潛艇魚雷武器通道檢測裝置的設計與實現

王新華，高洪林，李偉

（海軍潛艇學院，山東青島 266071）

0 引言

各型潛艇魚雷武器系統維修后，在實際發射魚雷武器前，為了檢測信息通道的通斷情況和系統中各設備的工作性能，往往需要裝載不同型號的魚雷武器配合調試檢測，其系統連接示意如圖1所示。

圖1 通道檢測連接示意圖Fig．1Schematic diagram of the channel test connection

魚雷發控設備通過××芯電設定電纜與魚雷相連，電設定信號需經過該電纜由管外傳輸到管內魚雷中，控制線導魚雷時還需要利用線導通信電纜傳遞遙控遙測信號。為了保證通道聯調檢測的正常進行，必須在管內（或備用架上）裝載相應的魚雷武器，這給使用帶來很大困難，同時如果魚雷準備異常或系統的某一設備異常都可能釀成不可挽回的聯調事故。

為了在無雷條件下進行系統聯調，避免聯調事故的發生和簡化聯調程序，現提出通用型潛艇魚雷武器通道檢測裝置，并進行了原理樣機的設計。

1 聯調檢測原理

1.1 電設定通道性能檢測原理

電設定通道性能調試主要涉及的設備包括指控設備、魚雷發控設備和通道轉接設備等。聯調檢測時由指控設備發送魚雷數據和命令，經過魚雷發控設備和信息轉接，通過××芯電纜傳遞給魚雷，在魚雷專用電源供電正常的情況下，如果系統通道正常，且各設備工作狀態正常，則魚雷的返回數據和命令均正常，否則調試過程不能正常進行，這時可根據具體現象分析原因。

1.2 線導魚雷遙控遙測通道性能檢測原理

線導通道性能調試主要涉及的設備包括指控設備、調制解調裝置、魚雷發控設備、信息通道轉接設備等。在電設定通道正常的情況下，檢測時由指控設備發送魚雷數據和命令，遙控數據和遙控命令經過調制解調裝置的調制后，經過信息轉接設備的轉接，通過線導通信電纜傳遞給魚雷，如果整個系統工作正常且電設定通道工作正常，則魚雷返回的遙測數據和魚雷狀態信息均正常，否則調試過程不能正常進行，這時可根據具體現象分析原因。

2 檢測方法改進的必要性

由以上分析可知，潛艇魚雷武器通道的檢測區別于一般意義檢測的重要方面在于整個檢測過程是一個動態、在線檢測過程。現有的系統聯調檢測時，魚雷的準備情況及工作性能對檢測能否順利進行具有重要影響，并且艇員所能見到的只是聯調檢測正常或不正常，而各個設備的詳細工作狀態和技術性能無法顯示。這給戰斗使用帶來很多安全隱患，如某支隊在進行某型魚雷檢查時，將雷內的線路板燒壞，而該武器系統在檢查其他魚雷時卻顯示正常，后來發現魚雷專用電源所供的標稱為27 V的電壓實際高出很多。

為了保證魚雷武器通道聯調檢測的準確性和可靠性，以及檢測過程中的安全性，必須改變現有的聯調檢測模式。從安全方面考慮，可以改變實際魚雷參加調試的方法，利用自動控制及計算機仿真技術，研制等效實際魚雷的裝置代替魚雷參加調試檢測，同時增加人機交換及信息顯示功能，使艇員在檢測調試時不僅知道結果，而且對檢測過程和各裝備的工作狀態有更深入的理解。

目前，魚雷武器系統維修后的通道聯調檢測方法不能滿足現代潛艇戰備保障的使用要求，研制魚雷武器通道檢測裝置代替實際魚雷，滿足通道聯調檢測的安全性和可靠性，實現動態檢測是目前部隊亟待解決的裝備難題。

3 檢測裝置研制涉及的主要技術

由上述分析可知，需要研制的可視化聯調檢測裝置，一方面能代替實際魚雷的工作流程，能同時檢測魚雷武器發控的設定通道和線導通道的通斷，同時能檢測發控設備對各型魚雷的供電、自檢、預設定、電池內注液、轉雷內供電等的執行和反饋情況、線導魚雷的遙控命令執行情況、遙測信息返回情況、魚雷專用電源的帶負載能力等。可視化通道檢測裝置研制涉及的主要技術有:

1）檢測線導遙控遙測通道的調制解調及通訊技術;

2）檢測魚雷的供電、自檢、預設定、電池內注液、轉雷內供電等的執行和反饋情況需要的RS232串行口通訊;

3）檢測專用電源帶負載能力的模擬負載及相應的電流電壓檢測技術;

4）保證艇載設備安全的信號隔離技術等。

3.1 調制解調及相關通訊技術

要完成線導通道聯調檢測，聯調檢測裝置必須具有與艇上線導調制解調裝置相協調的調制解調裝置及相關的監測等通訊接口。

對線導通道的接口分析知，待研制的調制解調部分應具有以下功能:

1）通過RS232串行口接收線導魚雷的發控命令及數據和設定信息，并發送檢測信息;

2）通過線導導線與艇上調制解調裝置通信，接收線導魚雷遙控命令及遙控數據、發送遙測數據等。

實現調制解調裝置基本功用的途徑一是通過研究線導魚雷的調制解調裝置，根據其工作原理及主要技術指標設計代替產品，二是分析研究艇上調制解調裝置的工作原理及主要技術指標設計配套檢測調試設備。

由線導魚雷的相關資料可知線導魚雷調制解調裝置［1］的工作體制，調制方式、調制器和解調器中心頻率以及與指控設備通訊口信號傳輸速率等，本方案采用仿照雷上調制解調裝置研制等效調制解調裝置。

線導魚雷雷上調制解調裝置由通信處理機、功放及分路濾波器、線導電源等組成，功能是接收發射艇由線導導線傳輸至魚雷的自檢命令和遙控指令，經分路濾波、AGC放大、解調和碼元同步后送至單片機進行處理，并經串行口送往控制系統;同時，將控制系統送來的遙測信息加以調制、成形濾波、功率放大后經同一根線導導線傳輸至發射艇。組成如圖2所示。

各組成部分的功能如下:

分路濾波器除參加信號提取外，還擔負阻擋發送模塊向線導導線上發射的近百伏峰峰值電壓。

2）接收濾波器

圖2 調制解調器裝置組成示意圖Fig．2Schematic diagram of the modem

2 塊MAX274組成了2個八階接收濾波器，這種濾波器性能穩定，易于調試，另外每級八階濾波器設計具有6 dB的增益。提高了接收靈敏度。

3）AGC放大電路

由于本裝置的輸入信號在魚雷運動過程中變化較大，為使解碼電路穩定工作，故用了AGC電路。若用分離元件的話，則AGC電路在選管、調試上都較困難，為此用VCA610AGC集成電路，該電路具有±40 dB的控制能力，且使用方便、穩定。

4）解調及碼元同步電路

用于遙控命令及數據的解調及同步通訊。5）調制電路

①“綠色的馬克思”是一個生態主義的前衛術語，引自孫文亮、李安增、鐵省林主編的《馬克思在21世紀——晚期馬克思主義的視角》，鳳凰出版傳媒集團、江蘇人民出版社,2011.

用于遙測數據的調制及同步通訊。

6）有源濾波器

由于調制信號為脈沖信號，為壓縮傳遞信號的頻譜需輸出正弦波信號，為此用1塊MAX274組成1個四階濾波器來實現方波變正弦波的工作。

7）功放電路

用OPA541集成功放塊來完成。該集成塊工作范圍寬，輸出電流大（最大可達10A）能滿足需要。

3.2 多串口通訊技術

由魚雷發控設備與魚雷武器接口分析可知，輔助調試設備除應具有負載電流、電壓接口外，還有供設定數據傳輸的RS232串行通訊口。同時，輔助調試設備為了進行用戶界面友好設計，要加裝信號監測口等。在微機外設中，RS232串行口是應用最為廣泛的I/O通道之一，串行線路上的數據是一次一位地發送或接收，數據字節的間隔是任意長短的，雖然有如各數據位的間隔必須精確定時、通信速率無法同并行通信相比等不足。但大多數外設都提供了串行接口，尤其在工業現場RS232C的應用更為常見。IBMPC及兼容機系列都有RS232的適配器，操作系統也提供了編程接口［2］。所以，多個RS232串口通訊實現輔助設備與發控設備、監測設備通訊等是理想選擇。

3.3 傳感器及檢測技術

從現代測試技術的發展趨勢看［3］，內裝自測試及測試自動化、智能化是其主要方向。在輔助設備的研制中，可以利用一種新的電壓電流組合傳感器［4］實現對電壓電流的實時檢測，新型電壓電流傳感器是一種采用Rogowski線圈結構的電流電壓傳感器，重量輕，且無磁飽和現象，在很寬的頻帶（0.1 Hz～1 MHz）內都有很好的線性度［5－6］，組合式傳感器中的電壓傳感器以電容環為高壓臂電容作成阻容分壓器，可大幅減小體積、重量，還可消除傳統的電壓互感器PT固有的鐵磁諧振問題。根據這2種傳感器的結構特點，可將它們做成組合式傳感器（見圖3）

圖3 組合式傳感器組成示意圖Fig．3Schematic diagram of the combinatorial sensor

圖3中高壓導體通過電流時，在Rogowski線圈兩端感生出電動勢，經信號線引出至信號處理盒內;取導體環與高壓側導體之間的分布電容為高壓臂電容，再串聯一取信號電阻Rd，其上的電壓信號經電纜線傳送至信號處理盒內，經其輸出端子輸出。信號處理盒內裝有對2路信號進行積分等處理的電子線路，電源由接線端子引入。

3.4 信號隔離技術

檢測裝置與魚雷武器發射控制設備配合聯調檢測時，經過該裝置的既有大電流（如某型魚雷提前啟動時電流為25 A左右）、高電壓，又有調制解調信號和多個RS232串行口通信信號，為避免信號間相互干擾，必須采取相應的信號隔離技術。光電隔離技術［7－9］在可行性、可靠性等方面均符合要求。

4 技術實現

4.1 軟硬件設計

針對上述分析和滿足現代潛艇戰備保障的使用要求，研究設計了潛艇魚雷武器通道檢測裝置。

該裝置主要由工控計算機、等效負載及其控制、測量部分、線導調制解調裝置等部分組成，其原理如圖4所示。

圖4 通道檢測裝置組成Fig．4Schematic diagram of the channel testing devices

其中，線導調制解調裝置與艇上調制解調器配合，接收并解調指控設備發送給魚雷的遙控數據和遙控命令，調制并發送遙測數據和魚雷狀態信息，軟件模塊組成如圖5所示。

圖5 調制解調裝置軟件組成Fig．5Software form of the modem

等效負載及其控制、測量部分用來模擬所要等效的各雷種的不同負載，并在檢測調試過程顯示通過各負載的電流及端部電壓，進而分析魚雷專用電源的供電邏輯和電源參數的準確性。

工控計算機用于信號的集中統一處理，利用計算機仿真技術、圖形顯示、自動控制等技術使該設備可以通過軟件選擇所要等效的魚雷種類，同時顯示調試過程中接收到的命令和設定數據信息、命令執行情況、命令及數據的返回情況、遙控命令及遙控數據的接收和執行情況、遙測數據的返回情況等，其軟件組成如圖6所示。

圖6 控制的計算機軟件組成Fig．6Software form of the controlling computer

該裝置在代替各種不同魚雷進行魚雷武器系統聯調檢測時，不僅可以與實際魚雷一樣檢測系統的通斷、工作性能等，還將調試過程中的各種信息動態顯示出來，保證了系統聯調檢測的準確性、可靠性和安全性。

4.2 試驗

根據上述軟硬件設計方案實現的檢測裝置研制成功后，按照潛用武器裝備的使用要求，分別對2條檢修后的潛艇的魚雷武器系統進行了檢測和配合調試。同時，按照有關要求對系統進行了抗震性、電磁兼容性等相關試驗，各項試驗結果表明，該設備達到了預期的設計要求，可以滿足魚雷武器通道相關參數的檢測需要。

5 結語

潛艇魚雷武器通道檢測裝置采用計算機仿真技術、自動控制技術、在線測量技術和信號隔離等技術，實現了對主戰魚雷模擬負載的正確轉換和發控通道電參數的準確測量，以及模擬戰雷進行遙控遙測的正確通信并適時顯示魚雷的平面彈道。解決了潛艇部隊在沒有戰雷的情況下進行魚雷武器系統檢修后的系統聯調檢測困難的實際問題，同時為維修技術人員提供了魚雷發控通道供電故障的快速定位和對發控裝備維修后進行系統檢查的保障設備，滿足部隊使新裝備盡快形成戰斗力的需要，滿足裝備維修人員在艇上快速保障需要，為潛艇魚雷武器系統快速移動保障奠定了基礎，具有重要的軍事意義。同時，該裝置可擴充性強，克服了實裝武器參與檢測、訓練不安全且需耗費大量人力物力等缺點，具有巨大的經濟效益。

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