太阳方位角的遥测技术

太阳方位角遥测技术用于炮射弹丸在飞行外弹道上姿态的实时测量， 根据太阳方位角遥测数据以及其他外测参数， 可进一步得出有关弹丸飞行的气动参数。 而且， 仅从太阳方位角遥测数据就可直接获得弹丸飞行中的章动、进动、 转动信息。 美国和俄罗斯都具备太阳方位角测试能力， 并研制了相应的遥测系统， 该系统已成功用于实弹测试。

1.测试原理及数学模型

1) 太阳方位角的定义

太阳方位角， 是弹丸轴线与阳光矢量到弹丸质心连线的夹角， 该角度的变化反映了弹丸飞行中姿态的变化。

2) 太阳方位角传感器的构成

太阳方位角传感器主要由光缝、 光敏件、 放大器构成。 两个光敏件分别安装在光缝的中底部， 与光缝一起建立传感器的视场平面。 两个相同的探头以视场相对于弹丸纵轴倾斜某一角度的方式安装到弹丸引信部位表面的圆周上。 垂直于弹轴平面上的探头之间的夹角可调整到某一预定值。 方位角传感器视场和几何安装方式如图5 -18 所示。

图5-18　方位角传感器视场和几何安装方式

3) 太阳方位角传感器数学模型

根据图5 -18 所示的安装方式， 太阳方位角传感器数学模型可表示为

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式中， σ——太阳方位角；

γ——任一光缝的视场相对于弹轴的倾角；

β——两个光缝传感器之间的半角；

x——弹丸旋转一周不同传感器依次输出两个信号的时间间隔；

y——同一传感器依次输出两个信号的时间间隔。

式(5.33) 中确定了太阳方位角与时间比值x/y 的函数关系， 是实现太阳方位角测量的理论基础。

4) 太阳方位角探测原理

当弹丸在飞行中绕其轴旋转、 阳光矢量与太阳方位角传感器视场处于同平面时， 传感器就输出一脉冲信号， 因此弹丸每旋转一周就有两个传感器脉冲输出。 两个不同传感器输出脉冲时间间隔x 与同一传感器输出相邻两个脉冲的时间间隔y 之比即两个传感器之间的滚转角， 该角的变化直接反映了弹丸姿态的变化， 不同的弹丸姿态对应不同的滚转角， 这样就将对σ 的测量转化为对传感器输出信号相应时间的测量。 通过精确地测量传感器安装角度γ和β， 或事先进行标定， 即可由测量到的时间比值， 再根据式(5.33) 的标定数据来确定相应的太阳方位角。

2.遥测系统构成

数字式太阳方位角遥测系统的设计思想： 对两个传感器输出信号在弹上进行实时处理， 获得x、 y 时间值， 对该时间值进行编码， 形成串行PCM 数据码流， 调制弹载发射机， 通过发射天线传送到遥测地面站。 而美国的模拟式太阳方位角遥测系统则是将传感器输出的脉冲信号通过FM/FM 模拟信道直接传送到地面站后， 再处理出相应的时间值x、 y。 与其相比， 数字式太阳方位角遥测系统提高了太阳方位角测角精度， 压缩了信号带宽， 并具有信道利用率高、 系统传输抗干扰能力强及工程上易实现等优点。 数字式太阳方位角遥测系统采用PCM/FM 体制， 具体构成如图5 -19 所示， 主要由弹载设备和地面设备两大部分组成。 前者用于获取方位角信号， 并将其实时处理后发送到遥测地面； 后者用于接收由前者发射的已调载波， 一次解调后的串行数据码流经解码后， 连同相应的时间码一并送入计算机存储、 处理。