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深入解读红外导弹跟踪系统整体电路

作者:时间:2017-10-31来源:网络

  跟踪系统是红外导弹产品的重要组成部分,主要用来测定目标的方位,并为跟踪阀提供跟踪指令,使陀螺进动,位标器跟踪目标,以便让目标保持在位标器光轴附近。跟踪系统采用了数字信号处理技术,使目标能够更准确地定位跟踪,抗干扰技术更强,射程目标更远,战斗力更强,使红外导弹有了更进一步的发展,跟踪系统进行了弹载计算机的性能开发,提高了导弹武器系统方面的性能。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/369418.htm

  跟踪系统接收来自位标器的四路信号和基准信号,测定目标的方位并产生位标器阀所需的修正信号,即跟踪指令,经信号放大后,驱动位标器阀使陀螺进动,把目标保持在位标器瞬时视场的中心位置。同时跟踪系统向导弹其它部件输出目标,捕获的音响信号H,F,DIS,ATEL等信号。输出跟踪、制导功率放大器开启信号PDIS1、PDIS2;生成安全距离定时信号SD1、SD2,引爆信号SD3;产生自动增益控制信号AGC1、AGC2、AGC3等。

  电源源部分

  有三个电源,两种类型:模拟电路供电、数字电路供电。其中,模拟电源有VCCA+5V直流电源和9.1V基准电源;数字电源有VCCD+5V直流电源。

  VCCA+5V直流电源

  VCCA+5V直流电源如图2所示,U13为23V转换为5V的DC-DC转换器,作为内部模数转换电路和数字电位器的基准电压。U4、 R37、V18、R121等元件组成扩流电路,增加带载能力。C12、C52为滤波电容。正常工作时,V9负端电压为14.1V,正端电压为9.1V(均以26V电源地为地),+5V电源由V18发射极输出。

  

  图2 VCCA+5V直流电源电路原理图

  2VCCD+5V直流电源

  VCCD+5V直流电源如图3所示,U3为一DC-DC转换器,它的内部有一变压器,将26V转换为5V,同时将5V数字电源与模拟电源隔离,为、光耦等器件供电。T1为电感线圈,可以改善电路的抗电磁干扰性能;C13、C23、C33、C34均为滤波电容。V5、V7为瞬态抑制二极管。它们正常工作时并不导通,当设备电源或跟踪系统电源供电大于其允许的最大峰值电压时,二极管击穿短路,保护跟踪系统。

  

  图3 VCCD+5V直流电源电路原理图

  9.1V基准电源

  9.1V基准电源如图4所示,输入电压为11.5V,稳压管V6的稳压值为3V ,故三极管V17的基极电压为11.5V-3V=8.5V左右,加电稳定后,V17基射极间电压差为-0.6V,故射极输出电压为 8.5+0.6=9.1V,C30为滤波电容。9.1V基准电源的作用是使四路目标信号顺利传递。

  

  图4 9.1V基准电源电路原理图

  DSP部分

  在跟踪系统上,整个DSP系统包括的电路由:晶振电路,复位电路,外部数据存储电路,核心DSP,并口(JTAG口)输入电路,串口接收电路,串口发送电路、电源电路等组成。为避免数模电路的相互干扰,将模块电源设计为多组相互隔离输出的稳定电源。同时,模块具有短路保护功能。DSP是整个跟踪系统的关键,DSP模块化,共132条引脚,如图5所示。其中,由U11、C43、C46组成DSP的晶振电路,由U11第3脚输出三角波,频率 10MHz,峰峰值0.4V。由C14、R38组成DSP的复位电路。每次加电时进行一次充放电,稳定后输出端电压为14.1V。出现故障时此处电压一般变为10.7V。若不存在装配问题,则多数是由DSP损坏造成的。由U18A、U18B、U6、U14组成DSP的外部数据存储电路,容量64K。从功能上讲,U18A为一反向器,U18B为一与非门,其第6脚给出U6、U14的片选信号。 U6、U14为存储器(RAM),存储DSP运行过程中的数据。其中,U6存储数据的高8位,U14存储数据的低8位。DSP工作时,先给出片选指令,再给出地址信息,然后发出读写指令,最后读写数据。JTAG口输入电路通过数据输入插座J1向DSP内部ROM烧写程序。

  

  图5 DSP电路组成

  串口接收电路

  电路中,SRXD(串行输入)到TL2第6脚SRXD。它与STXD(串行输出)电路一起为DSP传递数据和实现电源隔离。如图6所示。

  

  图6 串口接收电路

  串口发送电路

  串口发送电路与串口接收电路相似,如图7所示,只不过是用于发送数据。除了这些电路之外,还有一些其它DSP外围电路,如为DSP供电电路RP20,给电源滤波的电容如C37、C38、C55等,J2测试插座、J3测试插脚等。

  

  图7 串口发送电路

  跟踪系统指令处理电路

  跟踪系统上输入电路如图8所示(以上路为例,其它三路与此相同)。正常工作时测试台将上信号加到跟踪系统的TC10端口,经电位器RP12、电阻R109分压后送至运放U1A进行阻抗匹配(U1A的放大倍数为-R1/R40=-1),然后分别送往第二级运放U2A和加法器U7D。在第一级运放中,V10是一个击穿电压为2V的稳压管,可避免U1A饱和,电容C1的作用是抗高频干扰。在第二级运放中,运放的反馈电阻为数字电位器,实际上是一阻值可调的电位器,其A1、W1、B1为电位器的三个输出端,A1端不用,W1相当于一般电位器的中间活动端。

  数字电位器的控制由DSP来完成,实现自动增益(AGC1)控制。DSP通过输给上下左右四个数字电位器串行数据输入口SDI的数据选择哪几路电位器开始工作,及其输出的电阻值。数字电位器的阻值调整范围为100K~50Ω,故第二级运放的最大放大倍数为100K/1K=100,最小放大倍数为 50/1K=0.05。R14和V1构成信号限幅电路,V1为击穿电压为5.6V的稳压管,即V1负端电压大于9.1V+5.6V=14.7V 时V1击穿导通,亦即信号幅值大于14.7V-11.5V=3.2V时击穿导通。正常工作时,上路目标信号由V1负端输给DSP。

  

  图8 跟踪系统输入电路图

  进入DSP的目标信号经过数据处理后,输给总线驱动器U8。U8为一传递信号的接口过渡电路,信号设定为从2~9脚流向18~11脚,相当于一射随器。U8输出给光耦TL9、TL6。当U8输出为低电平时,发光二极管有电流通过而发光,光线使其内部光敏二极管中的电流发生变化,触动光耦内部放大电路、门电路,使光耦输出高电平。反之,光耦输出低电平。最后通过限流电阻输出指令。其它三路电路分析与此类似。

  自动增益电路

  跟踪系统测试时共要测试三种自动增益:AGC1、AGC2、AGC3。其中,AGC1只供观察用,AGC2、AGC3用来控制前置放大器四路目标信号放大倍数,前者控制下右两路,后者控制上左两路。其电路如图9所示。

  

  图9 自动增益电路图

  在跟踪系统上,这三种信号均由DSP产生,电路也大致相同。其中,AGC2、AGC3完全一样。DSP把这三种信号输给总线驱动器U9,然后输入给光耦。U9同U8一样为传递信号的接口过渡电路,跟踪系统上所有光耦的作用均一样,传递信号并隔离不同的电源,然后AGC2、AGC3直接输出;而 AGC1还要通过一个低通滤波器,一个射随器,通过限流电阻输出。

  本文主要通过红外导弹跟踪系统各个结构电路的分析,来研究红外导弹在跟踪方面的发展与趋势,跟踪系统具有数字信号处理能力强、探索目标准等特点,跟踪系统采用的数字化处理技术,提高了红外导弹跟踪目标的灵敏度、准确度、定位精度更高,对目标的识别和跟踪都有更大的判定性能。在未来现代化战争中,将发挥更大的作用,这也对空空导弹领域的拓展与进步起着推动的作用,基于跟踪系统电路的分析,来实现目标检测与跟踪,具有良好的应用背景。



关键词: 单片机 红外线 DSP

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