導(dǎo)語(yǔ)：航空微型彈藥接口技術(shù)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對(duì)微小型無(wú)人機(jī)及微型彈藥的電氣互聯(lián)接口日趨小型化問(wèn)題，首先研究了國(guó)外飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)簇發(fā)展及演變過(guò)程。然后對(duì)AS5726A定義的微型彈藥接口信號(hào)組中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線、離散量和電源等三種信號(hào)的功能及要求進(jìn)行了闡述和分析，還研究了微型彈藥接口相比于MIL-STD-1760接口和小型任務(wù)懸掛物接口呈現(xiàn)出的新特性。最后提出了適用于微型彈藥接口的隔離網(wǎng)絡(luò)、匹配狀態(tài)接口電路和控制使用流程等工程應(yīng)用問(wèn)題的初步解決方案。

關(guān)鍵詞：微型彈藥接口；AEIS；多路復(fù)用；隔離網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)大多為局部戰(zhàn)爭(zhēng)，且多發(fā)生在人口較為密集的城市之中。用于單兵或小分隊(duì)作戰(zhàn)的先進(jìn)的偵查、監(jiān)視和精確打擊武器裝備需求日益迫切。其中，微型靈巧彈藥[1]及其小型化的無(wú)人運(yùn)載系統(tǒng)技術(shù)迅猛發(fā)展。近年來(lái)，微小型無(wú)人機(jī)技術(shù)已日趨成熟。這些小型無(wú)人機(jī)在戰(zhàn)術(shù)性能方面，大多具有10～15千米航程、60分鐘以上續(xù)航能力、配備先進(jìn)的數(shù)據(jù)鏈，戰(zhàn)術(shù)型無(wú)人機(jī)還掛載智能微型靈巧彈藥。小型無(wú)人機(jī)在多國(guó)已實(shí)現(xiàn)批產(chǎn)和裝備部隊(duì)。微型彈藥發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)自滿足戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)精確打擊的作戰(zhàn)需求。目前，國(guó)外在研或裝備的微型彈藥主要供戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)使用，如美國(guó)的“短柄斧”微型制導(dǎo)彈藥、“毒蛇出擊”反坦克導(dǎo)彈。為了提高飛機(jī)與懸掛物的電氣連接系統(tǒng)兼容性，降低武器系統(tǒng)的集成成本，美國(guó)頒布了MIL-STD-1760《飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)接口要求》，國(guó)內(nèi)參照該標(biāo)準(zhǔn)頒布了GJB1188[2]。借鑒上述兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，隨著微型彈藥及作為其運(yùn)載平臺(tái)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的種類及數(shù)量的不斷增多，開展微型彈藥接口標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用技術(shù)的研究工作需求迫切且意義重大。

1飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)簇

不同重量級(jí)別的懸掛物的體積、功耗和成本需求相差很大。因此，需要制定多樣化的飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)（Aircraft/StoreElectricalInterconnectionSystem，AEIS）接口標(biāo)準(zhǔn)。微型彈藥是指一種懸掛物，其典型特征是重量不超過(guò)25千克，且外徑不小于38毫米。微型彈藥接口標(biāo)準(zhǔn)就是為了適應(yīng)微型靈巧彈藥及小型化運(yùn)載平臺(tái)的迅猛發(fā)展而產(chǎn)生的。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)機(jī)動(dòng)車工程師協(xié)會(huì)（SocietyofAutomotiveEngineers，SAE）編制了MIL-STD-1760，截止目前，最新版本已發(fā)展到E版[3]。為了滿足小型及微型武器及運(yùn)載平臺(tái)的應(yīng)用需求，SAE又補(bǔ)充了AS5725《小型任務(wù)懸掛物接口》標(biāo)準(zhǔn)[4]（最新版本為B版）和AS5726《微型彈藥接口》標(biāo)準(zhǔn)[5]（最新版本為A版）。三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)共同組成常規(guī)、小型和微型互相搭配的飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)簇。三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)規(guī)定的三種標(biāo)準(zhǔn)電氣接口信號(hào)規(guī)模依次減小，既有繼承也有演進(jìn)。三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)分別應(yīng)用于指導(dǎo)不同級(jí)別的懸掛物和運(yùn)載系統(tǒng)的開發(fā)與驗(yàn)證[6]。圖1三種標(biāo)準(zhǔn)接口信號(hào)組演變過(guò)程Fig.1Processofevolvementonthreestandardizedinterfacesignalset如圖1所示，從電氣接口信號(hào)功能的角度分析，信號(hào)組規(guī)模不斷縮小。微型彈藥接口在滿足微型武器使用需求的前提下，使信號(hào)數(shù)量盡可能地最小化。

2微型彈藥接口組成及要求

2.1接口組成。處于運(yùn)載系統(tǒng)一側(cè)的電氣接口稱為微型彈藥運(yùn)載系統(tǒng)接口（MicroMunitionsHostInterface，MMHI）。處于微型彈藥一側(cè)的電氣接口稱為微型彈藥接口（InterfaceforMicroMunitions，IMM）。AS5726定義了兩類IMM接口：I類接口的工作電源為直流28V；II類接口的工作電源為直流56V。這兩類使用相同型號(hào)的連接器。AS5726中的微型彈藥接口信號(hào)定義部分繼承了AS5725中的小型任務(wù)懸掛物接口。IMM主要包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線、離散量和電源三種信號(hào)類型，具體的信號(hào)定義如圖2所示。2.2工作電源圖。Fig.3Isolationnetworkschematic/UFC接口功能及要求工作電源接口和上行光纖通道（UpFiberChannel，UFC）接口是復(fù)用的，為微型彈藥提供工作用電源和上行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線接口。工作電源用于微型彈藥內(nèi)部電子設(shè)備基本操作和非安全關(guān)鍵性功能。I類接口通過(guò)工作電源接口提供28VDC±5%電源。II類接口通過(guò)該接口不僅能提供56VDC±5%電源，還能夠提供28VDC。UFC滿足AS5653B《MIL-STD-1760用高速網(wǎng)絡(luò)》要求[7]。2.3安全允許電源。/DFC接口功能及要求安全允許電源接口和下行光纖通道（DownFiberChannel，DFC）接口是復(fù)用的，為微型彈藥提供工作用電源和下行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線接口。安全允許電源用于微型彈藥安全關(guān)鍵性功能，提供28VDC±5%電源。安全使能電源單次應(yīng)用的最大持續(xù)時(shí)間不超過(guò)2秒。DFC滿足AS5653B《MIL-STD-1760用高速網(wǎng)絡(luò)》要求。2.4匹配狀態(tài)接口功能及要求。匹配狀態(tài)接口用于運(yùn)載系統(tǒng)和微型彈藥確認(rèn)彼此的電氣接口匹配狀態(tài)。當(dāng)匹配狀態(tài)接口與工作電源回線之間的電壓超過(guò)工作電源電壓值的20%時(shí)，運(yùn)載系統(tǒng)認(rèn)為兩者是匹配的。當(dāng)微型彈藥的工作電源接口和內(nèi)部電源交叉點(diǎn)與匹配狀態(tài)接口之間的電壓超過(guò)工作電源電壓值的80%時(shí)，微型彈藥認(rèn)為兩者是不匹配的。2.5安全允許離散接口功能及要求。安全允許離散作為微型彈藥的安全關(guān)鍵性功能聯(lián)鎖條件。當(dāng)且僅當(dāng)安全允許離散為有效狀態(tài)時(shí)，微型彈藥才能夠執(zhí)行來(lái)自DFC的安全關(guān)鍵性控制指令。

3微型彈藥接口新特性分析

AS5726是飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)簇中時(shí)間最晚且適用對(duì)象更加強(qiáng)調(diào)小型化、低功耗和低成本的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。因此，微型彈藥接口與1760標(biāo)準(zhǔn)接口、小型任務(wù)懸掛物接口相比，呈現(xiàn)出以下幾個(gè)獨(dú)有的特點(diǎn)：1）直流功率信號(hào)與高頻數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)復(fù)用。為了減少信號(hào)線數(shù)量，采用頻分復(fù)用的方式使得直流電源信號(hào)與高頻的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)共用傳輸線對(duì)。每一對(duì)信號(hào)線兩端通過(guò)圖3所示的3端口隔離網(wǎng)絡(luò)與光纖驅(qū)動(dòng)器和工作電源接口連接。2）采用FC作為唯一的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線。在1760接口和小型懸掛物接口中，除了光纖通道還有專門的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線接口，如1553B總線和10Mb/s1553B總線。在微型彈藥接口中，只能在光纖通道上使用FC-AE-1553協(xié)議傳輸命令和控制數(shù)據(jù)。由于取消了HB3和LB接口，光纖通道上還應(yīng)能夠使用FC-AV協(xié)議傳輸數(shù)字化的音頻和視頻數(shù)據(jù)。3）不同電源電壓共用工作電源接口。在1760接口和小型懸掛物接口中，不同的電源均采用獨(dú)立的接口。而在II類微型彈藥接口中，28V和56V的工作電源是兼容的。當(dāng)給II類接口提供28V工作電源時(shí)，II類微型彈藥可當(dāng)作I類微型彈藥使用，可實(shí)現(xiàn)其全部或部分功能。當(dāng)I類微型彈藥連接到II類運(yùn)載系統(tǒng)上時(shí)，應(yīng)確保微型彈藥不被損壞。這就要求微型彈藥上做好過(guò)壓保護(hù)。4）采用模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)匹配控制。在小型懸掛物接口中，使用兩個(gè)不同方向的單向數(shù)字開關(guān)信號(hào)完成運(yùn)載系統(tǒng)和懸掛物之間的匹配確認(rèn)。而在微型彈藥接口中，通過(guò)圖4所示的兩個(gè)串聯(lián)電阻分壓，運(yùn)載系統(tǒng)和懸掛物分別采集匹配狀態(tài)接口上的模擬電壓值，完成匹配確認(rèn)。減少了一根信號(hào)線且匹配起來(lái)更加簡(jiǎn)單。微型彈藥接口的上述四個(gè)新特性均體現(xiàn)了接口規(guī)模最小化的設(shè)計(jì)原則，很好地契合了微型彈藥和小型運(yùn)載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

4微型彈藥接口應(yīng)用技術(shù)

針對(duì)AS5726定義的標(biāo)準(zhǔn)微型彈藥接口新的特性，相較于傳統(tǒng)的懸掛物管理系統(tǒng)和懸掛物接口電路設(shè)計(jì)技術(shù)，應(yīng)著重考慮以下幾項(xiàng)特殊的設(shè)計(jì)問(wèn)題。4.1隔離網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與分析。頻分復(fù)用是一種典型的多路復(fù)用方式。直流電源信號(hào)作為低頻分量，光纖數(shù)字信號(hào)作為高頻分量，兩者的復(fù)合信號(hào)采用銅纜傳輸。圖3所示的隔離網(wǎng)絡(luò)由高通濾波器和低通濾波器構(gòu)成。內(nèi)部電源端口處，低通濾波器將高頻分量濾除，剩下的電源信號(hào)分量連接到DC電源或負(fù)載。內(nèi)部FC端口處，高通濾波器將低頻分量濾除，剩下的光纖數(shù)字信號(hào)分量連接到FC發(fā)送器或接收器。圖3中的低通濾波器由一個(gè)高頻扼流電感線圈組成，利用其通直流且阻交流的特性實(shí)現(xiàn)低通濾波。圖3中的高通濾波器是一種工程中廣泛應(yīng)用的一階RC無(wú)源濾波器[8]，其傳遞函數(shù)為()221jfHfjfπτπτ=+（1）式中，f為頻率，τ=RC。其幅頻特性公式為()()()2212fAfHffπτπτ==+（2）若A(f)=2/2，則截止頻率為12cfπτ=（3）依據(jù)AS5726規(guī)定，高通濾波器的截止頻率為10MHz。當(dāng)R1=R1=75Ω時(shí)，由式（3）計(jì)算可得，C1=C2=212pF。此時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的截止頻率為10MHz的高通濾波器。4.2匹配狀態(tài)接口電路設(shè)計(jì)。當(dāng)微型彈藥與運(yùn)載系統(tǒng)連接后，匹配狀態(tài)接口對(duì)運(yùn)載系統(tǒng)和微型彈藥匹配電路均呈現(xiàn)的為模擬電壓信號(hào)。可采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換采集電壓或電壓比較器兩種設(shè)計(jì)方案。由于匹配狀態(tài)接口的標(biāo)準(zhǔn)電壓值偏高，故需要使用運(yùn)放電路將電壓比例衰減。匹配狀態(tài)接口電路的主控制CPU采用飛利浦公司的ARM7架構(gòu)微控制器芯片LPC2294。當(dāng)采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換方案時(shí)，使用12位ADC芯片AD7892，控制CPU根據(jù)匹配狀態(tài)接口上實(shí)際采集到的電壓值與工作電源的20%作比較，即可獲得匹配結(jié)果。當(dāng)采用電壓比較器方案時(shí)，使用電壓比較器芯片LM393，控制CPU直接讀取電壓比較器的輸出，獲得匹配狀態(tài)。4.3控制流程設(shè)計(jì)。在向微型彈藥工作電源接口施加實(shí)際電源之前，標(biāo)準(zhǔn)中允許在工作電源接口暫時(shí)施加3～12VDC的低電壓電源，該臨時(shí)電源僅用作匹配狀態(tài)的確認(rèn)。一旦確認(rèn)了匹配狀態(tài)，即可施加正常的工作用電。之后，運(yùn)載系統(tǒng)就可以完成微型彈藥的識(shí)別、初始化、準(zhǔn)備和發(fā)射/投放控制[9],[10]。圖5給出了一種典型的微型彈藥控制流程。

5結(jié)束語(yǔ)

微型彈藥接口標(biāo)準(zhǔn)作為MIL-STD-1760(對(duì)應(yīng)GJB1188)和AS5725的擴(kuò)充，滿足微型彈藥及微小型無(wú)人機(jī)的特定需求。隨著國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，特別是微小型特種無(wú)人機(jī)的不斷增多，微型彈藥接口的應(yīng)用需求勢(shì)必會(huì)不斷迫切。本文的航空用微型彈藥標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)研究在國(guó)內(nèi)尚屬首次開展，有助于微型彈藥接口技術(shù)在我國(guó)航空武器裝備中的工程轉(zhuǎn)化及我國(guó)飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)簇的完善。同時(shí)，光纖通道在飛機(jī)/懸掛物電氣連接系統(tǒng)中的應(yīng)用等相關(guān)問(wèn)題需要進(jìn)一步深入研究。

作者:苗軍民 史志釗 史兆明 趙衛(wèi)園 單位:中航工業(yè)洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所