高炮连射击指挥模拟航路产生系统

摘要

一种高炮连射击指挥模拟航路产生系统，包括航路产生装置和数模转换装置；所述航路产生装置输出各个炮位的击发信号、方位角信号和射角信号给数模转换装置，再由数模转换装置控制相应炮位火炮的工作。本发明可以实现在高炮部队基层连队没有空情和火控单元配合情况下各类目标的抗袭演练问题，避免了复杂的保障协调、高难度的技术配合和不必要的资源消耗。通过提供接近实战的训练条件与环境，为实现“练为战”开辟了一条简便、实用的新途径。

说明书

技术领域

本发明属于军用电子装备范畴，具体是一种高炮连射击指挥模拟航路产生系 统。

背景技术

高炮是目前我军防空部队的主战武器之一，它的主要射击方式是由火控单元 (火控雷达、火控仪或指挥仪)控制全连火炮联动，按连指挥员的指令对空中目 标进行集火射击。在平时，要完成上述射击过程的训练(空炮合练)，必须有空 情(飞机或靶机)和火控单元的配合保障，而这些保障的协调等级高、技术难度 大、消耗资源多，许多基层单位难以实现。为解决这一问题，需模拟出空中目标 各种飞行状态下全连火炮联动时的随动状态，建立一个空情条件或环境，才能有 效地训练指挥员射击口令的下达；排、班长的指挥和动作；各专业炮手(操作手) 的操作等。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出一种新的高炮连射击 指挥模拟航路产生器，具体技术方案如下：

一种高炮连射击指挥模拟航路产生系统，包括航路产生装置和数模转换装 置；所述航路产生装置输出各个炮位的击发信号、方位角信号和射角信号给数模 转换装置，再由数模转换装置控制相应炮位火炮的工作；

所述航路产生装置包括电源模块、控制模块、设置输入模块、击发按钮、信 号输出模块和报读模块；

所述电源模块把外接电源转换成各个模块的工作电源，为它们供电；所述设 置输入模块的输出端和击发按钮的输出端连接控制模块的输入端；所述信号输出 模块和报读模块的输入端连接控制模块的输出端；所述信号输出模块的输出端连 接所述数模转换装置的输入端；

所述数模转换装置包括电源模块、方位角变换模块、射角变换模块和击发模 块；所述电源模块把外接电源转换成各个模块的工作电源，为它们供电；

所述方位角变换模块和射角变换模块是以DSP为核心的变换电路；所述射 角变换模块和方位角变换模块分别接收来自航路产生装置的射角和方位角数字 信号，使用SVPWM算法把它们转换为射角粗、方位粗、射角精和方位精四路 三相正弦变化量用来给同步电机的输入量。所述SVPWM算法是电机控制领域 中的经典算法，本技术方案使用该成熟算法，射角和方位角数字信号作为该算法 的输入量，最终得到所需控制电机的输入量。

所述控制模块的输出端还连接有显示模块。

所述输入模块输入目标的进入方位角(β)、速度(v)、距离(d)、高度(H)、 航路捷径(dj)和航向(βQ)，控制模块依据f(β，dj，βQ，v，d，H)→(β，ε， D)的函数关系得到目标的方位角(β)、射角(ε)以及目标距离(D)；这三个 参数分三路送出：其中一路把方位角和射角数据通过信号输出模块送至数模转换 装置；第二路把方位角、射角、距离以及目标捕捉和有无诸元数据送至显示模块； 第三路把距离数据送到报读模块。

控制模块对连长通过击发按钮下达的击发/停射指令进行判断，并依据射击 条件向击发模块发出击发或停射指令。

所述信号输出模块包括DC-DC变换电路、RS485转换电路和光电隔离电路， 电源经DC-DC变换电路后给RS485转换电路供电，RS485转换电路对位置信号 和击发信号进行处理，把TTL信号转换成差分信号，最后经光电隔离电路输出；

信号输出模块输入端通过RS232接口和控制模块连接；信号输出模块输出 端通过RS422协议采用差分信号与数模转换装置连接。

本技术方案首次将交流开关控制技术应用于同步机控制系统中；此技术的应 用，大大减小了数模转换装置的体积、重量和功耗，极其适用于装备的推广应用， 为高炮的数字化控制提供了一种新的思路。

在高炮连射击指挥模拟航路产生器上设置空中目标的飞行参数(斜距离、进 入角、速度、航路捷径、高度和航向)，也可以选择典型固定航路设置空中目标 的飞行参数，当目标进入训练距离后，通过语音报读现在斜距离，数字显示目标 现在斜距离、方位角和高低角，连指挥员由此分析目标的威胁程度，按指挥程序 实时下达指挥口令。火炮联动后，在高炮连射击指挥模拟航路产生器的控制下指 向目标，并按设定随动跟踪，班、排长及各炮手(操作手)按指令和操作规程进 行操作，不间断完成整个射击训练过程。通过改变设定不同的参数和选择不同的 典型固定航路，高炮连可完成全自动、半自动对针、人工对针等操作，实现对各 种目标抗击训练。

主要功能如下：

a)数据处理：以计算机为核心，主要完成模拟航路的生成、典型 固定航路的设定以及界面的处理和控制；

b)数模转换：以DSP为核心，完成三相交流电普通正弦函数的关 系转换，其相位与失调角按标准同步机控制要求执行；同时采 用高频功率转换技术完成输出电压的功率放大以实现同时驱动 高炮连八门炮SS-405同步电机；

c)数显与语音报读：设置参数和现在位置用数码管进行数显，目 标现在斜距离在数显的同时进行语音报读。

本技术方案：以较小的成本解决了高炮连八门高炮联动状态下的抗袭过程模 拟问题；首次将交流开关控制技术应用于同步机控制系统中；此技术的应用，大 大减小了数模转换装置的体积、重量和功耗，极其适用于装备的推广应用，为高 炮的数字化控制提供了一种新的思路。

本发明可以实现在高炮部队基层连队没有空情和火控单元配合情况下各类 目标的抗袭演练问题，避免了复杂的保障协调、高难度的技术配合和不必要的资 源消耗。通过提供接近实战的训练条件与环境，为实现“练为战”开辟了一条简 便、实用的新途径。

附图说明

图1是系统连接示意图图；

图2是系统工作和训练状态示意图图；

图3是系统电路原理方框图；

图4是航路产生装置外形示意图；

图5是数模转换装置外形示意图；

图6是信号输出模块原理框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

一)系统组成

高炮连射击指挥模拟航路产生器由航路产生装置、传输电缆和数模转换装置 组成。图1为系统连接图。

二)工作原理

高炮连射击指挥模拟航路产生器的工作原理和训练概况是(参见图2)：首 先按训练科目的要求，通过航路产生装置设置来袭目标的飞行参数确定飞行航路 或直接选用常用航路，航路产生装置完成以下两大任务：一是通过显示器实时显 示目标的运动情况(即空情)，并报读出目标距离(小于10km时)；二是将目标 的空中位置转换成目标的方位角和射角，以数字信号(加上击发指令)的方式通 过传输电缆送至数模转换装置。数模转换装置将位置数字信号以及连长的连击发 指令转换成PG59-57高炮所能接收使用的模拟信号，经功率放大后通过电缆直 接接入中央配电箱原有的“指挥仪”插座分配给全连八门高炮，控制全连高炮进 行自动(或对针)瞄准。

连长根据目标的飞行情况，判断其威胁程度，随着距离临近适时下达射击口 令。全连官兵按照射击指令完成各自战斗操作。全连火炮联动后指向目标，形成 射击态势。连长控制击发按钮可使八门高炮同时击发或停止射击。整个抗袭过程 是按照来袭目标的设定航路进行的，有不可中断性。因此训练了高炮连的抗袭适 应过程和应变能力。较为逼真地模拟实战背景，能在短时间内提高高炮连的战斗 力。并能检验部队的训练水平；检验整个射击指挥过程中指挥员的射击指令下达 是否正确及时；各专业炮手的战斗操作是否正确到位；并能检查全连火炮的技术 状况是否良好。

三)电路原理

系统电路原理方框图如图3所示。

1)航路产生装置

航路产生装置主要由输入设置模块、击发模块、控制模块、信号输出模块、 报读模块、显示模块和电源模块组成。如图4所示。

a)设置输入模块

该模块主要用于完成参数设置与输入。它主要由矩阵键盘构成。

b)击发模块

击发模块主要用于对控制模块的射击指令进行安全和可靠性处理，它由 DC-DC变换电路、光耦隔离电路和继电器组成。DC-DC变换电路、光耦隔离电 路用来保证击发的可靠性。继电器用来控制中央配电箱原有的电发射继电器。

c)控制模块

控制模块主要用于完成航路信号转换、击发信号的控制、语音和显示信号的 产生以及和其他各个系统模块的连接。

通过设置输入模块输入目标的进入方位角(β)、速度(v)、距离(d)、高 度(H)、航路捷径(dj)、航向(βQ)，通过f(β，dj，βQ，v，d，H)→(β，ε， D)函数关系得到目标的方位角(β)、射角(ε)以及距离(D)。这三个参数分三 路送出。其中一路把方位角和射角数据通过信号输出模块送至数模转换装置；另 一路把方位角、射角、距离以及目标捕捉和有无诸元数据送至显示模块；第三路 则是把距离数据送到报读模块。

控制模块对连长下达的射击(停射)指令(击发按钮)进行判断，并依据射 击条件向击发模块发出击发或停射指令。

判断标准：出范围不打；过航不打。此时，控制模块禁止击发。

射击条件：1)在射击范围内；2)不过航；3)有射击击发指令。击发/停射 是指在允许射击范围可击发，出范围则停射。

控制模块中采用LPC2124处理器，该处理器是基于一个支持实时仿真和跟 踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU的微控制器，并带有嵌入的256k字节(kB) 高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够 在最大时钟速率60MHz下运行。

d)信号输出模块

信号输出模块主要完成控制模块产生的位置信号和击发信号安全可靠的传 送至数模转换装置。它包括DC-DC变换电路、电平转换电路以及光耦隔离电路。 如图6所示，电源经DC-DC变换电路转换成所需电压后，传入电平转换电路， 有该电路对位置信号和击发信号急性处理，最后经光电隔离电路输出。该模块通 过232接口和控制模块连接。为保证可靠的远距离数据传输，再把数据通过422 接口采用差分信号和数模转换装置连接。

e)报读模块

报读模块主要用于报读目标距离。它包括功放电路和扬声器。当目标进入报 读距离范围后，控制模块等时间间隔调用预存于flash内的语音数据，通过数模 变换后送至报读模块的功放电路，经放大后的模拟信号驱动扬声器报读距离。

f)显示模块

显示器模块主要用于显示参数信息。方位角、射角、距离采用了超高亮宽温 数码管显示，诸元指示、捕捉指示、航路设置指示(进入方位角、速度、距离、 高度、航路捷径、航向)采用高亮发光二极管指示。

g)电源模块

由于航路产生装置电源来自于数模转换装置，传输距离较远，因此采用220V 交流供电。电源模块采用AC-DC型电源模块。它的电压输入范围宽，体积小。 能够很好的抑制移动电站电压波动大或火炮接闭电时引起的影响。

2)数模转换装置

由变换板(方位、射角各1块)、滤波板(方位、射角各1块)、电源板、显 示板等组成。变换板采用DSP数字信号控制器芯片作为控制平台，将上位机(航 路产生装置或雷达火控计算机)送来的射角、方位的串行数字信号用SVPWM算 法转换为四路(射角粗、方位粗、射角精、方位精)三相正弦分布的脉冲，经功 率级开关放大和滤波板滤波，变为三相幅度调制的交流正弦信号，经中央配电箱 (通过其“指挥仪”插座)送出，驱动火炮SS405同步机的三相定子绕组，这样实 现了数字/模拟信号转换。

由于DSP芯片有强大的运算功能和实时处理能力，能保证三相输出信号的 精度和稳定度。由于采用开关放大的功率变换模式，比线性放大模式大大降低了 体积、重量和功耗，提高了可靠性。数模转换装置外形如图5所示。