(dāng)載機(jī)與導(dǎo)彈固連在一起無初始角誤差時(shí)，載機(jī)慣導(dǎo)應(yīng)與導(dǎo)彈慣導(dǎo)測(cè)量并計(jì)算得到的速度相等，不相等的主要原因就是存在初始角誤差。用卡爾曼濾波方法估計(jì)該誤差，并對(duì)當(dāng)時(shí)的導(dǎo)航參數(shù)進(jìn)行修正，以此作為導(dǎo)航計(jì)算的新起點(diǎn)，這就是卡爾曼濾波精對(duì)準(zhǔn)方法。導(dǎo)彈采用載機(jī)慣導(dǎo)與導(dǎo)彈慣導(dǎo)系統(tǒng)“速度+姿態(tài)”匹配方案實(shí)現(xiàn)快速傳遞對(duì)準(zhǔn)，該卡爾曼濾波算法對(duì)機(jī)翼的振動(dòng)有很好的魯棒性，可在幾秒內(nèi)完成“精對(duì)準(zhǔn)”，且對(duì)準(zhǔn)精度極高。

下面通過對(duì)比國產(chǎn)和某引進(jìn)型導(dǎo)彈遙測(cè)及飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。國產(chǎn)導(dǎo)彈發(fā)射前（扣壓扳機(jī)前），由載機(jī)提供導(dǎo)彈“準(zhǔn)備電”，扣壓扳機(jī)后，導(dǎo)彈熱電池點(diǎn)火供電，導(dǎo)彈發(fā)射離梁。期間未出現(xiàn)“準(zhǔn)備電”二次加電情況，如圖6所示。某引進(jìn)型導(dǎo)彈發(fā)射前（扣壓扳機(jī)前），由載機(jī)提供導(dǎo)彈“準(zhǔn)備電”并持續(xù)一段時(shí)間后載機(jī)切斷電，扣壓扳機(jī)后，載機(jī)再次提供導(dǎo)彈“準(zhǔn)備電”，同時(shí)激活導(dǎo)彈熱電池點(diǎn)火供電，導(dǎo)彈發(fā)射離梁，如圖7所示。

某引進(jìn)型導(dǎo)彈飛行控制組件技術(shù)說明書中明確導(dǎo)彈準(zhǔn)備好時(shí)間分為有“對(duì)準(zhǔn)”和無“對(duì)準(zhǔn)”兩種狀態(tài)。按下發(fā)射扳機(jī)是個(gè)不可逆過程，可以在兩種狀態(tài)下按下發(fā)射扳機(jī)：在有“對(duì)準(zhǔn)”準(zhǔn)備后；在無“對(duì)準(zhǔn)”準(zhǔn)備后。

綜上所述，該引進(jìn)型導(dǎo)彈設(shè)計(jì)上具有“精對(duì)準(zhǔn)”功能，目前在對(duì)該型導(dǎo)彈飛控軟件程序代碼的破譯中已確認(rèn)其存在“精對(duì)準(zhǔn)”程序，而該型導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)出現(xiàn)“準(zhǔn)備電”二次加電，將使其無法實(shí)現(xiàn)“精對(duì)準(zhǔn)”功能，會(huì)造成遠(yuǎn)距攻擊命中率較低情況。根據(jù)該型導(dǎo)彈飛行控制組件技術(shù)說明書和目前的軟件破譯工作結(jié)果，確認(rèn)該系列飛機(jī)應(yīng)該具有滿足導(dǎo)彈“精對(duì)準(zhǔn)”發(fā)射的功能，載機(jī)提供的“準(zhǔn)備電”不應(yīng)斷電且應(yīng)保持到導(dǎo)彈發(fā)射。

4.2 電網(wǎng)波動(dòng)影響

發(fā)射瞬間“準(zhǔn)備電”二次加電的發(fā)射模式可能出現(xiàn)電壓異常波動(dòng)等情況，影響數(shù)據(jù)傳輸處理的完整性與正確性，對(duì)導(dǎo)彈產(chǎn)生不利影響。為評(píng)估“準(zhǔn)備電”二次加電發(fā)射模式對(duì)引進(jìn)導(dǎo)彈導(dǎo)引頭可能造成的影響，航空工業(yè)中南電磁兼容監(jiān)督檢測(cè)中心對(duì)該型導(dǎo)彈導(dǎo)引頭開展了與飛機(jī)平臺(tái)供電品質(zhì)相關(guān)的電磁兼容試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是該型導(dǎo)彈導(dǎo)引頭未通過CS106測(cè)試。CS106測(cè)試的目的是考核受試設(shè)備承受電網(wǎng)尖峰電壓干擾的能力，這些尖峰由載機(jī)上感性負(fù)載的切換或電路開關(guān)或繼電器的工作（跳閘等）等帶來。由于某系列飛機(jī)在該引進(jìn)型導(dǎo)彈發(fā)射瞬間需同時(shí)進(jìn)行“準(zhǔn)備電”二次加電以及熱電池點(diǎn)火，增加了波動(dòng)產(chǎn)生尖峰電壓干擾的概率，可能影響到該型導(dǎo)彈上電自檢，造成自檢不合格或自檢時(shí)間過長，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)彈不離架。

4.3 小結(jié)

1）某引進(jìn)型導(dǎo)彈飛行控制組件技術(shù)說明書等技術(shù)資料已確認(rèn)其具備“精對(duì)準(zhǔn)”功能，目前國內(nèi)對(duì)導(dǎo)彈軟件的破譯工作已證實(shí)導(dǎo)彈存在“精對(duì)準(zhǔn)”功能。導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)出現(xiàn)“準(zhǔn)備電”二次加電使導(dǎo)彈無法實(shí)現(xiàn)“精對(duì)準(zhǔn)”功能，遠(yuǎn)距攻擊命中率較低。

2）根據(jù)飛行控制組件技術(shù)說明書和目前國內(nèi)對(duì)軟件破譯工作的結(jié)果推測(cè)，某系列飛機(jī)應(yīng)該具有滿足導(dǎo)彈“精對(duì)準(zhǔn)”發(fā)射的功能，載機(jī)提供的“準(zhǔn)備電”不應(yīng)斷電且應(yīng)保持到導(dǎo)彈發(fā)射。

3）導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)“準(zhǔn)備電”二次加電增加了波動(dòng)產(chǎn)生尖峰電壓干擾的概率，可能影響導(dǎo)彈上電自檢，造成自檢不合格或自檢時(shí)間過長，導(dǎo)致導(dǎo)彈不離架。

5 改進(jìn)思路

1）對(duì)于某系列飛機(jī)早期型號(hào)，由于其設(shè)計(jì)年代較早，武器控制系統(tǒng)內(nèi)部無計(jì)算機(jī)，可通過修正武器控制系統(tǒng)內(nèi)部硬件電路和增加延時(shí)電路及判別比較電路，實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)備電”長時(shí)加電功能。同時(shí)，“準(zhǔn)備電”加電最長時(shí)間應(yīng)綜合考慮航空彈射裝置電源部件能力、載機(jī)平臺(tái)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度累積誤差、導(dǎo)彈慣導(dǎo)散熱能力、對(duì)準(zhǔn)算法等。

2）對(duì)于某系列飛機(jī)中期型號(hào)，應(yīng)修正武控計(jì)算機(jī)內(nèi)部導(dǎo)彈“準(zhǔn)備電”加電時(shí)序，將“準(zhǔn)備電”加電時(shí)間延長，用于導(dǎo)彈“精對(duì)準(zhǔn)”。同時(shí)，“準(zhǔn)備電”加電最長時(shí)間也應(yīng)綜合考慮航空彈射裝置電源部件能力、載機(jī)平臺(tái)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度累積誤差、導(dǎo)彈慣導(dǎo)散熱能力、對(duì)準(zhǔn)算法等。

3）導(dǎo)彈發(fā)射前實(shí)施“精對(duì)準(zhǔn)”過程后，導(dǎo)彈中制導(dǎo)段慣性導(dǎo)航精度會(huì)有一定程度的提高，相應(yīng)導(dǎo)引頭截獲概率也會(huì)有所提高，因此應(yīng)在導(dǎo)彈動(dòng)力射程允許范圍內(nèi)、在滿足彈目交會(huì)要求的導(dǎo)彈最低速度及最低可用過載等條件下，同步修正火控計(jì)算機(jī)導(dǎo)彈攻擊區(qū)解算，進(jìn)一步釋放導(dǎo)彈潛能。

作者簡介

李朝華，工程師，主要從事彈藥總體技術(shù)研究。

程遠(yuǎn)方，工程師，主要從事彈藥總體技術(shù)研究。

張緒榮，工程師，主要從事彈藥仿真研究。

史俊偉，工程師，主要從事靶試分析研究。