离轴控制系统中反馈信号处理算法研究及实现①

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摘 要：红外型空空导弹发控系统中，导弹反馈的离轴角信号是实现离轴控制的重要环节，实现对离轴角信号的解调与转换，建立离轴角电压信号与离轴角角度信息之间精确的转换关系，能够提高导弹离轴随动精度。本文阐述了离轴角信号的解调原理，针对离轴角信号的非线性问题提出了分段线性化来进行软件校正的方法，并进行了相应的软硬件设计。

关键词：发控系统 离轴控制 反馈 解调 非线性

中图分类号：U666.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0100-02

随着军事技术的发展，机载武器系统对红外型空空导弹的离轴随动性能要求越来越高，这就需要发控系统实现精确的离轴驱动控制功能，导弹的离轴角信号是实现离轴驱动闭环控制的反馈信号，对系统随动精度影响极大。某武器系统中，导弹的离轴角信号是极坐标系下的电压信号，载机下达的随动方位、俯仰角度是通过总线传输的机体坐标系为准的角度信息，发控系统根据载机下达的角度信息生成离轴驱动信号，然后和导弹的离轴角信号形成闭环，从而实现对导弹的离轴随动控制。实现极坐标系下的导弹离轴角信号与直角坐标系下的目标方位、俯仰角度的相互转换，有利于提高离轴驱动信号的生成精度，从而提高武器系统的随动精度。同时，导弹位标器的方位、俯仰信息也需要实时上传载机。本文主要阐述离轴角信号解算与转换的工作原理及实现过程。

1 离轴角信号解调原理

某型号导弹中，离轴角信号是导弹的位标器电锁线圈的输出信号，该信号表征导弹视线在位标器坐标系中的投影，可以近似表达为：

（1）

其中：为位标器离轴角的极径；为位标器离轴角的相位。

（2）

其中：为角度电压系数；、为分别是位标器视线的俯仰角和方位角。

由于信号是极坐标形式，需要把它转换到机体直角坐标系下，根据系统坐标转换及系统信号相位滞后的要求，移动相位度，即可把等效转移到机体坐标系上。

基准信号的数学表达式为：

（3）

其中：为位标器基准电压幅值。

利用基准信号对进行相干解调，并滤除高频分量，解得目标在机体坐标系下的俯仰、方位角电压。

（4）

其中：为导弹离轴角电压有效值；、为载机坐标系下导弹离轴角电压分量。

2 非线性校正及处理

由公式（2）可知，离轴角电压理论上与离轴角之间呈正弦函数关系，而该系统实际与之间不是单纯的正弦函数关系，如图1所示。因此，既不能把离轴角电压当做离轴角“真值”上传或用做控制，也不能简单按正弦函数关系反求离轴角。

针对这一事实，采取措施，对离轴角电压进行转换，求出离轴角“真值”，这一过程称为非线性校正。以往发控系统多采用硬件处理技术实现非线性校正。随着计算机技术的发展，发控系统已广泛采用数字信号处理器作处理器，利用数字信号处理器优良的数据处理性能，用软件进行离轴角电压的非线性校正，使得离轴角电压和离轴角之间呈线性关系。这种方法省去了硬件补偿电路，充分利用了计算机的智能作用，提高了离轴角转换的准确性和精度，而且适当改进软件内容，可实现不同的校正方法。校正方法可以采用曲线拟合、分段线性化等方法来实现。综合考虑转换精度、转换速度、发控系统性能及任务等因素，本文采用分段线性化的方法来实现离轴角信号的非线性校正。

采用以下三个线性段来拟合图1所示的曲线：

（5）

式中：为离轴角电压有效值；、离轴角电压线性分段拐点值；、、为各线性段电压角度转换系数；、为分段点离轴角对应角度值；为计算得到的离轴角角度值。

算法的关键是确定转折点（，）、（，）及各线性段的转换系数、、，实现时根据被控对象的统计数据确定上述参数，使算法在整个曲线范围内拟合误差满足系统需要。

经非线性校正，得到离轴角计算值，然后根据离轴角电压分量、计算归一化的位标器俯仰、方位信息、，表示为：

（6）

其中：

计算机体系下俯仰角、方位角：

（7）

式中：A、B为机体坐标系下位标器俯仰、方位角；在小角度时，、近似等效于A、B。

3 系统设计

离轴角信号的解算与转换作为发控系统的一个子系统，主要由发控系统微处理器、信号调理电路、绝对值电路、解调电路等部分。

离轴角信号通过绝对值电路后计算出的有效值；解调电路内首先实现系统需要的相移，然后利用两路基准信号解调出离轴角电压分量、；、、进行信号调理后送微处理器由其AD转换模块实时采集。系统的微处理器采用TI公司的SMJ320F240，该芯片具有丰富的软硬件资源，能够满足发控系统离轴控制的需要，采用16MHz晶振为系统提供时钟信号。微处理器采集、、后进行非线性校正病处理，计算目标的方位角、俯仰角。

导弹离轴角信号经本系统处理得到的离轴角，非常逼近导弹真实离轴角，在0～20°离轴范围内，转换误差小于5%，满足随动控制及数据上传的需要。

4 结语

本文采用硬件解调和软件校正的方法，解决了发控系统设计中离轴角信号处理问题，实现了离轴角信号的精确转换，满足了系统离轴控制的需要，应用效果良好。

参考文献

[1]黄浩.位标器随动算法研究及实现[J].航空兵器.1998（3）：8-12.

[2]黄浩.基于DSP的离轴控制系统[J].航空兵器.2005（1）：30-32.

[3]廖志忠，徐日洲，吴继海，等.空空导弹发控系统设计[M].国防工业出版社，2007.