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導彈在機動(dòng)飛行過(guò)程中，機動(dòng)過(guò)載將對發(fā)動(dòng)機的結構和燃燒室燒蝕區域造成影響。發(fā)動(dòng)機過(guò)載臺通過(guò)高速旋轉從而對發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生離心力，以模擬發(fā)動(dòng)機在工作過(guò)程中的橫向過(guò)載。當發(fā)動(dòng)機的過(guò)載達到設定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火工作。試驗過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)監控和記錄發(fā)動(dòng)機的溫度、壓強、應變、過(guò)載、轉速等信號。過(guò)載臺高速旋轉時(shí)的工作狀況決定了信號的測量只能采用非接觸方式，應用無(wú)線(xiàn)電遙測技術(shù)是實(shí)現發(fā)動(dòng)機過(guò)載試驗非接觸測量較理想的選擇。 1 發(fā)動(dòng)機過(guò)載試驗臺遙測系統的特點(diǎn) 發(fā)動(dòng)機過(guò)載試驗臺遙測系統由遙測發(fā)射單元和數據接收及處理單元組成，系統組成原理如圖1所示。 根據實(shí)驗室布局和設備的需要，遙測發(fā)射單元位于旋轉臺轉軸的中心，并隨著(zhù)過(guò)載臺一起轉動(dòng)。接收天線(xiàn)安裝在距試驗臺15 m距離的墻壁上。出于安全需要，由遙測接收機和同步解調器組成的遙測數據處理單元位于過(guò)載實(shí)驗室隔壁房間。遙測設備分布如圖2所示，試驗現場(chǎng)實(shí)景見(jiàn)圖3�？梢钥闯�，發(fā)動(dòng)機過(guò)載臺遙測系統將承受多徑衰落和發(fā)動(dòng)機噴焰的影響。 1.1 多徑衰落 發(fā)動(dòng)機過(guò)載試驗間四面是鋼筋混凝土防爆墻，房頂為可移動(dòng)的半開(kāi)放空間，試驗轉臺全部為金屬框架，轉臺最高轉速為300 r／min，發(fā)射天線(xiàn)距發(fā)動(dòng)機尾噴口0.5～2 m。在這種工作環(huán)境下，多徑信號主要來(lái)自實(shí)驗室地面、墻壁，以及試驗臺和發(fā)動(dòng)機噴焰的反射波。隨著(zhù)試驗臺的高速旋轉，進(jìn)入接收天線(xiàn)的多徑合成信號將發(fā)生快速時(shí)變，因此遙測信道是快速時(shí)變的多徑信道。 1.2 發(fā)動(dòng)機噴焰影響 固體火箭發(fā)動(dòng)機噴焰是一種高濃度、高碰撞、劇烈湍動(dòng)的不均勻等離子體。無(wú)線(xiàn)電遙測信號通過(guò)發(fā)動(dòng)機噴焰時(shí)，將產(chǎn)生衰落、反射、相移、調制噪聲等變化。此外，隨著(zhù)試驗臺高速旋轉，噴焰將以最高5次／s的頻率阻斷直射波通道，因此，噴焰對遙測信號的影響具有快速時(shí)變衰落特點(diǎn)。 2 遙測系統設計方案 針對過(guò)載試驗臺遙測系統的特點(diǎn)，為了克服高速旋轉、多徑衰落和發(fā)動(dòng)機噴焰的影響，本方案在遙測發(fā)射單元結構和電路布局、收發(fā)天線(xiàn)設計、信道編碼、系統設計等方面分別采取了相應的措施。 2.1 發(fā)射單元結構和電路布局設計 發(fā)動(dòng)機在高速旋轉時(shí)將產(chǎn)生較大的離心力，該離心力以過(guò)載形式施加到遙測發(fā)射單元的各個(gè)部分。另外，發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火后，噴焰產(chǎn)生的高分貝噪聲會(huì )引起高頻振動(dòng)。如圖4所示，遙測發(fā)射單元在結構、電路布局中采取以下措施，有效降低了過(guò)載和高頻振動(dòng)的影響。 (1)外形采用圓錐體結構，有利于提高旋轉時(shí)的機體的穩定性。 (2)電路板位于試驗臺中心、水平安裝并與轉軸垂直，該方式消除了試驗臺高速旋轉對電路板產(chǎn)生的扭轉力矩。元器件采用SMT器件，可以有效降低元器件承受的橫向剪切力。 (3)為了降低噴焰噪聲引起的高頻振動(dòng)，遙測發(fā)射單元與試驗臺連接面之間增加減振絕緣墊，電路板和外殼體之間的間隙填充吸音材料。 2.2 收發(fā)天線(xiàn)設計 為了降低過(guò)載試驗臺和房頂的發(fā)射波能量，發(fā)射天線(xiàn)采用柱狀單極子天線(xiàn)，其方向圖如圖5所示。該種天線(xiàn)的方向圖在水平剖面表現為均勻的方向性，有利于過(guò)載臺在高速旋轉時(shí)遙測信號穩定接收；在垂直方向上，上下方向各有一個(gè)較深的零陷，有利于抑制發(fā)射信號在試驗臺和房頂形成的反射波，降低多徑衰落的影響。 接收天線(xiàn)采用螺旋天線(xiàn)，該天線(xiàn)波束寬度2θ0.5≤10°，指向性強，有利于抑制主波束外反射波的能量。 2.3 信道編碼 遙測數據在傳輸過(guò)程中，由于多徑衰落和發(fā)動(dòng)機噴焰的影響，存在隨機性和突發(fā)性錯誤。本系統采用級聯(lián)碼+交織編碼進(jìn)行前向糾錯，外碼為(204，188)RS碼，內碼為2／3卷積碼。由于RS碼適用于檢測和校正傳輸過(guò)程中的突發(fā)性錯誤，卷積碼擅長(cháng)糾正隨機錯誤，因此二者相結合的級聯(lián)碼既能夠糾正隨機錯誤，又能夠糾正突發(fā)錯誤，適合于過(guò)載臺遙測信道的特性。為了盡量提高可糾錯的突發(fā)誤碼長(cháng)度，使突發(fā)錯誤隨機化分布，本方案采用螺旋交織編碼，交織深度為256 B。經(jīng)測試，采用級聯(lián)碼后，可以獲得6.3 dB的編碼增益。 2.4 系統設計中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù) (1)強、弱電信號隔離 由于過(guò)載臺的高壓變頻器、驅動(dòng)電機等強電壓設備在運轉中將對遙測設備的弱電信號造成干擾，如果處理不當，將大大降低遙測信號的采集精度，甚至使遙測功能喪失。因此，強電和弱電信號的隔離將直接影響遙測系統的性能。本設計采取以下隔離措施，較好地解決了強弱電隔離問(wèn)題： ①遙測發(fā)射單元采用可充電鋰電池供電。純凈、穩定的電源精度保證了各種傳感器的測量精度和數據采集精度。正式試驗前，充電器通過(guò)集流環(huán)對鋰電池充電，試驗開(kāi)始后，充電回路斷開(kāi)，鋰電池為遙測發(fā)射單元輸出電源。此外，遙測發(fā)射單元與過(guò)載臺固定端由絕緣減振墊隔離，使遙測發(fā)射單元電源地與過(guò)載臺強電匯流地在空間上完全隔離。上述措施在電源上完全隔斷了外部干擾源的傳導途徑； ②遙測發(fā)射單元全金屬殼體屏蔽，杜絕了強電設備在空間產(chǎn)生的強電磁場(chǎng)對遙測弱電支路的干擾。 (2)遙測系統各部分增益分配 根據無(wú)線(xiàn)通信理論，無(wú)線(xiàn)電自由空間損耗Lp=(4πR)2／λ2，其中R為有效傳輸距離，λ為射頻信號波長(cháng)。在本系統R=15 m，λ=0.13 m，所以L(fǎng)p(dB)=63 dB。本系統發(fā)射功率Pt=0.5 W(-3 dB)，發(fā)射和接收天線(xiàn)增益分別為Gt=-5 dB，Gr=12 dB，接收機靈敏度Pr=-115 dB，電纜損耗L∑=15 dB。根據現場(chǎng)測試數據，發(fā)動(dòng)機噴焰和多徑效應對無(wú)線(xiàn)遙測信號產(chǎn)生的峰值衰落Ld=38 dB�？紤]到級聯(lián)碼產(chǎn)生的編碼增益Gc=6.3 dB，所以系統裕度M=Pt+Gt+Gr+Gc-Lp-L∑-Ld-Pr=9.3 dB�？梢�(jiàn)，各部分增益的分配滿(mǎn)足系統要求，并具有足夠的設計裕度。 3 結 語(yǔ) 針對火箭發(fā)動(dòng)機過(guò)載試驗臺遙測信道的特點(diǎn)，通過(guò)科學(xué)分配系統參數，合理選擇收發(fā)天線(xiàn)類(lèi)型，并采用級聯(lián)碼+交織編碼組成的信道編碼，成功解決了火箭噴焰和多徑衰落對無(wú)線(xiàn)電遙測信號的影響。目前，本遙測系統已在火箭發(fā)動(dòng)機過(guò)載試驗中成功應用，充分驗證了其設計的合理性和正確性，并為其他遙測系統的設計提供了有益的參考。 |
