潜艇鱼雷武器通道检测装置的设计与实现

王新华，高洪林，李伟

（海军潜艇学院，山东青岛 266071）

0 引言

各型潜艇鱼雷武器系统维修后，在实际发射鱼雷武器前，为了检测信息通道的通断情况和系统中各设备的工作性能，往往需要装载不同型号的鱼雷武器配合调试检测，其系统连接示意如图1所示。

图1 通道检测连接示意图Fig．1Schematic diagram of the channel test connection

鱼雷发控设备通过××芯电设定电缆与鱼雷相连，电设定信号需经过该电缆由管外传输到管内鱼雷中，控制线导鱼雷时还需要利用线导通信电缆传递遥控遥测信号。为了保证通道联调检测的正常进行，必须在管内（或备用架上）装载相应的鱼雷武器，这给使用带来很大困难，同时如果鱼雷准备异常或系统的某一设备异常都可能酿成不可挽回的联调事故。

为了在无雷条件下进行系统联调，避免联调事故的发生和简化联调程序，现提出通用型潜艇鱼雷武器通道检测装置，并进行了原理样机的设计。

1 联调检测原理

1.1 电设定通道性能检测原理

电设定通道性能调试主要涉及的设备包括指控设备、鱼雷发控设备和通道转接设备等。联调检测时由指控设备发送鱼雷数据和命令，经过鱼雷发控设备和信息转接，通过××芯电缆传递给鱼雷，在鱼雷专用电源供电正常的情况下，如果系统通道正常，且各设备工作状态正常，则鱼雷的返回数据和命令均正常，否则调试过程不能正常进行，这时可根据具体现象分析原因。

1.2 线导鱼雷遥控遥测通道性能检测原理

线导通道性能调试主要涉及的设备包括指控设备、调制解调装置、鱼雷发控设备、信息通道转接设备等。在电设定通道正常的情况下，检测时由指控设备发送鱼雷数据和命令，遥控数据和遥控命令经过调制解调装置的调制后，经过信息转接设备的转接，通过线导通信电缆传递给鱼雷，如果整个系统工作正常且电设定通道工作正常，则鱼雷返回的遥测数据和鱼雷状态信息均正常，否则调试过程不能正常进行，这时可根据具体现象分析原因。

2 检测方法改进的必要性

由以上分析可知，潜艇鱼雷武器通道的检测区别于一般意义检测的重要方面在于整个检测过程是一个动态、在线检测过程。现有的系统联调检测时，鱼雷的准备情况及工作性能对检测能否顺利进行具有重要影响，并且艇员所能见到的只是联调检测正常或不正常，而各个设备的详细工作状态和技术性能无法显示。这给战斗使用带来很多安全隐患，如某支队在进行某型鱼雷检查时，将雷内的线路板烧坏，而该武器系统在检查其他鱼雷时却显示正常，后来发现鱼雷专用电源所供的标称为27 V的电压实际高出很多。

为了保证鱼雷武器通道联调检测的准确性和可靠性，以及检测过程中的安全性，必须改变现有的联调检测模式。从安全方面考虑，可以改变实际鱼雷参加调试的方法，利用自动控制及计算机仿真技术，研制等效实际鱼雷的装置代替鱼雷参加调试检测，同时增加人机交换及信息显示功能，使艇员在检测调试时不仅知道结果，而且对检测过程和各装备的工作状态有更深入的理解。

目前，鱼雷武器系统维修后的通道联调检测方法不能满足现代潜艇战备保障的使用要求，研制鱼雷武器通道检测装置代替实际鱼雷，满足通道联调检测的安全性和可靠性，实现动态检测是目前部队亟待解决的装备难题。

3 检测装置研制涉及的主要技术

由上述分析可知，需要研制的可视化联调检测装置，一方面能代替实际鱼雷的工作流程，能同时检测鱼雷武器发控的设定通道和线导通道的通断，同时能检测发控设备对各型鱼雷的供电、自检、预设定、电池内注液、转雷内供电等的执行和反馈情况、线导鱼雷的遥控命令执行情况、遥测信息返回情况、鱼雷专用电源的带负载能力等。可视化通道检测装置研制涉及的主要技术有:

1）检测线导遥控遥测通道的调制解调及通讯技术;

2）检测鱼雷的供电、自检、预设定、电池内注液、转雷内供电等的执行和反馈情况需要的RS232串行口通讯;

3）检测专用电源带负载能力的模拟负载及相应的电流电压检测技术;

4）保证艇载设备安全的信号隔离技术等。

3.1 调制解调及相关通讯技术

要完成线导通道联调检测，联调检测装置必须具有与艇上线导调制解调装置相协调的调制解调装置及相关的监测等通讯接口。

对线导通道的接口分析知，待研制的调制解调部分应具有以下功能:

1）通过RS232串行口接收线导鱼雷的发控命令及数据和设定信息，并发送检测信息;

2）通过线导导线与艇上调制解调装置通信，接收线导鱼雷遥控命令及遥控数据、发送遥测数据等。

实现调制解调装置基本功用的途径一是通过研究线导鱼雷的调制解调装置，根据其工作原理及主要技术指标设计代替产品，二是分析研究艇上调制解调装置的工作原理及主要技术指标设计配套检测调试设备。

由线导鱼雷的相关资料可知线导鱼雷调制解调装置［1］的工作体制，调制方式、调制器和解调器中心频率以及与指控设备通讯口信号传输速率等，本方案采用仿照雷上调制解调装置研制等效调制解调装置。

线导鱼雷雷上调制解调装置由通信处理机、功放及分路滤波器、线导电源等组成，功能是接收发射艇由线导导线传输至鱼雷的自检命令和遥控指令，经分路滤波、AGC放大、解调和码元同步后送至单片机进行处理，并经串行口送往控制系统;同时，将控制系统送来的遥测信息加以调制、成形滤波、功率放大后经同一根线导导线传输至发射艇。组成如图2所示。

各组成部分的功能如下:

分路滤波器除参加信号提取外，还担负阻挡发送模块向线导导线上发射的近百伏峰峰值电压。

2）接收滤波器

图2 调制解调器装置组成示意图Fig．2Schematic diagram of the modem

2 块MAX274组成了2个八阶接收滤波器，这种滤波器性能稳定，易于调试，另外每级八阶滤波器设计具有6 dB的增益。提高了接收灵敏度。

3）AGC放大电路

由于本装置的输入信号在鱼雷运动过程中变化较大，为使解码电路稳定工作，故用了AGC电路。若用分离元件的话，则AGC电路在选管、调试上都较困难，为此用VCA610AGC集成电路，该电路具有±40 dB的控制能力，且使用方便、稳定。

4）解调及码元同步电路

用于遥控命令及数据的解调及同步通讯。5）调制电路

①“绿色的马克思”是一个生态主义的前卫术语，引自孙文亮、李安增、铁省林主编的《马克思在21世纪——晚期马克思主义的视角》，凤凰出版传媒集团、江苏人民出版社,2011.

用于遥测数据的调制及同步通讯。

6）有源滤波器

由于调制信号为脉冲信号，为压缩传递信号的频谱需输出正弦波信号，为此用1块MAX274组成1个四阶滤波器来实现方波变正弦波的工作。

7）功放电路

用OPA541集成功放块来完成。该集成块工作范围宽，输出电流大（最大可达10A）能满足需要。

3.2 多串口通讯技术

由鱼雷发控设备与鱼雷武器接口分析可知，辅助调试设备除应具有负载电流、电压接口外，还有供设定数据传输的RS232串行通讯口。同时，辅助调试设备为了进行用户界面友好设计，要加装信号监测口等。在微机外设中，RS232串行口是应用最为广泛的I/O通道之一，串行线路上的数据是一次一位地发送或接收，数据字节的间隔是任意长短的，虽然有如各数据位的间隔必须精确定时、通信速率无法同并行通信相比等不足。但大多数外设都提供了串行接口，尤其在工业现场RS232C的应用更为常见。IBMPC及兼容机系列都有RS232的适配器，操作系统也提供了编程接口［2］。所以，多个RS232串口通讯实现辅助设备与发控设备、监测设备通讯等是理想选择。

3.3 传感器及检测技术

从现代测试技术的发展趋势看［3］，内装自测试及测试自动化、智能化是其主要方向。在辅助设备的研制中，可以利用一种新的电压电流组合传感器［4］实现对电压电流的实时检测，新型电压电流传感器是一种采用Rogowski线圈结构的电流电压传感器，重量轻，且无磁饱和现象，在很宽的频带（0.1 Hz～1 MHz）内都有很好的线性度［5－6］，组合式传感器中的电压传感器以电容环为高压臂电容作成阻容分压器，可大幅减小体积、重量，还可消除传统的电压互感器PT固有的铁磁谐振问题。根据这2种传感器的结构特点，可将它们做成组合式传感器（见图3）

图3 组合式传感器组成示意图Fig．3Schematic diagram of the combinatorial sensor

图3中高压导体通过电流时，在Rogowski线圈两端感生出电动势，经信号线引出至信号处理盒内;取导体环与高压侧导体之间的分布电容为高压臂电容，再串联一取信号电阻Rd，其上的电压信号经电缆线传送至信号处理盒内，经其输出端子输出。信号处理盒内装有对2路信号进行积分等处理的电子线路，电源由接线端子引入。

3.4 信号隔离技术

检测装置与鱼雷武器发射控制设备配合联调检测时，经过该装置的既有大电流（如某型鱼雷提前启动时电流为25 A左右）、高电压，又有调制解调信号和多个RS232串行口通信信号，为避免信号间相互干扰，必须采取相应的信号隔离技术。光电隔离技术［7－9］在可行性、可靠性等方面均符合要求。

4 技术实现

4.1 软硬件设计

针对上述分析和满足现代潜艇战备保障的使用要求，研究设计了潜艇鱼雷武器通道检测装置。

该装置主要由工控计算机、等效负载及其控制、测量部分、线导调制解调装置等部分组成，其原理如图4所示。

图4 通道检测装置组成Fig．4Schematic diagram of the channel testing devices

其中，线导调制解调装置与艇上调制解调器配合，接收并解调指控设备发送给鱼雷的遥控数据和遥控命令，调制并发送遥测数据和鱼雷状态信息，软件模块组成如图5所示。

图5 调制解调装置软件组成Fig．5Software form of the modem

等效负载及其控制、测量部分用来模拟所要等效的各雷种的不同负载，并在检测调试过程显示通过各负载的电流及端部电压，进而分析鱼雷专用电源的供电逻辑和电源参数的准确性。

工控计算机用于信号的集中统一处理，利用计算机仿真技术、图形显示、自动控制等技术使该设备可以通过软件选择所要等效的鱼雷种类，同时显示调试过程中接收到的命令和设定数据信息、命令执行情况、命令及数据的返回情况、遥控命令及遥控数据的接收和执行情况、遥测数据的返回情况等，其软件组成如图6所示。

图6 控制的计算机软件组成Fig．6Software form of the controlling computer

该装置在代替各种不同鱼雷进行鱼雷武器系统联调检测时，不仅可以与实际鱼雷一样检测系统的通断、工作性能等，还将调试过程中的各种信息动态显示出来，保证了系统联调检测的准确性、可靠性和安全性。

4.2 试验

根据上述软硬件设计方案实现的检测装置研制成功后，按照潜用武器装备的使用要求，分别对2条检修后的潜艇的鱼雷武器系统进行了检测和配合调试。同时，按照有关要求对系统进行了抗震性、电磁兼容性等相关试验，各项试验结果表明，该设备达到了预期的设计要求，可以满足鱼雷武器通道相关参数的检测需要。

5 结语

潜艇鱼雷武器通道检测装置采用计算机仿真技术、自动控制技术、在线测量技术和信号隔离等技术，实现了对主战鱼雷模拟负载的正确转换和发控通道电参数的准确测量，以及模拟战雷进行遥控遥测的正确通信并适时显示鱼雷的平面弹道。解决了潜艇部队在没有战雷的情况下进行鱼雷武器系统检修后的系统联调检测困难的实际问题，同时为维修技术人员提供了鱼雷发控通道供电故障的快速定位和对发控装备维修后进行系统检查的保障设备，满足部队使新装备尽快形成战斗力的需要，满足装备维修人员在艇上快速保障需要，为潜艇鱼雷武器系统快速移动保障奠定了基础，具有重要的军事意义。同时，该装置可扩充性强，克服了实装武器参与检测、训练不安全且需耗费大量人力物力等缺点，具有巨大的经济效益。

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