深入解讀紅外導(dǎo)彈跟蹤系統(tǒng)整體電路

　　跟蹤系統(tǒng)是紅外導(dǎo)彈產(chǎn)品的重要組成部分，主要用來測定目標(biāo)的方位，并為跟蹤閥提供跟蹤指令，使陀螺進(jìn)動(dòng)，位標(biāo)器跟蹤目標(biāo)，以便讓目標(biāo)保持在位標(biāo)器光軸附近。跟蹤系統(tǒng)采用了DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，使目標(biāo)能夠更準(zhǔn)確地定位跟蹤，抗干擾技術(shù)更強(qiáng)，射程目標(biāo)更遠(yuǎn)，戰(zhàn)斗力更強(qiáng)，使紅外導(dǎo)彈有了更進(jìn)一步的發(fā)展，跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了彈載計(jì)算機(jī)的性能開發(fā)，提高了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)方面的性能。

　　跟蹤系統(tǒng)接收來自位標(biāo)器的四路信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)，測定目標(biāo)的方位并產(chǎn)生位標(biāo)器閥所需的修正信號(hào)，即跟蹤指令，經(jīng)信號(hào)放大后，驅(qū)動(dòng)位標(biāo)器閥使陀螺進(jìn)動(dòng)，把目標(biāo)保持在位標(biāo)器瞬時(shí)視場的中心位置。同時(shí)跟蹤系統(tǒng)向?qū)椘渌考敵瞿繕?biāo)，捕獲的音響信號(hào)H，F(xiàn)，DIS，ATEL等信號(hào)。輸出跟蹤、制導(dǎo)功率放大器開啟信號(hào)PDIS1、PDIS2；生成安全距離定時(shí)信號(hào)SD1、SD2，引爆信號(hào)SD3；產(chǎn)生自動(dòng)增益控制信號(hào)AGC1、AGC2、AGC3等。

　　電源源部分

　　有三個(gè)電源，兩種類型：模擬電路供電、數(shù)字電路供電。其中，模擬電源有VCCA+5V直流電源和9.1V基準(zhǔn)電源；數(shù)字電源有VCCD+5V直流電源。

　　VCCA+5V直流電源

　　VCCA+5V直流電源如圖2所示，U13為23V轉(zhuǎn)換為5V的DC-DC轉(zhuǎn)換器，作為DSP內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字電位器的基準(zhǔn)電壓。U4、 R37、V18、R121等元件組成擴(kuò)流電路，增加帶載能力。C12、C52為濾波電容。正常工作時(shí)，V9負(fù)端電壓為14.1V，正端電壓為9.1V（均以26V電源地為地），+5V電源由V18發(fā)射極輸出。

　　圖2 VCCA+5V直流電源電路原理圖

　　2VCCD+5V直流電源

　　VCCD+5V直流電源如圖3所示，U3為一DC-DC轉(zhuǎn)換器，它的內(nèi)部有一變壓器，將26V轉(zhuǎn)換為5V，同時(shí)將5V數(shù)字電源與模擬電源隔離，為DSP、光耦等器件供電。T1為電感線圈，可以改善電路的抗電磁干擾性能；C13、C23、C33、C34均為濾波電容。V5、V7為瞬態(tài)抑制二極管。它們正常工作時(shí)并不導(dǎo)通，當(dāng)設(shè)備電源或跟蹤系統(tǒng)電源供電大于其允許的最大峰值電壓時(shí)，二極管擊穿短路，保護(hù)跟蹤系統(tǒng)。

　　圖3 VCCD+5V直流電源電路原理圖

　　9.1V基準(zhǔn)電源

　　9.1V基準(zhǔn)電源如圖4所示，輸入電壓為11.5V，穩(wěn)壓管V6的穩(wěn)壓值為3V ，故三極管V17的基極電壓為11.5V-3V=8.5V左右，加電穩(wěn)定后，V17基射極間電壓差為-0.6V，故射極輸出電壓為 8.5+0.6=9.1V，C30為濾波電容。9.1V基準(zhǔn)電源的作用是使四路目標(biāo)信號(hào)順利傳遞。

　　圖4 9.1V基準(zhǔn)電源電路原理圖

　　DSP部分

　　在跟蹤系統(tǒng)上，整個(gè)DSP系統(tǒng)包括的電路由：晶振電路，復(fù)位電路，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，核心DSP，并口（JTAG口）輸入電路，串口接收電路，串口發(fā)送電路、電源電路等組成。為避免數(shù)模電路的相互干擾，將模塊電源設(shè)計(jì)為多組相互隔離輸出的穩(wěn)定電源。同時(shí)，模塊具有短路保護(hù)功能。DSP是整個(gè)跟蹤系統(tǒng)的關(guān)鍵，DSP模塊化，共132條引腳，如圖5所示。其中，由U11、C43、C46組成DSP的晶振電路，由U11第3腳輸出三角波，頻率 10MHz，峰峰值0.4V。由C14、R38組成DSP的復(fù)位電路。每次加電時(shí)進(jìn)行一次充放電，穩(wěn)定后輸出端電壓為14.1V。出現(xiàn)故障時(shí)此處電壓一般變?yōu)?0.7V。若不存在裝配問題，則多數(shù)是由DSP損壞造成的。由U18A、U18B、U6、U14組成DSP的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，容量64K。從功能上講，U18A為一反向器，U18B為一與非門，其第6腳給出U6、U14的片選信號(hào)。 U6、U14為存儲(chǔ)器（RAM），存儲(chǔ)DSP運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)。其中，U6存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的高8位，U14存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的低8位。DSP工作時(shí)，先給出片選指令，再給出地址信息，然后發(fā)出讀寫指令，最后讀寫數(shù)據(jù)。JTAG口輸入電路通過數(shù)據(jù)輸入插座J1向DSP內(nèi)部ROM燒寫程序。

　　圖5 DSP電路組成

　　串口接收電路

　　電路中，SRXD（串行輸入）到TL2第6腳SRXD。它與STXD（串行輸出）電路一起為DSP傳遞數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)電源隔離。如圖6所示。

　　圖6 串口接收電路

　　串口發(fā)送電路

　　串口發(fā)送電路與串口接收電路相似，如圖7所示，只不過是用于發(fā)送數(shù)據(jù)。除了這些電路之外，還有一些其它DSP外圍電路，如為DSP供電電路RP20，給電源濾波的電容如C37、C38、C55等，J2測試插座、J3測試插腳等。

　　圖7 串口發(fā)送電路

　　跟蹤系統(tǒng)指令處理電路

　　跟蹤系統(tǒng)上輸入電路如圖8所示（以上路為例，其它三路與此相同）。正常工作時(shí)測試臺(tái)將上信號(hào)加到跟蹤系統(tǒng)的TC10端口，經(jīng)電位器RP12、電阻R109分壓后送至運(yùn)放U1A進(jìn)行阻抗匹配（U1A的放大倍數(shù)為-R1/R40=-1），然后分別送往第二級(jí)運(yùn)放U2A和加法器U7D。在第一級(jí)運(yùn)放中，V10是一個(gè)擊穿電壓為2V的穩(wěn)壓管，可避免U1A飽和，電容C1的作用是抗高頻干擾。在第二級(jí)運(yùn)放中，運(yùn)放的反饋電阻為數(shù)字電位器，實(shí)際上是一阻值可調(diào)的電位器，其A1、W1、B1為電位器的三個(gè)輸出端，A1端不用，W1相當(dāng)于一般電位器的中間活動(dòng)端。

　　數(shù)字電位器的控制由DSP來完成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益（AGC1）控制。DSP通過輸給上下左右四個(gè)數(shù)字電位器串行數(shù)據(jù)輸入口SDI的數(shù)據(jù)選擇哪幾路電位器開始工作，及其輸出的電阻值。數(shù)字電位器的阻值調(diào)整范圍為100K～50Ω，故第二級(jí)運(yùn)放的最大放大倍數(shù)為100K/1K=100，最小放大倍數(shù)為 50/1K=0.05。R14和V1構(gòu)成信號(hào)限幅電路，V1為擊穿電壓為5.6V的穩(wěn)壓管，即V1負(fù)端電壓大于9.1V+5.6V=14.7V 時(shí)V1擊穿導(dǎo)通，亦即信號(hào)幅值大于14.7V-11.5V=3.2V時(shí)擊穿導(dǎo)通。正常工作時(shí)，上路目標(biāo)信號(hào)由V1負(fù)端輸給DSP。

　　圖8 跟蹤系統(tǒng)輸入電路圖

　　進(jìn)入DSP的目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，輸給總線驅(qū)動(dòng)器U8。U8為一傳遞信號(hào)的接口過渡電路，信號(hào)設(shè)定為從2～9腳流向18～11腳，相當(dāng)于一射隨器。U8輸出給光耦TL9、TL6。當(dāng)U8輸出為低電平時(shí)，發(fā)光二極管有電流通過而發(fā)光，光線使其內(nèi)部光敏二極管中的電流發(fā)生變化，觸動(dòng)光耦內(nèi)部放大電路、門電路，使光耦輸出高電平。反之，光耦輸出低電平。最后通過限流電阻輸出指令。其它三路電路分析與此類似。

　　自動(dòng)增益電路

　　跟蹤系統(tǒng)測試時(shí)共要測試三種自動(dòng)增益：AGC1、AGC2、AGC3。其中，AGC1只供觀察用，AGC2、AGC3用來控制前置放大器四路目標(biāo)信號(hào)放大倍數(shù)，前者控制下右兩路，后者控制上左兩路。其電路如圖9所示。

　　圖9 自動(dòng)增益電路圖

　　在跟蹤系統(tǒng)上，這三種信號(hào)均由DSP產(chǎn)生，電路也大致相同。其中，AGC2、AGC3完全一樣。DSP把這三種信號(hào)輸給總線驅(qū)動(dòng)器U9，然后輸入給光耦。U9同U8一樣為傳遞信號(hào)的接口過渡電路，跟蹤系統(tǒng)上所有光耦的作用均一樣，傳遞信號(hào)并隔離不同的電源，然后AGC2、AGC3直接輸出；而 AGC1還要通過一個(gè)低通濾波器，一個(gè)射隨器，通過限流電阻輸出。

　　本文主要通過紅外導(dǎo)彈跟蹤系統(tǒng)各個(gè)結(jié)構(gòu)電路的分析，來研究紅外導(dǎo)彈在跟蹤方面的發(fā)展與趨勢(shì)，跟蹤系統(tǒng)具有數(shù)字信號(hào)處理能力強(qiáng)、探索目標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)，跟蹤系統(tǒng)采用的數(shù)字化處理技術(shù)，提高了紅外導(dǎo)彈跟蹤目標(biāo)的靈敏度、準(zhǔn)確度、定位精度更高，對(duì)目標(biāo)的識(shí)別和跟蹤都有更大的判定性能。在未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中，將發(fā)揮更大的作用，這也對(duì)空空導(dǎo)彈領(lǐng)域的拓展與進(jìn)步起著推動(dòng)的作用，基于跟蹤系統(tǒng)電路的分析，來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測與跟蹤，具有良好的應(yīng)用背景。