基于DSP的无线电引信起爆控制技术研究

2010年第24卷第1期测试技术学报V ol.24　N o.1　2010 (总第79期)JOURNAL OF TEST AND MEASUREMENT TECHNOLOGY(Sum N o.79)文章编号:1671-7449(2010)01-0040-03基于DSP的无线电引信起爆控制技术研究范志应1,赵河明1,2,吕昊暾3,马　睿1,高丽军1(1.山西北方惠丰机电有限公司,山西长治046012; 2.中北大学机电工程学院,山西太原030051;3.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191)摘　要:　在分析数字信号处理器特点的基础上,阐述了基于DSP的引信起爆控制系统的总体方案,研究了DSP应用于引信起爆控制的硬件结构和软件实现方法.数字信号处理技术对目标信号进行实时检测与分析,有效提高了目标信息的处理速度和控制准确度,提高了引信抗干扰能力和适时起爆的可靠性,为引信数字化改造提供技术支持.关键词:　起爆控制;DSP;目标识别;引信中图分类号:　T J430 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1671-7449.2010.01.007DSP-Based Burst Control Technology for Radio FuzeFAN Zhiying1,ZHAO Hem ing1,2,L Hao tun3,M A Rui1,GAO Li-jun1(1.Shanx i Beifang Huifeng Electr omechanical I NC.,L T D,Changzhi046012,China;2.Schoo l o f M echatr onics Eng ineer ing,N or th U niver sity of China,T aiy uan030051,China;3.Inst rument Science and O pto electr o nic Eng ineering,Beihang U niver sity,Beijing100191,China)Abstract:　Based on the characteristics of dig ital sig nal pro cessors,the paper illuminates the total so lution o f the DSP-based radio fuze burst control sy stem,and presents the hardw ar e structure and so ftw are implementatio n.T he test and analysis of the target signal by using the DSP technolo gy effectiv ely improves the processing speed and the accuracy of target inform ation,also im pro ves the anti-interference and reliability of r eal-time burst.The r esearch pro vides the techno log y support for the improvement of fuze digitization.Key words:bur st contr ol;DSP;target reco gnition;fuze0　引　言随着科学技术的发展,可编程器件的出现及其日益成熟的发展为提高武器系统的智能化程度创造了条件,从进行简单逻辑判断的器件到单片机,再到DSP的出现,其处理信息的能力和速度都发生着质的变化.DSP在制导武器核心控制部分中已经有了较为广泛的应用,而在常规武器如炮弹中的应用则处于起步阶段,但其发展趋势已经十分明确[1].由于传统的无线电引信采用的是模拟器件组成起爆控制电路,虽然加入了过增幅限制等抗干扰措施,但对干扰信号的识别能力仍然存在缺陷,致使引信的早炸率偏高,DSP系统和数字信号处理技术在引信中的应用将会以程序控制的方式来提高系统的抗干扰能力,对满足起爆条件的目标信号的要求更加严格,使引信抗干扰性能得到显著提高[2].采用数字信号处理技术对目标信号进行检测与分析,可以提高系统的抗干扰能力,有效抑制随机干收稿日期:2009-06-29　作者简介:范志应(1958-),男,研究员,主要从事引信设计研究.扰和人为干扰所造成的引信的误动作;使用DSP 系统对引信进行起爆控制,可以增强系统对目标信号的识别能力,控制最佳起爆时机[3-4],达到对目标的最大毁伤效果;DSP 系统方便可靠的控制功能使点火电容充电的安全时间控制和自毁时间控制等更加精确可靠,很大程度上简化了引信电路,提高了引信系统可靠性.1　总体实现方案无线电引信的电路功能模块主要由高频探测、滤波放大、整流积分、增幅速率选择和适时起爆等模块组成[5-6],在无线电引信中引入DSP 系统,其功能模块中的高频部件、安全系统、电源等环节都不作改动,只对引信的低频处理电路应用DSP 系统替代,缩短了研发周期,DSP 芯片功能的日益强大和数字信号处理技术的发展完善使在普通炮弹中应用DSP 系统的方法逐渐具有了通用性[7].C 2000系列DSP 是TI 公司(美国德州仪器公司)的TM S 320系列DSP 的三大主流产品之一,主要针对工业应用提供的高性能和高代码效率控制器[8].C 2000系列数字信号处理器在提供通用处理器性能的同时,将微控制器(M CU)丰富的集成外设与T I 领先的DSP 技术融合在一起,其中外设包括大容量Flash 存储器、快速A/D 转换器和稳定的CAN 控制器模块等.利用T I 公司低成本、高集成度的C2000强大控制器平台,开发人员可以在降低系统成本的同时提高产品性能,并能快速地投向市场.目前可用于引信数字信号处理的芯片主要有单片机、可编程逻辑器件(CPLD/FDGA )和数字信号处理器(DSP)等.单片机的控制接口种类较多,适用于以控制为主的模数混合系统设计.CPLD/FPGA 使用于计数、译码、锁存、乘加、编解码、查表等数字信号处理运算的高速数字系统中.DSP 面向高速、重复性、数值运算密集型的实时处理,其处理速度比普通微处理器快得多.在成本上略高于单片机和CPLD.对于功能复杂处理数据量大的引信系统适合应用于DSP 作为微处理器.在引信中引入DSP 芯片,使用DSP 自身集成的AD 转换器对信号进行模数转换,C 2000系列的DSP 芯片片内集成的AD 转换器最高转换速度为2M Hz,可以满足引信低频信号的采集,而不需外扩AD 转换器,并且控制时序简单;将引信信号转换为数字信号以后,在DSP 片内RAM 区进行缓存,在需要时由CPU 对信号数据进行读取和分析处理,原理框图如图1所示.而定时器用来为系统提供各个时间基准,包括点火电容充电时刻和系统自毁时间等.DSP 的CPU 通过JT AG 接口与TI 公司的CCS 开发环境相连接,使用CCS 开发环境对DSP 进行编程调试和程序下载;使用DSP 的SCI 串行外设连接上位机和DSP,当程序在Flash 中运行时用来观测特定变量的值,为程序的调试开发提供便利.电平转换过程是将DSP 发出的0V ～3.3V 的控制指令转换成点火电容充电和点火控制所需要的电平信号.DSP 系统的软件部分以硬件为载体,硬件以软件为核心,两者的设计相互照应以达到最佳效果.2　硬件结构TI 公司DSP 芯片丰富的外设使硬件大为简化,DSP 外围只需连接晶振而不需要任何其它器件,DSP 与外围的接口相对较多,从框图上可以看出包括JTAG 仿真调试接口、RS232串行接口、控制指令输出接口和AD 采样的信号入口,另外还需要给DSP 提供电源的电源接口.因此在电路板的周边需要根据不同接口的特点留出调试用接口和引信功能接口,而电源接口是两类接口中都需要拥有的一部分.DSP 供电电源为3.3V,在考虑功耗的前提下可以使用普通的三端稳压管来提供,电路简单,可以不设计在DSP 系统电路板上,而是在引信原来的基板上,然后通过对应的接口将电源送给DSP.电平转换电路使用比较器实现,所占用的空间较小.41(总第79期)基于DSP 的无线电引信起爆控制技术研究(范志应等)3　软件实现方法引信DSP 系统软件设计主要包括CPU 对A D 转换器、定时器和指令输出端口的控制,从实用角度分析则是由CPU 对引信信号采集控制、引信工作时序控制和信号分析处理与起爆控制.引信起爆控制程序流程如图2所示.引信信号采集由AD 转换器的启动与停止、数据及时读取并存储等过程组成,A DC模块集成在DSP 片内,作为CPU 的一个外设出现,因此对AD 转换器的操作是通过对特定寄存器的读写操作来完成的,程序实现非常方便,而使用ADC 的特定中断入口来控制AD 转换,则可在信号处理的同时同步进行后续信号的采集,提高了程序的执行效率.引信工作时序控制以DSP 定时器的时间为基准,使引信时间控制更加精确可靠,计时定时过程由DSP 的中断系统来完成,几乎不会影响其它程序的执行.引信起爆控制的程序包括AD 采样结果的平滑滤波、系统噪声监测和信号极值判断等,信号处理程序对引信检测到的目标信号进行过滤分析,完成了对系统噪声的测试和目标信息的获取.信号处理方法的合理性直接影响着引信对目标攻击的正确性和精确性.程序编写的科学性又直接影响到程序的执行效率,使DSP 系统从引信低频信号中筛选出目标有效信息(如信号频率、振幅、增幅速率等),缩短了引信发火信号相对于最佳起爆时刻的滞后时间.通过DSP 判断是否满足弹丸起爆条件,在合适的时机发出起爆信号.4　结　论经过动态试验将DSP 应用于无线电引信起爆控制中,采用数字信号处理技术对目标信号进行实时检测与分析,有效提高了目标信息的处理速度和控制准确度,提高了引信抗干扰能力和适时起爆的可靠性,为引信数字化改造提供技术支持.参考文献:[1]　钱渊,郭颖.基于D SP 技术的引信信号处理模块研究[J].弹箭与制导学报,2006,26(3):269-271.Q ia n Y uan ,Guo Ying .Research o f fuze signal pro cessing mo dula r based on technolog y of D SP [J ].Jo urnal of P ro jectiles ,R ockets ,M issiles and G uidance ,2006,26(3):269-271.(in Chinese )[2]　陈朝晖,郭东敏,张飞鹏.基于DSP 的碰炸优先无线电引信信号处理技术[J].探测与控制学报,2006,28(4):52-54,57.Chen Zhao hui ,Guo Do ng min ,Z hang F eipeng .Impact pr io r r adio fuze signal pr ocessing techno lo gy based o n DSP[J ].Jo ur nal o f Detection &Contr ol ,2006,28(4):52-54,57.(in Chinese )[3]　席晓慧,张志杰,王文廉.基于PI C 单片机的起爆控制系统[J].仪器仪表学报,2006(3):89-92.X i Xiao hui,Z hang Zhijie,Wa ng W enlian.Deto nat ing co ntro l sy stem based o n 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