導(dǎo)彈飛行測(cè)試吊艙遙測(cè)遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 金，劉未學(xué)，黃信安

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院 河南 洛陽(yáng)471009）

導(dǎo)彈飛行測(cè)試吊艙遙測(cè)遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 金，劉未學(xué)，黃信安

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院 河南 洛陽(yáng)471009）

空空導(dǎo)彈研制過(guò)程需要進(jìn)行一系列空中系留飛行試驗(yàn)，以解決導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)真實(shí)目標(biāo)的截獲跟蹤能力。導(dǎo)彈飛行測(cè)試吊艙作為飛行試驗(yàn)中能將目標(biāo)的GPS信息、可見(jiàn)光以及紅外圖像實(shí)時(shí)采集的設(shè)備在系留飛行試驗(yàn)中顯得尤為重要。作為吊艙的重要組成部分遙測(cè)遙控系統(tǒng)負(fù)責(zé)將目標(biāo)和背景的信息實(shí)時(shí)傳送并顯示在主控計(jì)算機(jī)中，并且將地面人員的遙控指令實(shí)時(shí)傳送給吊艙中心控制單元，完成了整個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)上行和下傳。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較高的可靠性和可擴(kuò)展性，完全滿足導(dǎo)彈飛行測(cè)試吊艙的需要。

遙測(cè)遙控系統(tǒng)；導(dǎo)彈飛行吊艙；飛行試驗(yàn)；地面接收站；GPS

空空導(dǎo)彈研制過(guò)程中需要一系列的系留飛行試驗(yàn)，以解決導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)真實(shí)目標(biāo)的截獲跟蹤能力，暴露在飛行條件下可能存在的問(wèn)題。以往研制過(guò)程中往往使用導(dǎo)彈本身改裝的“試驗(yàn)彈”進(jìn)行了大量系留飛行試驗(yàn)，但這種方法存在一個(gè)問(wèn)題，就是導(dǎo)引頭的工作和設(shè)計(jì)預(yù)期不一致時(shí)，由于沒(méi)有當(dāng)時(shí)目標(biāo)特性的記錄，造成詳細(xì)成因無(wú)法得知，而往往這一過(guò)程的各種條件是不可重復(fù)的，這將使解決問(wèn)題的過(guò)程具有很大的盲目性，為了解決上述問(wèn)題，導(dǎo)彈飛行測(cè)試吊艙成為了一個(gè)重要途徑。而做吊艙的重要組成部分遙測(cè)遙控的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)顯得尤為重要。

文中就是利用日益廣泛使用的GPS全球定位技術(shù)和遙測(cè)遙控技術(shù)[2]，從載機(jī)掛裝的導(dǎo)彈飛行測(cè)試吊艙中接收吊艙所采集到的目標(biāo)背景的可見(jiàn)光、紅外圖像以及GPS信息等實(shí)時(shí)傳送到地面接收單元，并通過(guò)地面接收單元將遙控信號(hào)發(fā)送到空中中心控制單元。通過(guò)遙測(cè)遙控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)解算出目標(biāo)機(jī)相對(duì)于載機(jī)位置、速度信息以及背景的可見(jiàn)光、紅外圖像信息，并實(shí)時(shí)顯示在數(shù)據(jù)處理軟件上，為試驗(yàn)的指揮控制提供了可靠的數(shù)據(jù)，大大提到了系留試驗(yàn)中導(dǎo)彈的截獲概率，為飛行試驗(yàn)節(jié)約了試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

導(dǎo)彈飛行測(cè)試吊艙遙測(cè)遙控系統(tǒng)有空中單元與地面單元[3]。其中空中單元負(fù)責(zé)接收GPS信號(hào)，遙測(cè)載機(jī)位置、速度和絕對(duì)時(shí)信息、圖像信號(hào)和中心空中單元提供的導(dǎo)彈數(shù)據(jù)，接收遙控信息，向中心控制單元進(jìn)行授時(shí)和輸出遙控信息，空中單元包括圖像采集壓縮模塊、遙測(cè)遙控信號(hào)處理模塊、遙測(cè)遙控?zé)o線收發(fā)模塊、二次電源等；地面單元負(fù)責(zé)接收空中單元發(fā)送的GPS和遙測(cè)信息，將信息實(shí)時(shí)處理顯示在主控計(jì)算機(jī)中，并將地面操作指令通過(guò)地面發(fā)射天線傳送到空中，其主要包括接收天線、載機(jī)數(shù)據(jù)擴(kuò)頻接收模塊、目標(biāo)機(jī)GPS數(shù)據(jù)擴(kuò)頻接收模塊、GPS地面接收站、數(shù)據(jù)合并模塊、實(shí)時(shí)處理監(jiān)視模塊、485總線數(shù)據(jù)輸出模塊、事后處理模塊等，組成如圖1所示。

圖1 遙測(cè)遙控系統(tǒng)

1.2 工作原理

在飛行試驗(yàn)時(shí)，空中單元的GPS設(shè)備接收GPS信號(hào)，實(shí)時(shí)解算出載機(jī)位置、速度和絕對(duì)時(shí)信息，送入空中遙測(cè)遙控信號(hào)處理設(shè)備，信號(hào)處理設(shè)備按照絕對(duì)時(shí)信息對(duì)中心控制單元進(jìn)行授時(shí)，圖像采集壓縮設(shè)備采集視頻圖像并壓縮，將壓縮后的數(shù)據(jù)送信號(hào)處理設(shè)備，信號(hào)處理設(shè)備同時(shí)接收中心控制單元送來(lái)的導(dǎo)彈數(shù)據(jù)，然后將GPS數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、導(dǎo)彈數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，送入無(wú)線收發(fā)設(shè)備，將遙測(cè)信號(hào)發(fā)向地面單元，地面單元通過(guò)無(wú)線收發(fā)設(shè)備接收遙測(cè)信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理輸出并記錄遙測(cè)GPS數(shù)據(jù)、導(dǎo)彈數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)解壓，利用軟件顯示各項(xiàng)遙測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，地面信號(hào)處理設(shè)備接收遙控指令，經(jīng)編碼后送地面無(wú)線收發(fā)設(shè)備向空中單元發(fā)送，空中單元接收解調(diào)后將遙控信息送中心控制單元。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 圖像采集壓縮模塊

圖像采集壓縮模塊其主要功能是將吊艙采集到的可見(jiàn)光PAL制模擬視頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后送入專用壓縮電路，由控制芯片實(shí)時(shí)調(diào)整壓縮系數(shù)，在圖像不同動(dòng)態(tài)情況下，維持?jǐn)?shù)據(jù)速率基本不變，利于通過(guò)無(wú)線信道傳輸，其流程如圖2所示。

圖2 圖像采集壓縮模塊

2.2 遙測(cè)遙控信號(hào)處理模塊

遙測(cè)遙控信號(hào)處理模塊完成空中單元遙測(cè)信號(hào)編碼和遙控信號(hào)解碼及與中心空中單元接口的功能，具體如下：

1）接收GPS時(shí)標(biāo)信號(hào)、位置、速度信號(hào)和秒脈沖信號(hào)；

2）轉(zhuǎn)換輸出100 ms脈沖信號(hào)和時(shí)標(biāo)信號(hào)，送中心控制單元；

3）接收壓縮圖像數(shù)據(jù)；

4）接收中心空中單元送來(lái)的導(dǎo)彈數(shù)據(jù)；

5）將GPS時(shí)標(biāo)信號(hào)，位置、速度、速度信號(hào)、壓縮圖像數(shù)據(jù)和中心空中單元送來(lái)的導(dǎo)彈數(shù)據(jù)，編排后輸出到發(fā)模塊；

6）接收無(wú)線收發(fā)模塊輸出的遙控?cái)?shù)據(jù)，按照規(guī)定格式送中心控制單元。

2.3 實(shí)時(shí)處理監(jiān)視單元

實(shí)時(shí)處理軟件包含實(shí)時(shí)存貯、GPS參數(shù)解算、載機(jī)和目標(biāo)機(jī)實(shí)時(shí)顯示等模塊。用于實(shí)時(shí)存貯、接收、處理并監(jiān)視載機(jī)和目標(biāo)機(jī)的飛行狀態(tài)及試驗(yàn)彈的工作狀態(tài)。主要功能為：

1）具有同步碼的容錯(cuò)處理以及對(duì)時(shí)碼的判斷，有丟幀檢查功能。

2）實(shí)時(shí)接收、存儲(chǔ)、解算由網(wǎng)絡(luò)傳送來(lái)的載機(jī)和目標(biāo)機(jī)的GPS數(shù)據(jù)和試驗(yàn)彈參數(shù)。

3）完成GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)彈工作參數(shù)的分離，能夠?qū)崟r(shí)解算并顯示載機(jī)和目標(biāo)機(jī)信息，顯示頻率設(shè)定為每秒不少于5個(gè)點(diǎn)，顯示內(nèi)容包括載機(jī)和目標(biāo)機(jī)的位置和航跡（經(jīng)度、緯度）、高度、速度、相對(duì)距離，高差、攻擊角、導(dǎo)彈工作的特征參數(shù)等信息。

4）實(shí)時(shí)處理監(jiān)視單元可以調(diào)整載機(jī)和目標(biāo)機(jī)的軌跡的點(diǎn)數(shù)，顯示比例圖可以放大縮小；可以使用電子地圖作為顯示系統(tǒng)的背景，也可以制作有簡(jiǎn)單地標(biāo)組成的地圖作為顯示背景；顯示時(shí)自動(dòng)剔除誤碼；選取軌跡圖中的歷史點(diǎn)，可以彈出窗口顯示該點(diǎn)數(shù)據(jù)。

5）采用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)事后數(shù)據(jù)讀取和重放。

6）含系統(tǒng)本身的自檢，（聯(lián)試時(shí)）整個(gè)系統(tǒng)整體的檢查。

載機(jī)數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

圖3 實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)處理流程

2.4 載機(jī)綜合數(shù)據(jù)發(fā)送單元

載機(jī)綜合數(shù)據(jù)發(fā)送模塊主要包括GPS接收天線、GPS接收機(jī)、試驗(yàn)彈數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)融合處理組件、數(shù)據(jù)記錄組件、擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、電源和吊艙彈體。組成如圖4所示。

圖4 載機(jī)綜合數(shù)據(jù)發(fā)送系統(tǒng)

載機(jī)綜合數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的主要功能為通過(guò)GPS接收天線接收GPS衛(wèi)星信號(hào)信息，并將接收到的GPS信號(hào)和試驗(yàn)彈數(shù)據(jù)接收單元接收的遙測(cè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，共同送到擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)頻，并通過(guò)遙測(cè)發(fā)射天線向空間輻射，供地面接收站接收。

3 實(shí)施效果

該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示載機(jī)、目標(biāo)機(jī)的速度、高度、位置、軌跡以及目標(biāo)機(jī)相對(duì)于載機(jī)的速度、距離、攻擊角等信息，便于地面指揮人員調(diào)度載機(jī)和目標(biāo)機(jī)按大綱預(yù)先設(shè)定的航線飛行，大大提高了試驗(yàn)的成功率和準(zhǔn)確度；并且能夠?qū)崟r(shí)記錄載機(jī)和目標(biāo)機(jī)的飛行軌跡，以便進(jìn)行更精確的事后數(shù)據(jù)分析。飛行試驗(yàn)效果如圖5所示。

圖5 飛行試驗(yàn)效果圖

4 結(jié)束語(yǔ)

文中利用GPS和遙測(cè)遙控技術(shù)，設(shè)計(jì)一種將導(dǎo)彈飛行測(cè)試吊艙中獲取的GPS信息、可見(jiàn)光和紅外圖像等信息，經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理，實(shí)時(shí)發(fā)送到地面接收單元并顯示在主控計(jì)算中，并且將地面人員的遙控指令實(shí)時(shí)傳送到空中的方案，該系統(tǒng)為試驗(yàn)的指揮控制提供了可靠的數(shù)據(jù)，大大提高了試驗(yàn)的成功率，經(jīng)過(guò)多次飛行試驗(yàn)，其完全滿足導(dǎo)彈飛行測(cè)試吊艙的設(shè)計(jì)要求。

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Design and implementation of remote control system in missile flight test pod

LI Jin，LIU Wei-xue，HUANG Xin-an
（China Airborne Missile Academy，Luoyang 471009，China）

During the process of Air-to-Air missile development，in order to solve the missile guidance system of real target capturing and tracking ability，a serial of flight test must to be done.Missile test flight pod as a flight test to the GPS information of the target，visible light and infrared image real-time acquisition of equipment in captive flight test is particularly important.As the important part of pod，the remote control and telemetry system is responsible for the target and background information real-time transmission and display in the main control computer，and ground personnel of real-time transmission of remote control commands to the pod center control unit to complete the entire test data and transmit uplink.The practical application shows that the remote control system has high reliability，scalability，and can fully meet the needs of missile flight testing of the pod.

remote control system；missile flight pod；flight test；ground receiving station；GPS；missile

TN92

：A

：1674－6236（2017）03-0032-03

2016-01-29稿件編號(hào)：201601287

李 金（1983—），男，湖南當(dāng)陽(yáng)人，高級(jí)工程師。研究方向：空空導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)方法。