徐寶連,周玉清

(中國兵器工業(yè)第203研究所,西安 710065)

小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試技術(shù)研究*

徐寶連,周玉清

(中國兵器工業(yè)第203研究所,西安 710065)

提出一種新穎的小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試技術(shù),該技術(shù)提供一個(gè)非破壞的并且行之有效的手段來判斷導(dǎo)彈各個(gè)部件是否處于良好的工作狀態(tài)或性能是否退化。文中首先闡述了導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試的含義以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,深入研究了總體、接口選擇、測試態(tài)、電源、安全等設(shè)計(jì)原則以及導(dǎo)引頭、彈上計(jì)算機(jī)、慣導(dǎo)裝置、舵機(jī)等制導(dǎo)控制部件測試方法,并對導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用表明了設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性。

小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈;動(dòng)態(tài)測試;直升機(jī)載;制導(dǎo)控制部件

0 引言

小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈作為單兵、車載、艦載、直升機(jī)載、無人機(jī)載等的重要武器,在軍事和反恐斗爭中發(fā)揮著越來越重要的作用,為保證小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈在對敵斗爭中一直處于良好的狀態(tài),使用前對導(dǎo)彈性能評估必不可少[1]。目前,小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈主要進(jìn)行點(diǎn)火具的阻值測試,用來解決導(dǎo)彈是否發(fā)射出去的問題。隨著小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的飛速發(fā)展,制導(dǎo)體制逐漸從激光半主動(dòng)向圖像、紅外、毫米波以及多模等過渡,導(dǎo)彈系統(tǒng)組成更為復(fù)雜、電子產(chǎn)品更多、敏感器件更為精密、價(jià)值更高,并且,隨著戰(zhàn)場來即能戰(zhàn)、戰(zhàn)即能勝的要求,對出勤彈藥完好率提出了更高的要求。因此,研究小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試是指通過外部供電、信號激勵(lì)以及導(dǎo)彈BIT,獲取導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)中的導(dǎo)引頭、彈上計(jì)算機(jī)、舵機(jī)、慣導(dǎo)裝置等部件狀態(tài)信息,并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和故障診斷。在科研階段,通過測試儀進(jìn)行全面的工況覆蓋測試,發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,以提高導(dǎo)彈系統(tǒng)的固有可靠性;服役階段,通過導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈由于長貯以及運(yùn)輸過程導(dǎo)致導(dǎo)彈系統(tǒng)出現(xiàn)的故障,確保出勤導(dǎo)彈正常。

根據(jù)導(dǎo)彈的測試需求以及測試技術(shù)的發(fā)展,航天集團(tuán)已經(jīng)研制出四代導(dǎo)彈自動(dòng)測試系統(tǒng)[2],這些系統(tǒng)在導(dǎo)彈檢測和維護(hù)方面發(fā)揮了重要作用。中國空空導(dǎo)彈研究院提出總體測試工程化的概念[3],即把總體測試過程中的測試設(shè)備、技術(shù)與經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過吸收消化,形成產(chǎn)品,用于空空導(dǎo)彈的批交付測試和定期檢測與維護(hù),產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。洛克馬丁公司研制的便攜式TTU594A/E任務(wù)發(fā)射準(zhǔn)備測試裝置[4],包括測試主機(jī)和模擬目標(biāo)模塊,用于Paveway II(寶石路II)激光制導(dǎo)炸彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)部件發(fā)射前測試。美國毫米波仿真與試驗(yàn)驗(yàn)收中心用于長弓海爾法武器系統(tǒng)測試、仿真、訓(xùn)練、導(dǎo)彈交驗(yàn)、庫存導(dǎo)彈維護(hù)的仿真與驗(yàn)收中心。

從上述國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀表明,研究小型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試技術(shù)具有重要的意義。

1 導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試的幾個(gè)問題

1.1 總體設(shè)計(jì)問題

在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)做好測試性頂層設(shè)計(jì),具體包括:

a)在導(dǎo)彈總體設(shè)計(jì)時(shí),要進(jìn)行測試性設(shè)計(jì),主要分析出可能喪失的功能及可能下降的性能,再有針對性的設(shè)計(jì)檢測方案。

b)在進(jìn)行導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),要把每個(gè)部件以及整彈的可測試性設(shè)計(jì)落到實(shí)處,盡量提高產(chǎn)品的測試覆蓋率以及測試便捷性。

c)要合理選擇合格判據(jù),既要識(shí)別出問題,更要降低虛警率。

d)導(dǎo)彈一般測試過程包括導(dǎo)彈啟封、導(dǎo)彈搬運(yùn)、導(dǎo)彈架設(shè)、測試準(zhǔn)備、導(dǎo)彈測試、導(dǎo)彈撤收、導(dǎo)彈恢復(fù)包裝等階段。導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮到測試帶來的一系列問題如搬運(yùn)、導(dǎo)彈電氣接口、導(dǎo)彈包裝等,當(dāng)然可以給出相應(yīng)的解決措施,如導(dǎo)彈恢復(fù)包裝時(shí),建議更換或激活等量的干燥劑;導(dǎo)彈測試前,應(yīng)首先對靜態(tài)接口進(jìn)行測試等。

1.2 測試接口選擇問題

測試接口通常選擇導(dǎo)彈發(fā)射接口。進(jìn)行導(dǎo)彈彈上電氣及信息流設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡可能把彈上關(guān)鍵電氣信號引到發(fā)射接口,從而提高導(dǎo)彈測試評估的覆蓋度和便于導(dǎo)彈檢測。必要時(shí)應(yīng)把測試接口引到包裝箱外,便于導(dǎo)彈檢測。

1.3 測試對象選擇與測試方法

測試對象一般包括導(dǎo)彈制導(dǎo)控制部件即導(dǎo)引頭、彈上計(jì)算機(jī)、慣導(dǎo)裝置、舵機(jī)等。

a)導(dǎo)引頭測試方法

導(dǎo)引頭測試主要考察導(dǎo)引頭的電氣特性、目標(biāo)捕獲和跟蹤響應(yīng)能力。測試方法是:通過外部目標(biāo)模擬器,規(guī)劃不同的測試路徑,然后通過彈上計(jì)算機(jī)獲取導(dǎo)引頭輸出的相關(guān)信息。導(dǎo)引頭測試的關(guān)鍵技術(shù)在于研發(fā)目標(biāo)模擬器,目標(biāo)模擬器除滿足一般功能要求外,盡可能的做到輕型化、通用化,能夠滿足不同制導(dǎo)體制的導(dǎo)彈進(jìn)行測試。

b)彈上計(jì)算機(jī)測試方法

彈上計(jì)算機(jī)是整個(gè)導(dǎo)彈的核心。彈上計(jì)算機(jī)的測試方法主要通過其自檢結(jié)果以及測試過程中各參數(shù)綜合評價(jià)的結(jié)果,必要時(shí)設(shè)置測試態(tài),以進(jìn)行關(guān)鍵單元的邊界測試等。

c)慣導(dǎo)裝置測試方法

慣性器件(陀螺和加速度計(jì))誤差是慣性導(dǎo)航裝置中系統(tǒng)誤差的主要來源,為降低這些誤差的影響,通常通過參數(shù)標(biāo)定方法確定系統(tǒng)中與誤差有關(guān)的參數(shù),并通過補(bǔ)償算法來提高導(dǎo)航解算精度。然而,導(dǎo)彈慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差參數(shù)是隨著環(huán)境的變化、時(shí)間的推移而變化的,因此一般慣導(dǎo)裝置需要定期進(jìn)行測試和標(biāo)定,以提高慣導(dǎo)裝置的精度。慣導(dǎo)裝置標(biāo)定是非常復(fù)雜的一項(xiàng)工作,在現(xiàn)有技術(shù)條件下,慣導(dǎo)標(biāo)定必須利用專門標(biāo)定設(shè)備進(jìn)行,通常需要將慣導(dǎo)系統(tǒng)從載體上拆下來,利用轉(zhuǎn)臺(tái)等測試設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定過程復(fù)雜且耗時(shí)長,并且對其標(biāo)定環(huán)境和操作人員素質(zhì)的要求都非常高。目前,導(dǎo)彈測試方案之一就是通過彈上計(jì)算機(jī)獲取慣性導(dǎo)航裝置的相關(guān)信息,以判斷慣導(dǎo)裝置是否工作正常。隨著技術(shù)的進(jìn)步,慣性導(dǎo)航裝置性能趨于穩(wěn)定,免維護(hù)性能不斷提高,基本可滿足總體要求。

d)舵機(jī)測試方法

舵機(jī)測試主要為了對舵機(jī)系統(tǒng)控制的精確性、快速響應(yīng)性進(jìn)行評估。因此,舵機(jī)測試時(shí),通過合理規(guī)劃測試路徑,獲取舵機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),全面考察舵機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.4 電源設(shè)計(jì)問題

導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置采用獨(dú)立供電技術(shù),在給導(dǎo)彈供電時(shí),要對電源輸出進(jìn)行多重邏輯控制,能夠防止電源失控。彈上點(diǎn)火電源與其它電源進(jìn)行物理隔離,并進(jìn)行短路處理。

1.5 彈上計(jì)算機(jī)測試態(tài)設(shè)計(jì)問題

為了便于導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試,導(dǎo)彈自身設(shè)計(jì)測試狀態(tài)。在導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置給導(dǎo)彈裝定特定參數(shù)后,導(dǎo)彈在接收到該指令后,進(jìn)入測試狀態(tài),并在返回導(dǎo)彈狀態(tài)的相應(yīng)位置上進(jìn)行標(biāo)識(shí)。測試狀態(tài)與正常發(fā)射飛行狀態(tài)在擊發(fā)前沒有差別,擊發(fā)后差別有二點(diǎn)——模擬分離、不點(diǎn)火。

此外,為充分對導(dǎo)彈的性能進(jìn)行考核,應(yīng)設(shè)計(jì)測試彈道。測試彈道規(guī)劃應(yīng)遵循如下原則[5]:測試任務(wù)和導(dǎo)彈飛行任務(wù)的相似性、測試激勵(lì)信號和導(dǎo)彈彈道參數(shù)的相符性、測試時(shí)序和導(dǎo)彈工作時(shí)序的同一性、測試周期的兼容性等。

1.6 安全性設(shè)計(jì)問題

由于導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試對象是帶有火工品的實(shí)彈,且需對導(dǎo)彈進(jìn)行加電操作,所以導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試的設(shè)計(jì)首先必須保證操作人員、被測導(dǎo)彈及設(shè)備的安全。具體要求如下:

a)在導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試之前,應(yīng)對導(dǎo)彈發(fā)射電纜各信號線、點(diǎn)火具的阻值進(jìn)行測試,以判斷點(diǎn)火具的狀態(tài)。

b)對點(diǎn)火回路進(jìn)行開路處理,對點(diǎn)火具進(jìn)行短路處理,彈上、地面點(diǎn)火電路電源處于短路狀態(tài),確保安全,同時(shí),為防止電源干擾,需對設(shè)備殼體接地加以考慮。

c)測試設(shè)備進(jìn)行安全性設(shè)計(jì),通過工作電流監(jiān)測及控制,在導(dǎo)彈故障或其它情況下,及時(shí)切斷電源,防止電子產(chǎn)品損壞。

1.7 其它

a)測試周期的選擇方面

一般的導(dǎo)彈測試周期,選擇2年、5年或更長,其依據(jù)主要靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)評估,會(huì)不會(huì)存在過測試和欠測試,應(yīng)有充分的理論和數(shù)據(jù)作為依據(jù),以確保導(dǎo)彈處于良好的狀態(tài)。

b)批量導(dǎo)彈抽檢測試方面

若要求每一發(fā)導(dǎo)彈都要進(jìn)行測試,假如導(dǎo)彈同一批庫存較多,測試周期為1年,這樣將對用戶測試帶來很大的負(fù)擔(dān),能否結(jié)合小樣本、支撐向量機(jī)、貝葉斯統(tǒng)計(jì)等先進(jìn)理論與技術(shù)進(jìn)行抽樣檢測,這樣將大大降低人力和物力。

2 導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置的功能、組成和通用化設(shè)計(jì)

2.1 導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置主要功能

導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置主要功能包括:具有上電自檢功能,并能顯示自檢結(jié)果;具有檢測模式選擇功能;提供導(dǎo)彈檢測所需的外部電源,并控制外部電源為導(dǎo)彈供電;實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)彈發(fā)射全過程的狀態(tài)設(shè)定與控制;數(shù)據(jù)記錄及判定;提供故障定位清單等。

2.2 導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置組成

如圖1所示,導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置由主機(jī)、供電組件、目標(biāo)模擬系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理裝置、配套電纜等組成。各組成部分的功能如下:

a)主機(jī):完成設(shè)備自檢、輸出自檢結(jié)果;控制目標(biāo)模擬器產(chǎn)生相應(yīng)測試路徑以方便導(dǎo)引頭進(jìn)行狀態(tài)性能檢測;提供人機(jī)交互界面,完成導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試工作模式選擇、基本參數(shù)設(shè)置等;按設(shè)置完成與被測導(dǎo)彈的通訊并對相關(guān)信號進(jìn)行在線/離線處理和分析,給出測試結(jié)論。

b)供電組件:完成導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置工作所需的直流電源的交直流轉(zhuǎn)換以及導(dǎo)彈供電。

c)目標(biāo)模擬器:模擬目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

d)數(shù)據(jù)處理裝置:用于歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。

e)電纜:完成導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置各組件間以及對外的電氣連接。

2.3 導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置通用化設(shè)計(jì)

由圖1可知,導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置對于不同的導(dǎo)彈只是目標(biāo)模擬器不同,導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試主機(jī)和供電組件可以進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)。

通用化導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置主機(jī)如圖1所示。它由4個(gè)接口組成:導(dǎo)彈檢測接口、數(shù)據(jù)交互及目標(biāo)控制接口、電源輸入接口、備用接口等。其中導(dǎo)彈檢測接口通過電纜與導(dǎo)彈接口連接,給導(dǎo)彈供電,并進(jìn)行信息交互;數(shù)據(jù)交互及目標(biāo)控制接口主要為目標(biāo)模擬器設(shè)置,可為低功耗的目標(biāo)模擬器供電,并與目標(biāo)模擬器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;備用接口主要進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出和軟件更寫。

3 結(jié)束語

導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試技術(shù)不同于過去簡單地對導(dǎo)彈點(diǎn)火電阻進(jìn)行測試,它提供一個(gè)非破壞的并且行之有效的手段來判斷庫存導(dǎo)彈各個(gè)部件是否處于良好的工作狀態(tài)或性能是否退化。相關(guān)設(shè)計(jì)原則已經(jīng)在某導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測試裝置成功應(yīng)用,表明了設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性,取得了良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[1] 朱覓. 空空導(dǎo)彈綜合保障之我見 [C]∥中國航空學(xué)會(huì)可靠性工程專業(yè)委員會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì), 2006: 412-416.

[2] 田莉萍. 基于DSP+FPGA的機(jī)載空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)綜合檢測裝置 [D]. 南京: 南京理工大學(xué)工程, 2013: 1-58.

[3] 羅明洋, 馬力生, 李巖. 便攜式導(dǎo)彈檢測過程中的安全控制問題研究 [C]∥第一屆全國技術(shù)過程的故障診斷與安全性學(xué)術(shù)會(huì)議, 1999: 185-190.

[4] 劉鵬程, 杜毅民. 導(dǎo)彈總體測試工程化的幾個(gè)問題 [J]. 航空兵器, 2006(4): 50-53.

[5] Lockheed Martin Corporation. TTU-594A/E Provides Mission Ready Test of PavewayTMII Precision Guided Systems [OL]. Http: ∥www.lockheedmaritin.com/content/dam/lockheed/data/mfc/pc/ttU 594ae-mission-readness-test-set-mrts/mfc-mrts-pc.pdf.

[6] Ray Jerry A, Larson Gerald A, Terry John. Successful Hardware-in-the-loop Support of the Longbow/HELLFIRE Modular Missile System [C]∥Proceedings of SPIE，Vol. 4027: 82-90.

[7] 西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所信息中心情報(bào)組. 導(dǎo)彈研發(fā)手段與測試設(shè)備譯文集[G]. 西安：西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所，2010: 1-175.

Investigation on Small Tactical Missile Dynamic Test Technology

XU Baolian,ZHOU Yuqing

(No.203 Researsh Insitiute of China Ordnance Industries, Xi’an 710065, China)

One novel kind of small dynamic tactical missile test technology was proposed. A non-destructive and effective method was presented to estimate performance of the missile units. In this paper, the meaning of missile dynamic performance detection technology and technological advances were introduced. Then, the rules of total design testing, interface selection, test state, power, safety and the test methods to guidance and control units such as seeker, missile-borne computer, INS, actuator were investigated. Furthermore, a kind of dynamic missile test equipment was simply designed. The result of application demonstrates reliability and validity of the proposed technology for dynamic missile test.

small tactical missile; dynamic test; helicopter-borne; guidance and control units

2015-05-17

徐寶連(1960-),男,吉林長春人,研究員,研究方向:制導(dǎo)兵器電氣總體及保障技術(shù)。

TP302

A