基于ARM的嵌入式航空拖靶高度控制器設(shè)計

摘要：嵌入式系統(tǒng)具有實時性好、可靠性高、體積小和功耗低等優(yōu)勢，將該技術(shù)引入新型航空拖靶高度控制器的設(shè)計，可顯著提高其綜合性能。基于ARM7微處理器和μC／OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統(tǒng)開發(fā)了航空拖靶高度控制器，主要介紹了控制器的組成、原理和軟硬件設(shè)計過程。原理樣機的半實物仿真結(jié)果表明系統(tǒng)響應(yīng)快、控制精度高，能夠準(zhǔn)確控制拖靶做超低空掠海定高飛行，達(dá)到了設(shè)計要求，控高精度可達(dá)2m。
關(guān)鍵詞：航空拖靶；嵌入式系統(tǒng)；ARM；μC／OS-Ⅱ；高度控制器

0 引言
航空拖靶是一種由飛機拖曳飛行的特殊的無人飛行器，一套完整的拖靶系統(tǒng)主要包括拖帶飛機、收放纜裝置、拖纜和拖靶。其中拖帶飛機一般為有人或無人駕駛飛機，收放纜裝置一般為掛裝在飛機上的電動或氣動式絞車，拖纜是通過絞車收放的一根長約幾千米而直徑只有幾毫米的鋼纜，拖靶多為外形類似導(dǎo)彈的無動力飛行器，由拖纜牽引飛行。主要用途是模擬敵方來襲的導(dǎo)彈類目標(biāo)，為己方對空導(dǎo)彈、火炮等防空武器系統(tǒng)試驗或訓(xùn)練提供模擬目標(biāo)。
隨著技術(shù)的進步，現(xiàn)代反艦導(dǎo)彈多采取“超低空掠海飛行”的突防方式。與之相應(yīng)，20世紀(jì)80年代以來，用于模擬反艦導(dǎo)彈類目標(biāo)的航空拖靶，也向著這一方向快速發(fā)展。而這類拖靶都要裝有高度控制器，才能實現(xiàn)模擬導(dǎo)彈的超低空掠海定高飛行能力。其中，高度控制器是核心設(shè)備，控制精度、實時性和可靠性都有較高要求。同時，伴隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，以應(yīng)用為中心的“嵌入式系統(tǒng)”以其實時性好、可靠性高、體積小、重量輕、成本低和軟硬件可裁減等優(yōu)勢，正在被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。因此，考慮到拖靶高度控制器的設(shè)計要求與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用場合非常符合，本文基于ARM7嵌入式微處理器和μC／OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統(tǒng)，設(shè)計開發(fā)了航空拖靶的高度控制器。

1 控制器組成和工作原理
高度控制器主要由無線電高度表、垂向線加速度計、控制律解算主板、舵機驅(qū)動控制板及舵機組成，其中加速度計、控制律解算主板和舵機控制板集成在一個高度控制計算機盒內(nèi)，其組成如圖1所示。

高度控制計算機是系統(tǒng)的中樞，它接收無線電高度表信號和加速度計信號。控制律解算主板首先對這2路信號進行抗混頻濾波和電平轉(zhuǎn)換等前置處理后送入A／D通道，再進行控制律解算，給出升降翼偏角的PWM控制信號至舵機驅(qū)動控制板，經(jīng)舵機驅(qū)動控制板放大輸出驅(qū)動舵機，舵機驅(qū)動升降翼來調(diào)整拖靶的飛行高度。系統(tǒng)每20 ms進行一次控制律解算。工作原理框圖如圖2所示。