引信电路抗爆轰干扰的若干方法

代 斯，赵智鹏，李勇军，王大鹏

（机电工程与控制国家级重点实验室 陕西 西安 710065）

串联战斗部武器采用多级时序起爆技术，这项技术的使用使得子弹药的侵彻能力大幅提高、子弹药毁伤效果明显增强，以地面永久性工事、机场跑道为攻击目标的串联战斗部侵彻弹药已广泛应用于导弹、火箭弹、布撒器等武器平台。

爆轰干扰是爆炸后产生的强烈的电磁干扰，它通过空间辐射和线传导两种方式对串联战斗部引信的正常工作产生影响，容易使引信误动作，从而出现瞎火或早炸等异常现象。其中空间辐射干扰范围有限，易于解决，引信设计中只需将不同火工品分别于独立腔体装配即可较好地解决这个问题；而线传导干扰比较难以解决，引信设计中最常用的抑制此类干扰的方法就是火工品采用“浮地”设计，但由于串联战斗部的引信电路各部件间通常共用电源，同时为了保证子弹药各级战斗部按时序起爆，各部分电路之间也需要通信，因此单纯采用传统的“浮地”设计，很难解决爆轰的线传导干扰。

针对串联战斗部抗爆轰干扰不允许采用浮地设计的问题，文中给出了采用二极管隔离方法以及控制器抗干扰措施等新的解决方法。

1 传统方法

这可以分为两种情况来讨论，一种情况是火工品可以采用浮地设计，另一种情况是由于武器安保机构设计特殊或武器整体设计特殊等原因导致火工品不能采用浮地设计[1]。现分别讨论如下：

1.1 允许浮地设计

在这种情况下，可以用一个二极管直接把电路中火工品的地与爆轰干扰容易传导进来的地（一般是供电地或与武器外壳相通的地）隔离开来即可。这是引信设计中最普遍也最容易应付的情况，前人的产品设计案例和试验结果已经充分证明了这种方法的可行性。但正如前文所述，由于串联战斗部武器的特殊性，这种方法并不适用。

1.2 不允许浮地设计

在这种情况下，传统的方法是分时序供电。

比如在某型号项目的早期设计中就采用了这种方法。即在武器的分离段只给分离引信电路供电，在进入武器的安全作用区再给引信的解保发火电路供电。通过这种错开供电的方式可以避免已作用火工品产生的爆轰干扰通过公共的通路对未作用的引信电路及其火工品产生不良影响，导致武器瞎火或早炸等异常现象。

这种方法虽然起到了抗爆轰干扰的作用，但从整体设计以及武器实时性的角度来看还存在很大的问题。首先，分时序供电增加了供电系统的复杂性以及产品的成本。而在武器设计中，越简单才能越可靠，复杂的设计必然降低了武器的可靠性，会带来很多意想不到的问题；另一个方面，由于战时常规武器的消耗量是非常大的，武器的成本越高，生产越复杂，越不利于我方的弹药补充，从而使我方在战争中处于不利的形势。

上述这些不利的因素促使我们去寻找在不允许浮地设计的情况下更实用更通用的新方法。

2 二极管隔离方法

下面通过对串联战斗部引信的工作原理进行分析，提出了解决爆轰线传导干扰的二极管隔离方法[2]。

2.1 共用电源线抗干扰措施

由于串联战斗部引信电路各部分共用电源，极易造成在单级战斗部起爆过程中，电磁干扰通过电源线进行线传导干扰。针对这种形式的干扰，引信电路中各部分电路可采用单独电源管理以及独立的滤波电路、瞬态电压抑制电路等，每部分电路的逻辑地均采用二极管与电源负相连接的方法。这样在单级起爆过程中电源正的传导干扰可以通过引信各级电路独立的瞬态电压抑制电路、滤波电路进行抑制；而电源负产生的干扰则利用增加对地二极管的方法进行抑制。二级管的设置根据不同情况可以采用“平行状”结构或“阶梯状”结构。“平行状”结构主要应用于隔离控制电路设计中，而“阶梯状”结构主要应用于不采用隔离控制的电路设计中。

图1 电源正级抗干扰措施Fig.1 Anti-interference measure for the positive pole of the power supply

图2 平行状二极管结构Fig.2 “Parallel” configuraton of diodes

图3 阶梯状二极管结构Fig.3 “Laddered” configuraton of diodes

2.2 隔离控制抗干扰措施

由于串联战斗部武器的分时序起爆的要求，各级电路中需要进行必要的通信，这就使得单级战斗部起爆过程中，电磁干扰可通过信号线进行传递，较好的解决方法是各级电路信号通信采用隔离的方法。常用有效的隔离方法有光电耦合器的光隔离，变压器的磁隔离。光隔离的方法通常电路简单但速度有限，可以应用于时序精度要求不高的电路中；变压器隔离通常可以应用于时序精度要求高的电路中，但其缺点是电路较采用光隔离方法的电路更为复杂[3]。

2.3 可控硅电路的抗干扰措施

可控硅是引信解保发火电路中常用的元件，其电路设计的优劣直接影响到引信电路的工作可靠性。引信设计中可控硅的用法一般有两种：火工品置于可控硅阳极或火工品置于可控硅阴极。通过分析笔者认为在串联战斗部各级火工品完全“浮地”设计时，两者抗干扰能力相当。但部分串联战斗部引信由于部分机械结构设计原因使得火工品不能完全 “浮地”的情况下，置于可控硅阳极更有利于抑制串联战斗部单级爆轰过程中产生的干扰。由于各级火工品置于阳极，各级电路均可采用共用电源线抗干扰措施，从而使得爆轰造成的电磁干扰不能通过电源线对可控硅控制极产生不良影响。

图4 可控硅阳极接法Fig.4 Anode connecting method of the controllable silicon

图5 可控硅阴极接法Fig.5 Cathode connecting method of the controllable silicon

3 控制器抗干扰措施

线传导干扰是主要的干扰源，采用二极管隔离方法能有效解决；而作为次要干扰源的空间辐射干扰，对控制器仍然存在很大影响，容易使程序跑飞，使控制器的电源波动，干扰控制器的输入输出等。这里提出了一些行之有效的控制器抗干扰措施[4]。

3.1 控制器电源抗干扰措施

引信电路中常用DC-DC模块供电，但这类电源模块一般纹波比较大，若再叠加上爆轰干扰所产生的空间辐射干扰，就非常容易引起控制器电源的很大波动，从而使得控制器复位或者程序工作不正常。针对这种情况，可采取如下措施。

一是在DC-DC模块后加上线性稳压器，可有效去除纹波，如图6所示。

图6 控制器供电接法Fig.6 Connecting method of powering for the controller

另外可在控制器的电源正负引脚并上1 μf和0.1 μf的两并联电容，电容离控制器要尽可能的近，这样抑制干扰的效果就越好。

3.2 控制器引脚抗干扰措施

控制器的引脚非常容易受到空间辐射的干扰，从而要么使得控制器程序对外部输入的识别产生错误造成误判，要么使得控制器的输出产生错误造成误动，因此必须对控制器的引脚采取措施以提升控制器的抗干扰能力[5]。

措施一是对控制器的输入引脚或者悬空引脚采用上拉或者下拉，这种方法可避免处于高阻态的控制器引脚受到空间辐射的作用而叠加上杂波，其结构如图7所示。

图7 下拉（左）与上拉（右）示例Fig.7 Exams of pull-down method （left）and pull-up method （right）

措施二是在控制器的关键引脚，如开关的识别引脚等，与地之间接上瞬态电压抑制器，也能有效地抑制尖峰干扰。

3.3 电路板的抗干扰措施

为了有效减小电磁干扰对引信电路的影响[6-7]，在电路板设计中板上每个IC要并接一个0.01 μF～0.1 μF高频电容，以减小IC对电源的影响。要注意高频电容的布线，连线应靠近电源端，并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。印刷电路板在绘制时，布线应避免90度折线，可减少高频噪声发射。可控硅两端并接RC电路，可减小可控硅产生的噪声。

4 试验验证

针对项目的具体情况，我们设计了相应的试验方案来验证所用新方法的可行性。

为了模拟爆轰产生的电磁干扰，我们采用了一个量程为50 V，10 A的稳压电源来为引信电路供电，通过不停地开关这个稳压电源使得其产生的电磁干扰通过供电线进入引信电路。也可以通过对武器壳体进行静电放电来模拟爆轰干扰通过武器壳体影响引信电路的情形。通过反复地试验比较，我们能得到下面的试验结果。

4.1 反复通断稳压电源的试验方法

针对是串联战斗部的某一型号产品，现用反复开关稳压电源的方法模拟爆轰干扰来对这种产品进行抗干扰试验。

得到的图表如下：

4.2 静电放电的试验方法

在静电实验室我们对引信电路产品进行了25 kV的静电放电试验，得到了如下的试验结果。试验所得的数据可以证明所用新方法在串联战斗部抗爆轰干扰方面的可行性。

表1 串联战斗部的试验结果Tab.1 Experimental result of the tandem warhead

表2 串联战斗部的试验结果Tab.2 Experimental result of the tandem warhead

5 结 论

针对串联战斗部抗爆轰干扰不允许采用浮地设计的问题，文中给出了二极管隔离方法以及控制器抗干扰措施。二级管的设置根据不同情况可以采用“平行状”结构或“阶梯状”结构。“平行状”结构主要应用于隔离控制电路设计中，而 “阶梯状”结构主要应用于不采用隔离控制的电路设计中。控制器的抗干扰措施有滤波、引脚上拉或下拉以及采用瞬态电压抑制器等。试验所得的数据表明二极管隔离方法及控制器抗干扰措施能有效抑制影响串联战斗部正常工作的爆轰干扰。

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