王正国 程文睿
(西安机电信息技术研究所 陕西西安 710065)
摘要：针对炮口动态感应装定需要在发射器炮口安装装定发射线圈，改变了发射器的炮口结构，技术推广困难的问题，本文提出了应用于单兵小口径榴弹发射器短身管武器平台的远场动态感应装定方法。该方法传输距离可达500mm，装定发射线圈无需安装于炮口位置，不改变发射器的炮口结构，减少了装定发射线圈影响弹道参数的风险。在外场动态试验中，4发试验引信均装定成功，正常作用。试验结果表明短身管武器平台远场动态感应装定方法可行。
关键词：引信；引信装定技术；动态感应装定；磁感应
0 引言
引信装定技术是实现武器系统与弹药之间信息交联的重要手段。动态感应装定是指在弹药发射后完成引信装定，是引信装定技术的一个重要分支，由于其具有实时性强、自动化程度高等优点，广泛应用于引信装定系统。
在上世纪九十年代，国外开始进行动态感应装定技术的研究，如瑞士AHEAD反导火炮等快速反应武器平台。国内在“九五”期间也开展动态感应装定技术的应用研究工作，目前，已成功应用于小口径高炮、小口径榴弹发射器等武器平台。以上动态感应装定系统都是在发射器的炮口加装装定发射线圈来实现引信的动态装定。
在炮口动态感应装定技术的推广过程中，发射器设计者经常会有这样的顾虑：在炮口位置安装装定发射线圈，改变了发射器的炮口结构，会不会影响弹丸的弹道参数。这种顾虑在很大程度上影响了炮口动态感应装定的推广。
针对炮口动态感应装定需要在发射器炮口安装装定发射线圈，改变了发射器的炮口结构，技术推广困难的问题，本文提出了应用于单兵小口径榴弹发射器短身管武器平台的远场动态感应装定方法。
1 动态感应装定研究基础
1.1 载流圆线圈的磁场
载流圆线圈形成的磁场分布情况是研究基于线圈的感应装定技术的重要基础。使用毕奥—萨伐尔定律可推导出真空中载流圆线圈在其轴线上离圆心为x处的磁感应强度大小为：
（3）
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其中R为圆线圈半径，N为线圈匝数，I为线圈电流。
令x=kR，则可得：
（4）
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1.2 传统炮口动态感应装定方法
对于动态感应装定，装定窗口是指弹丸在运动过程中可接收到装定信息的区域。对于传统炮口动态感应装定，其装定窗口主要位于装定发射线圈内部。
为减少发射器身管对装定信号的影响，传统炮口动态感应装定需要将装定发射线圈安装于炮口位置，具体线圈部署情况如图1所示。其中，发射线圈内部的区域1指示了传统炮口动态感应装定系统装定窗口的位置。
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传统炮口动态感应装定系统信息传输距离较近，装定窗口较小，装定发射线圈需要安装于发射器膛口位置，在弹丸穿过发射线圈装定窗口的瞬间，完成感应装定。
2 短身管武器平台远场动态感应装定方法
2.1 载流圆线圈轴线磁场区域的划分
由公式（4）可以看出，在k=0时，磁感应强度取得最大值B0，当圆线圈半径R、线圈匝数N，线圈电流I均固定的条件下，以磁感应强度B0对公式4进行归一化处理，可得载流圆线圈轴线归一化磁感应强度B1计算公式：
（5）
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载流圆线圈磁场分布具有对称性，由公式（5）可得到k取值[0，10]范围内，载流圆线圈轴线归一化磁感应强度曲线，如图2所示。
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对公式（5）求导，可得载流圆线圈轴线归一化磁感应强度随距离的变化率，如图3所示。
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从图3曲线中可以看出，在零点附近以及3R以上范围两个区域中，导数值较小，磁感应强度衰减较缓，可看成缓变区域1和缓变区域2，在缓变区域1和缓变区域2之间，磁感应强度衰减较快，可看成急变区域。
2.2短身管武器平台远场动态感应装定方法的实现
在装定系统设计中，接收线圈与发射线圈一般均为多匝线圈。多匝线圈可以看成是多个单匝线圈的叠加。远场感应装定的简化物理模型如图4所示。多个线圈的磁感应强度叠加，可同时增大发射线圈内部的缓变区域1以及距离发射线圈较远的缓变区域2。炮口动态感应装定是利用了缓变区域1形成装定窗口，实现装定功能。本文提出的远场动态感应装定是利用了缓变区域2形成装定窗口，完成装定功能。
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短身管武器平台远距离动态感应装定系统主要由远距离装定器、远距离耦合线圈组、引信电路三部分组成。其系统框图如图5所示：
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弹丸发射前，远场装定器内置的编码器将装定信息按照与信道特性相匹配的通讯码制进行编码，并将编码信号存储在编码信号存储器中；弹丸发射时，信号驱动电路将编码信号存储器中存储的装定编码经远距离发射线圈转换为交变磁场，完成装定信息的发送。接收线圈通过磁场的远距离耦合，完成装定信号的接收，经专用信号处理电路进行输入信号匹配、放大、滤波，提高接收信号的信噪比，解码器对接收到的装定信号解码、校验，获取装定信息，并存储于存储器中，完成引信装定。
本文将短身管小口径榴弹平台作为目标平台。将装定发射线圈直径选定为100mm，通过参数调整，可在距离发射线圈300mm至500mm的范围内完成装定信息的接收。因此，可将装定发射线圈安装于炮口后方300mm处。图6为短身管武器平台远场动态感应装定发射线圈部署图，图中给出了弹丸发射后接收线圈的一个典型位置，区域1为装定窗口。
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与传统的炮口感应装定相比，装定过程不是发生在弹丸穿过装定线圈的瞬间，而是发生在弹丸飞出炮口后200mm的装定窗口范围内。
装定发射线圈可安装于炮口后方，无需改变发射器的炮口结构，减少了装定发射线圈影响弹丸弹道参数的风险。
本文的目标武器平台身管材料为一种低合金超高强度钢，不同身管材料对信息传输会产生不同的影响，这一点会在以后的文章中进行专门讨论。
3 试验验证
通过外场动态试验，对短身管武器平台远场动态感应装定方法的通讯链路进行验证。试验系统由远场装定器、小口径榴弹发射装置、装定发射线圈、引信及试验用弹等组成。
试验中使用的装定发射线圈半径为50mm，固定于发射装置炮口后方300mm处。使用远距离装定器驱动装定发射线圈，在弹丸发射后完成引信信息装定。
本次验证试验共准备试验用引信4发，对引信作用情况进行录像。
从试验录像回放中可以看出，4发引信均装定成功，正常作用。试验结果表明，短身管武器平台远场动态感应装定方法正确可行。
4 结论
本文提出了应用于单兵小口径榴弹发射器短身管武器平台的远场动态感应装定方法。该方法传输距离可达500mm，装定发射线圈无需安装于炮口位置，不改变发射器的炮口结构，减少了装定发射线圈影响弹道参数的风险。在外场动态试验中，4发试验引信均装定成功，正常作用。试验结果表明短身管武器平台远场动态感应装定方法可行。
参考文献：
[1]张合，引信与武器系统交联理论及技术[M].北京：国防工业出版社，2014.
[2]陈力，张晓炜，潘宗仁.分体式磁电源和膛口感应装定的兼容性研究[J].探测与控制学报，2004，(6)：47-50.
[3]张晓炜,郭颖.基于涡流场的装甲目标磁引信近场定距方法[J]. 价值工程，2013，(21):218-219.
[4]赵凯华,陈熙谋.电磁学[M].北京：高等教育出版社2012.
[5]雷银照.轴对称线圈磁场计算[M].北京：中国计量出版社1991.