無線電引信的精確延時接電控制

趙耀軍，陳朝暉，張 南，潘曉建

（西安機電信息技術研究所，陜西 西安 710065）

0 引言

地炮無線電引信可以使彈丸在接近地面10 m左右時凌空爆炸，即使躲在塹壕和散兵坑中也難幸免，我軍在抗美援朝戰爭中吃過美軍無線電引信的苦頭。1978年組織過配近炸引信與觸發引信的實彈對比試驗，對塹壕內有生力量殺傷能力提高10倍。

我軍的無線電引信由仿研抗美援朝戰場上繳獲的美軍引信起家。戰利品中，T227等型號已經具有鐘表延時接電機構，發射前用扳手裝定彈道飛行時間，引信在落地前4 s才開機。但是仿研中對其意義認識不足，以簡化戰場操作、減小體積和降低成本等理由將鐘表機構“省略”掉了。其后研制的多種無線電引信都不帶延時接電裝置，以至后來在與國內外引信干擾機的對抗中名聲掃地。我國陸軍從來沒有在戰爭中使用過無線電引信，沒有嘗過其甜頭，反而有無線電引信不堪干擾等諸多非議，并且由于有彈道早炸，怕傷及彈道下的平民，連部隊訓練與演習都不敢使用。其實無線電引信有輻射功率小、靈敏度低、頻率散布大、工作時間短等一系列不利于干擾的特點，尤其是有效工作時間不足1 s，用好延時接電功能，使彈丸飛到敵人頭頂再開機，是不容易被干擾的［1］。

20世紀80年代末，我國引進了美國PF-1無線電引信及其生產線。該引信的延時接電定時器由電阻式比例計、計數器和閘流管開關電路構成［2］。我國此后設計的引信也沿用了其延時接電機構，抗干擾能力和彈道安全性已經顯著提高，但是一步錯棋的遺害至今未能消除。

美國在轉讓PF-1引信的同時，正在大力發展多選擇引信，2000年M782多選擇引信正式列裝，取代過去的無線電引信、時間引信和機械觸發引信。至此，美國的中大口徑火炮均可使用無線電近炸方式射擊。多選擇引信放棄了裝定扳手，使用手持式感應裝定器，只要在引信頭上套一下，即可完成作用方式（近炸、時間、觸發、延期）選擇和時間裝定，時間精度達到0.1 s［3］。我國多管火箭炮電子時間引信也達到了類似的精度，并且使用有線遙控自動裝定。但是我國無線電引信仍在使用比例計延時接電機構。該機構仍圍繞扳手式手工裝定展開設計，由于采用手工調節電阻式比例計，裝定分劃粗，精度低，并且不適于在自行多管火箭炮上遙控自動裝定。為此，本文將電子時間引信的電子定時和有線遙控自動裝定技術引入無線電引信。

1 比例計的延時接電和裝定

1.1 引信的延時接電原理

引信的延時接電功能由延時接電控制模塊通過控制引信發火控制系統電源的通斷實現。延時接電控制模塊等效為一個可控電子開關，連接引信發火控制系統和引信電源，原理框圖如圖1所示。

圖1 延時接電控制模塊原理框圖Fig.1 Principle block diagram of delay closed control

延時接電控制模塊主要由主控單元和電子開關組成，當引信電源激活后，延時接電控制模塊開始工作，主控單元控制電子開關使引信發火控制系統和引信電源處于斷開狀態并保持，引信發火控制系統不工作。經過一定時間的延時，引信隨彈丸飛行進入預定目標區范圍之內時，主控單元立即控制電子開關將引信發火控制系統和引信電源接通，發火控制系統上電開始工作。

1.2 比例計延時接電控制和裝定

比例計延時接電主控單元采用RC振蕩器、計數器、電壓開關電路、積分／驅動電路和清零電路等組成，如圖2所示。

圖2 比例計延時接電控制主控單元結構框圖Fig.2 Str ucture block diagram of master control unit of traditional delay closed control

RC振蕩器由電阻式比例計和電容構成，產生周期脈沖串。電池激活后，電壓開關電路判斷電池電壓上升到10 V時，才允許清零電路對計數器復位，隨后計數器對RC振蕩器輸出的脈沖串計數，達到預定脈沖個數后輸出一啟動觸發信號，經積分／驅動電路放大后輸出控制信號，控制電子開關由關閉狀態變為導通狀態。電子開關采用閘流管開關電路［2］。將引信發火控制系統電源輸入端接引信電源正極，當控制信號控制閘流管處于導通狀態時，引信發火控制系統地和引信電源負極接通上電開始工作，由此完成延時接電功能。

由于通常情況下主控單元只能輸出一路控制信號，電子開關只能控制近炸發火控制系統接電狀態，因而作用方式的選定是靠預先設置機械開關狀態進行的。

該控制模塊把電阻式比例計焊接在設計好的PCB板上，經灌封后粘在引信下體隔板上。裝定時，通過專用裝定扳手旋轉引信上體的裝定環：近炸裝定時使裝定環指針對準時間刻度范圍之內的某個值，以調節電阻比例計的阻值完成延時接電時間的裝定，彈丸發射后引信據此裝定時間對近炸和觸發發火控制系統延時接電，引信近炸、觸發（作為后備）作用方式均有效；觸發裝定時使裝定環指針對準PD標志，彈丸發射后引信近炸發火控制系統始終不加電，只有觸發發火控制系統工作。此裝定操作復雜、速度慢，在高大的自行火箭炮上手工裝定幾乎不可能，在使用儲存、運輸、發射箱一體的箱式發射時，火箭彈出廠便密封在儲運發箱中，更無法手工裝定。

該控制模塊RC振蕩器的脈沖周期誤差、計數器的計數誤差及復位電路的計時起點誤差等因素決定了其定時誤差較大，閘流管開關電路溫度特性較差，控制極較敏感，容易誤動作，而且其導通壓降不為零，導致引信發火控制系統地和引信電源負極電位不相等，可能引起回路噪聲。

1.3 微控制器電子定時模塊

隨著電子技術的發展，微控制器也越來越多的應用于引信系統，在電子時間引信定時開倉設計中，微控制器電子定時模塊應用較為廣泛。其主控電路如圖3所示。

圖3 微控制器電子定時模塊主控電路原理框圖Fig.3 Str ucture block diagram of master control unit of ti ming based on micro-controller

圖3 中微控制器通過裝定接口電路和引信裝定器進行數字通信，接收或發送經過編碼的時間信息，完成引信時間的裝定和查詢。實際應用中，從引信引出的裝定線和彈丸預留的裝定線連接，再經過彈尾連接器和火控計算機（或引信裝定器）裝定電纜連通，構成裝定回路。由于引信裝定可在火箭彈發射前的任意時刻重復進行，該裝定方式完全滿足多管火箭彈的裝定要求，但一般只用來裝定時間信息。彈丸發射后，微控制器立即開始計時，計時完成后輸出控制信號控制發火執行電路發出開倉點火信號［4－5］。

一般微控制器采用外部晶體振蕩器工作模式，可顯著提高時間精度，通常可達到0.1 s的時間精度。

2 基于遙控多選擇裝定的延時接電模塊

為了充分利用電子時間引信裝定的靈活優勢，實現無線電引信接電時間和作用方式的便捷裝定，同時完成引信的延時接電，對圖3電路進行擴展改進，如圖4。改進后，通過程控多路獨立的電子開關邏輯組合，使其完成延時接電的同時，又實現了引信多種作用方式的選擇裝定。

圖4 基于遙控多選擇裝定的延時接電控制原理框圖Fig.4 Str ucture block diagra m of delay closed control based on remote settng in multi-option f uze

射前裝定時，火控系統和引信按照約定協議進行數字通信，延時接電時間和作用方式兩個信息按照通信協議組合編碼形成裝定信息碼，引信裝定器向引信發送裝定信息碼或接收已裝定的信息碼。引信延時接電控制電路中微控制器通過裝定接口電路將接收到的裝定信息碼存儲到內部存儲器，或從存儲器讀出已裝定信息碼發送給引信裝定器以備查詢，從而實現引信的電子有線裝定和查詢。此裝定和查詢速度非常快，而且可以隨時通過彈尾預留的裝定電纜重復進行。

彈丸發射后，火箭彈中裝定線隨導電蓋的后退被拉斷。引信電源一激活，微控制器立即通過內部復位電路復位并初始化，然后從內部存儲器讀出預先裝定的時間和作用方式信息。微控制器首先根據作用方式信息進行判定，以確定引信要按照哪種作用方式進行工作。判定完成后內部定時器開始按照存儲器中的時間進行計時，此時電子開關保持斷開狀態，計時完成后微控制器根據剛才判定結果在相應端口立即輸出控制信號使電子開關導通，從而使被選中的引信發火控制系統和電源接通，引信開始按預定方式開始工作，從而完成引信作用方式的遙控裝定和延時接電［6］。

微控制器一般都有多個輸出端口，可根據需要設置多路相互獨立的輸出控制信號，由多路輸出控制信號不同的邏輯組合可產生較多的輸出狀態，以實現多通路的延時接電控制功能。比如有n路獨立的輸出控制信號時，就可以組成2n種輸出狀態。每一路輸出控制信號控制一個連接引信電源和發火控制系統的電子開關，且各路電子開關相互獨立。按需要對其中若干路電子開關進行程序控制，就可完成遙控多選擇裝定。該控制電路調試非常方便，微控制器內嵌有通信、裝定控制等程序，只需修改微控制器的程序模塊就可以擴展更多的控制功能。

3 試驗驗證

對于具有遙控多選擇裝定的延時接電控制模塊，經大量的靜態測試及動態試驗驗證，其在常溫、高溫（50℃）、低溫（－40℃）及隨機振動等環境下能穩定可靠的工作，經統計其失效率不足0.001，定時誤差均值為0.126 s，標準差為0.098 s。

將測試及試驗結果與比例計延時接電控制在電路性能和裝定方法優越性兩方面進行比較（溫度范圍－40～50℃），分別見表1、表2。

表1 延時接電控制性能比較結果表Tab.1 Co mpare of perf or mance of delay closed control

表2 裝定方法優越性比較結果表Tab.2 Co mpare of superiority of t he t wo setting method

從表1可以看出，改進的延時接電控制模塊定時精度高，電路結構簡單，調試方便，延時接電時機更有利，通用性好，能夠實現延時接電時間的電子有線遙控裝定。從表2可以看出，遙控裝定方式操作簡便、速度快、安全性高、每次的裝定數量靈活、通用性好，適用于多管火箭彈引信。

4 結論

本文將電子時間引信的電子定時和有線遙控自動裝定技術引入無線電引信。該引信模塊以通用的微控制器定時為基礎，通過微控制器和引信裝定器進行有線通信，裝定引信延時接電時間和作用方式信息，通過程序控制多路獨立的電子開關邏輯組合實現引信的延時接電，并按所選擇的作用方式起爆。試驗表明：該模塊具有電路結構簡單、定時精度高、調試方便、穩定可靠、通用好等優點，解決了比例計延時接電控制模塊精度低、控制通路單一、調試不便、裝定效率低且不適用于自行多管火箭炮和多選擇引信等問題。

［1］崔占忠，宋世和，徐立新.近炸引信原理［M］.北京：北京理工大學出版社，2005.

［2］總裝備部通用裝備保障部.引信技術手冊［M］.北京：國防工業出版社，2003.

［3］馬寶華.現代引信的控制功能及特征［J］.探測與控制學報，2008，30（1）：1-5.MA Baohua.Control f unction and characteristics of modrder n f uzes［J］.Jour nal of Detection ＆ Control，2008，30（1）：1-5.

［4］劉紅華.可裝定電子定時器在引信全彈道安全系統中的應用［J］.探測與控制學報，1999，21（2）：39-42.LIU Honghua.The application of a setting electronic timer in a f uze f ull ballistic safety system［J］.Jour nal of Detection ＆ Control，1999，21（2）：39-42.

［5］孫磊，張河，周曉東.信息裝定和精確炸點控制技術在引信中的應用［J］.制導與引信，2004，25（3）：28-31.SUN Lei，ZHANG He，ZHOU Xiaodong.The application of infor mation setting and precision exploding point in f uze［J］.Guidance ＆ Fuze，，2004，25（3）：28-31.

［6］Ti m Williams.電路設計技術與技巧［M］.周玉坤，靳濟方，徐宏，等，譯.北京：電子工業出版社，2006.