QJ 2802A-2005 飞航导弹调频连续波无线电高度表设计准则和方法.pdf

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1、Q.J 中华人民共和国航天行业标准FL 6615 QJ 2802A-2005 代替QJ2802-1996 飞航导弹调频连续波无线电高度表设计准则和方法Design criteria and method for 盯CWradio altimeter of cruise missiles 2005一04-11发布2005一07一01实施国防科学技术工业委员会发布060508000062 QJ 2802A-2005 目次前言.I1I1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.24 设计依据.44.1 概述.44.2 产品用途.44.3 产品基本功能.44.4 性能要求和主要指标项目.54.5

2、 产品布局与结构.54.6 环境条件要求.54.7 机械与电气接口要求.54.8 可靠性、维修性、安全性、电磁兼容性指标.64.9贮存条件.64.10 验收要求.64.门设计文件完整性要求.65 设计准则.6 设计程序及内容.6 设计程序.66.2设计内容.77 设计方法.8川总体设计.J.87.2 主机设计.15M 发射组合设计.157.4 混频组合设计.167.5 接收组合设计.177.6 恒定差拍高度表鉴频组合设计.187.7伺服组合设计.197.8 输出组合设计.207.9 电源设计.217.10 天线设计.227.门馈线设计.237.12 可靠性设计.247.13 电磁兼容性设计._

3、.25QJ 2802A-2005 I 7.14 维修性设计.2挡5 7.1臼5安全性设计.，.258 设计文件.269 设计验证试验项目与要求.269.1 概述.269.2性能试验.269.3 环境试验.269.4 电磁兼容性试验.269.5 可靠性验证试验H.269.6 全弹对接和飞行试验.26QJ 2802A-2005 田-目U昌本标准代替QJ2802-1996 无线电高度表设计规范。本标准与QJ2802一1996相比主要有如下变动:a) 删减了原标准中的通用型、外购件等专用部件设计原理及方法:b) 简化了原标准中的开环体制高度表的介绍:c) 增加了闭环体制高度表的设计内容:d) 综合了工

4、程设计与应用积累的经验，使标准更具有可操作性:e) 结合新技术发展条件，规范了通用化、系列化、模块化设计方向。本标准由中国航天科工集团公司提出。本标准由中国航天标准化研究所归口。本标准起草单位:中国航天科工集团公司三院三十五研究所。本标准主要起草人:洪颖文、李春生、智福玉、张苏。本标准于1996年3月首次发布，本次为第一次修订。I I I QJ 2802A-2005 飞航导弹调频连续波无线电高度表设计准则和方法1 范围本标准规定了飞航导弹用调频连续波无线电高度表在设计中应遵循的设计依据、设计准则、设计程序及内容、设计方法以及设计验证试验项目与要求等。本标准适用于飞航导弹用调频连续波无线电高度表

5、(以下简称高度表)的设计。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包含勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GJB 151A一1997军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求GJB 152A一1997军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量GJB 368A-1994 装备维修性通用大纲GJB 450-1988 装备研制与生产的可靠性通用大纲GJB 899 可靠性鉴定与验收试验GJB 1210 接地、搭接和屏蔽设计的

6、实施GJB/Z 17 军用装备电磁兼容性管理指南GJB/Z 3S 元器件降额准则GJB/Z 72 可靠性维修性评审指南GJB/Z 99 系统安全工程手册GJB/Z 299B一1998电子设备可靠性预计手册QJ 165A一1995航天电子电气产品安装通用技术要求。548电子产品零件制造和机械装配通用技术要求QJ 603 电缆组装件制作通用技术条件QJ 786半导体集成电路筛选技术条件QJ 787 半导体分立器件筛选技术条件。788钮电解电容器筛选技术条件QJ 789A-1995 密封电磁继电器筛选技术条件。892航天产品特性分类和管理要求QJ1167 (所有部分)研究试验文件管理制度。1298无

7、线电高度表通用技术条件QJ 1302.2航天产品技术评审第2部分设计评审QJ 1408A-1998 航天产品可靠性保证要求QJ 1475A一1995飞航导弹武器系统研制程序QJ 1714 (所有部分)航天产品设汁文件管理制度Q1 2802A-2005 QJ 2668 航天产品可靠性设计准则电子产品可靠性设计准则。310:3印制电路板设计规范3 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1 差拍计数式高度表beat counting aJtimeter 调频连续波高度表中，差频信号通过放大、限幅、整形处理后，用计数器计算平均差拍频率来确定高度的高度表。利用差拍频率与被测高度成正比例的关系，通过测

8、量差拍频率来实现对高度的测量。3.2 恒定差拍高度表constant beat altimeter 调频连续波高度表中，利用差频频率与差拍频率基准值的误差量，通过包括反射面在内的伺服系统闭环控制来保持差拍恒定值的高度表。利用调制周期与被测高度成正比例的关系，通过测量调制周期来实现对高度的测量。3.3 3.4 3.5 3 6 3.7 3.8 调频连续波FM/CW 以某种调制规律对振荡器进行频率调制，其频移特性规律与调制规律一致的等幅高频连续波。面目标surface target 高度表天线被束照射的目标，一般为陆地和海面。调频带宽frequency modulation bandwidtb 发射

9、机的最高频率与最低频率之差。差拍频率beat什equency发射信号频率与接收信号频率之差，即差拍信号的频率。差于自频率基准值beat frequency basis value 在憧定差拍高度表中，跟踪鉴频器的交界频率。外回路衰减externalloop attenuation 接收天线口面有效功率与发射天线口面的有效功率之比。它取决于天线增益、波束宽度、工作波长、地面或海面的反射系数及高度。3.9 灵敏度sensitivity 系统接收最小信号的能力。高度表整机灵敏度一般指捕捉灵敏度。定义为在给定高度下，高度表由搜索状态转人跟踪状态或高度表尚能维持正常工作的临界状态时，电磁波在馈线、高度空

10、间及反射面的总衰减为该高度下的灵敏度。3.10 ? QJ 2802A-2005 闭锁高度lock height 当飞行高度超过高度表最大工作高度或因导弹姿态角过大收不到困波信号时，通过高度表搜索逻辑信号或其它控制信号控制高度表进入闭锁状态所对应的高度。3.11 零高度zero height 高度表收发馈线所对应的等效高度值。3.12 阶梯误差step error 差拍计数式高度表中，由于采用计数器测量一个调制周期内差拍频率的整数来确定高度而产生一个与高度无关的量化误差。3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 搜索时间search duration 高度表调制周期全程扫描一次所需要的时

11、间。高度信号altitude signal 与高度对应的输出电压信号、脉冲信号、脉冲串或其它形式的信号。高度零位信号zero altitude signal 与高度表零高度对应的高度信号。高度信号斜率slope of altitude signal 高度表输出离度信号与高度的比例系数。高度表搜索状态altimeter search state 当回技信号强度低于正常工作条件时(超过最大工作高度、导弹姿态角过大或收发系统故障时). 高度表搜索电路发出搜索信号由低高度至最大高度寻找目标的过程。3.18 高度表跟踪状态altimeter track state 当回波信号强度满足正常工作条件时，其比

12、较电压超过门限电压，此时高度表特人正常的高度测量状态。3.19 3.20 3.21 比较特性contrast元haracteristic比较鉴频器输出电压与差拍频率的响应特性。输出电压为比较电压。跟踪特性tracking characterstc 跟踪鉴频器输出电压与差拍频率的响应特性。输出电压为跟踪电压。比较电压contrast voltage ，、J QJ 2802A一-2005由比较鉴频器产生的，用以鉴别来自接收组合差拍信号强弱的电压信号，通过对比触发器来确定高度表的工作状态。3.22 跟踪电压track voltage 由跟踪鉴频器产生的，用以鉴别来自接收组合差拍信号频率与差拍频率基准

13、值偏离程度的电压。通过伺服回路实现高度的自动跟踪。3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 门限电压threohold voltage 对比触发器负输入端输人的电压。告警控制电压alarm control voltage 由搜索/跟踪状态决定的工作状态电压。锯齿波休止时间sawtooth return duration 相邻锯齿技的间隔时间。锯齿波控制特性control-sawtooth characteristic 锯齿波控制电压与锯齿波周期的响应特性。读数脉冲reading pulse 控制周期计高度信号输出时间的脉冲。放电脉冲discharge pu

14、lse 控制周期计刷新高度信号的脉冲。和脉冲sum pulse 读数脉冲与放电脉冲之和。抑制脉冲rejection pulse 搜索时抑制放大器噪声的脉冲。4 设计依据4.1 概述高度表设计的主要依据是设计任务书或合同中所规定的各项要求，以及应遵循的有关标准和其它约束条件。4.2 产品用途高度表用于飞航导弹纵向控制系统。在导弹飞行过程中，实时测量导弹距海面(或地面)的相对高度并将高度信号送至控制系统以控制导弹按预定的高度程序飞向目标。-1.3 产品基本功能4 QJ 2802A一-2005高度表应在规定的环境条件、面目标特性以及电磁干扰环境下实时测量飞航导弹飞行的相对高度，给出相应的高度信号，参

15、与飞航导弹纵向弹道的控制。4.4 性能要求和主要指标项目4.4.1 性能要求项目为:a) 高度表体制和工作频段:b) 测高范围:c) 测高精度:d) 装定高度程序及输出信号形式:e) 环境适应能力:f) 抗干扰和电磁兼容性:g) 可靠性要求:h) 维修性和安全性要求。4.4.2 主要指标项目为:a) 测高范围:b) 测高精度:c) 工作频段:d) 中心频率:e) 调频带宽:f) 发射功率:g) 灵敏度:h) 输出特性:i) 输出噪声:j) 时间常数:k) 搜索时间。4.5 产晶布局与结构高度表安装于控制舱(或惯导舱中，给定高度表主机外形尺寸、馈线长度及天线尺寸。4.6 环境条件要求高度表环境条

16、件要求为:a) 自然环境:高温贮存、高温工作、低温贮存、低温工作、温度冲击、低温低气压、湿热、盐雾和霉菌:b) 力学环境:振动、加速度、冲击、颠震、碰撞和运输。飞航导弹装载在不同的发射平台(舰舰、潜舰、空舰、空地).对自然环境和力学环境的要求不同。4.7 机械与电气接口要求高度表的机械与电气接口的要求为:a) 高度表重量:b) 高度表在导弹上的安装方式:主机与弹上安装要满足总体要求，推荐采用减震安装方式:收、发馈线在弹体内应分开走向:收、发天线间距应由天线隔离度而定:c)高度表输出高度信号、特性，与弹上其它分系统的接口要求以及射前检查信号以总体要求为准。3 QJ 2802A-2005 4.8

17、可靠性、维修性、安全性、电磁兼容性指标可靠性、维修性、安全性、电磁兼容性指标按GJB4S卜1988、GJB368A一1994、GJ即Z17、GJB/Z99、GJBlSlA一1997规定以及各型号飞航导弹的相关要求。4.9 贮存条件贮存条件按Ql1298规定以及各型号飞航导弹的相关要求。4.10验收要求验收要求按QJ1298规定以及各型号飞航导弹的相关要求。4.lt 设计文件完整性要求设计文件完整性要求按QJ1714.6规定以及各型号飞航导弹的相关要求。5 设计准则高度表设计应遵循如下准则:a)运用优化设计和可靠性、维修险等专业工程技术，对产品性能、可靠性、维修性、安全性和保障性等进行系统分析，

18、综合权衡，以求最佳的费用效能:产品设计既考虑先进性，又要考虑到继承性，方案选择力求简单可靠、确实可行:b) 在设计中尽量采用已定型的、成熟的和经过论证、试验、鉴定的新技术、新工艺、新材料:c)在设计过程中应贯彻通用化、系列化和组合化的原则:各型号组合设计，应优先选用通用的组合和模块。6 设计程序及内容6.1 设计程序6.1. 1 方案设计。高度表方案设计阶段应按如下程序进行:a)根据高度表的任务书(合同)要求，在对其功能、可靠性、安全性、维修性、研制周期和经费等进行综合分析的基础上，通过几种方案、途径的分析比较和充分论证，选择最优方案。b)方案确定后，通过技术协调制定高度表研制任务书，提出对整

19、机的技术要求，进行可靠性预计和分配，并给出定量的可靠性指标。c)提出关键的技术攻关项目和其相应的研制任务书，并提出新材料、元器件的研制项目和关键外协项目。d)在方案设计时，应借鉴其它型号高度表的设计经验，特别应重视出现过的问题，防止类似问题重复出现。e) 技术途径的选择应考虑国内外同类产品的技术水平和发展趋势，以确定最佳设计方案。们在基本完成技术攻关与研究工作的基础上，按QJ1475A-1995的规定制定研制程序和研制周期，绘出高度表的研制流程图。g) 方案设计结束前，按QJ1302.2进行方案评审。评审的主要内容包括:评审方案选择是否恰当:可靠性预汁和指标分配、关键元器件选用是否合理;重大技

20、术关键解决情况及研制周期、经费指标等。对评审中的问题加以立题、攻关。h)制定高度表工作原理框图，划分功能单元和组合.确定各单元和组合之间的接口关系及匹配要求:完成原理样机试验，验证设计方案的正确性以及接口匹配关系的协调性。QJ 2802A一-20056.1.2 初样设计高度表初样设计程序如下:a) 接任务书要求，提出初样方案，确定初样技术状态并完成初样电气和结构总体设计:b) 进行技术指标、可靠性指标分配，制定各组合设计任务书，协调结构尺寸:c) 完成总体和各组合的工程设计、可靠性预计、电磁兼容性设计:d)对初样产品进行环境试验(自然、力学环境和可靠性增长试验考核、与系统接口考核、机载飞行试验

21、考核;e) 按QJ1714.6设计文件完整性要求，完成初样设计图祥、技术文件的编制工作:f)根据初样技术状态要求，按QJ1302.2规定进行初样设计评审。重点评审功能是否满足初样任务书要求、技术关键解决情况、系统可靠性分析和计算结果、整机可靠性设计结果、可靠性增长试验结果、环境试验结果。6.1.3 试样设计高度表试样设计程序如下:a) 根据试样任务书和初样评审遗留问题、攻关结果，确定试样技术状态，修改或协调技术接口，进行整机和各组合的试样设计、试制和试验。着重解决初样遗留的问题。b) 试样产品完成地面各项试验，参加全弹飞行试验考核。c) 编写有关技术文件。d)在试样设计结束前，要按QJ1302

22、.2规定进行试样设计评审。重点评审试样设计结果和可靠性试验结果，是否符合任务书提出的各项指标规定等。6.1.4 定型设计高度表定型设计程序如下:a) 按照定型设t十任务书要求确定高度表定型设计技术状态:b) 根据试样设计、试制、试验中发现的问题，在设计文件中加以改进和完善:c)对高度表性能参数等进行修订;d) 产品按定型状态参加全弹飞行试验考核:e) 对高度表技术指标及实际达到水平进行分析;f) 对高度表功能、可生产性及可靠性进行分析:g) 按规定整理出完整齐套的设计文件并归档，报定型委员会批准:h) 完成定型会议有关文件的编制:i) 制定交付使用的高度表定期校验和计量要求:j) 完成定型设计

23、鉴定。6.2 设计内容高度表设计内容主要有:a) 总体设计，包括总体方案选择(体制)、参数选择以及通用化、系列化、模块化设汁等:b) 主机设计:c) 发射组合设计:d) 渥频组合设计:e) 接收组合设计:7 QJ 2802A一-2005f) 鉴频组合设计:g) 伺服组合设计:h) 输出组合设计;i) 电源设计:j) 天线设计:k) 馈线设计:1) 可靠性设计:m) 电磁兼容性设计:n) 维修性设计:。)安全性设计。7 设计方法7.1 总体设计7.1.1 方案设计方案设计应包括下列内容:a) 制定高度表框图，一般包括主机、天线、馈线三部分。确定高度表工作任务及信号形式。b) 划分工作单元和组合，

24、并确定各组合之间的联系(包括信号线、控制线、地线及电摞线)。c) 根据可靠性、维修性、电磁兼容性、机械强度制定结构上整件、部件划分。d) 对恒定差拍高度表要确定高度表搜索、跟踪、模拟工作状态，并制定三种状态下各组合工作关系。e) 确定高度表电源形式:供电一般应优选弹上直流电源供电，如28Vo经变换后得到高度表所需的直流电源。确定高度表内部稳压电源形式与要求，并设有尖峰抑制电路、输入瞬间断电路保护电路以及防止地线干扰的滤波电路。f) 进行接口设计，确定接口方式及匹配要求，制定高度表整机接线图、电路图3g) 制定各组合设计任务书(包括技术要求、结构形式、环境条件、可靠性、可维修性、电磁兼容性要求)

25、。7. 1.2 基本构成高度表由主机、天线、馈线三部分组成:a) 主机应包括发射组合、混频组合、接收组合、鉴频组合、伺服组合、输出组合及电漉等.b) 馈线分为发射馈线和接收馈线:c) 天线分为发射天线和接收天线。7. 1.3 高度表功能框图高度表按体制可分为差拍计数式高度表和恒定差拍高度表。差拍计数式高度表是直接将差拍频率转换成高度信号，恒定差拍高度表采用了特殊的频率鉴别、自动跟踪技术。总体设计要按设计任务书(合同)规定的要求，选择高度表体制。恒定差拍体制高度表功能框图见图1，差拍计数式体制高度表功能框图见图208 QJ 2802A-2005 主机r-_-_-_._-_._._.-_-一-_.

26、_._-_-_-1.-r I 1 输出高度信号固l恒定差拍体制高度襄功能握固才: 三角波澜制辘接收机(差频放大)图2差拍计数式体制高度表功能框圄面目标面目标9 QJ 2802A一-20057. 1.4 通用化、系列化、模块化设计7.1.4.1 通用化设计对分离元件构成的高度表各组合p除输出组合根据不同飞航导弹型号要求不同外，其它组合应尽量选择通用的组合。对天线、馈线在满足型号导弹使用条件下，应尽量选用长度相同的收发馈线及四元微带天线。7.1.4.2 系列化设计应根据不同发射平台，对高度表参数进行系列化设计。如使用条件(温度、力学环境)、测高范围、灵敏度大小等构成舰-舰、岸-舰、空-舰、潜-舰型

27、系列化设计。7. 1.4.3 模块化设计7.1.4.3.1 在设计中除了用分离元件方法进行设计外，为了减小主机体积，可以对微波部分进行集成，线路部分按功能进行二次集成一一模块化设计。7.1.4.3.2 高度表主机中发射组合、提频组合、接收前端及有关的微波部分可以集成为-体，构成发射/接收微波前端模块a7. 1.4.3.3 高度表主机中的各线路组合，可按组合功能进行模块化设计，一般可分为za) 接收功能模块:包括前置放大器、可控增益放大器、限幅器、捷、波放大器、抑制电路等;b) 鉴频功能模块:包括比较鉴频器和跟踪鉴频器电路:c) 搜索一跟踪(逻辑电路和增益控制电路功能模块:包括搜/跟门电路、棋分

28、器、校正放大器、搜索触发器、对比触发器以及增益控制放大电路等:d) 锯齿波和输出电路功能模块:包括锯齿波、脉冲电路、周期计和输出电路中的有关电路(高度信号、遥测电路、闭锁信号或脉冲串等有关信号);e) 电源功能模块:f) 数据处理功能模块:包括三角波发生器、闭锁控制电压、高度信号输出等:g) 信息处理:进行数字化、微处理等。7. 1.5 主要参数及选择7.1.5.1 工作频率天线、传输线、高频器件的尺寸与工作频率成反比。为减小体积、重量应选择较高的工作频率。工作频率越高，目标的有效反射面积就越大，越有利于回波信号的处理。同时有利于扩大调频带宽、提高测高分辨率。从尺寸、性能、经济性、国际通用性等

29、综合考虑，一般选择C波段，推荐值为4200MHz4400MHzo 7. 1.5.2 中心频率载频的中心频率应根据调频带宽及温漂大小来确定，一般取4300MHz士35MHz，常温控制在4300MHz土25MHz以内。7. 1.5.3 调频带宽对恒定差拍高度表，调频带宽与差拍频率基准值的比值A只侨。值越大，对应低高度的调制周期孔，就越宽，越易测量、精度越高、地形分辨率越高。一般取大于IOOMHz，推荐值为123MHz士5MHz。调频带宽常温控制在123MHz土2MHz以内，半小时温漂小于2.5MHzo对差拍计数式高度表，为了减少阶梯误差，可以增大调频带宽或采用二次调频技术。但.F太大，接收机通带变

30、宽，输出噪声增大，信噪比降低。7. 1.5.4 差拍频率及基准值AV l QJ 2802A-200S 7.1.5.4.1 对恒定差拍高度表，其差拍频率计算见公式(1 )。2M b = -一=-H.(1) CTm 式中:/b一一差拍频率，单位为赫兹(Hz); .F一一调频带宽，单位为赫兹(Hz);c一一电磁波传播速度，C:3 X 108m/s, 单位为米每秒(m/s);Tm一一调制周期，单位为秒(s);H一一-被测高度，单位为米(m)。公式(I )可改写成公式。):一2MT_ =-一-H.(2) m C/bo 式中:儿。一一差拍频率基准值，单位为赫兹(Hz)。差拍频率基准值儿。的选择主要从提高A

31、瓦侃。比值出发，应使儿。值尽量小一些，儿。值决定高度表跟踪鉴频器交界频率值。一般取均为25kHz士O.2SkHz，常温控制在25kHz:tO.1kHz以内。7.1.5.4.2 对差拍计数式高度表，其差拍频率计算见公式(3)。ft, = 坐在.:=.L.!ll. H . . . . . . . . ., . (引式中:A一一调制频率，单位为赫兹(Hz)。调制频率的选择，应满足公式(4): C 1m!:.二一立一. . . . (4) 4Hm阻式中:Hmax -最大可测高度，单位为米(m)。调制频率一般选择在IOOHz300Hz之间。7.1丘5测高范围与调制周期测高范围的选择，应满足任务书中规定的

32、能够完成正常输出特性的最小可测高度与最大可测高度。对恒定差拍、闭环跟踪式高度表应确定搜索范围，使其下限大于天线间距、上限大子飞航导弹飞行最大高度。而跟踪范围的选择，应从零高度开始，至飞航导弹最大飞行高度，这里取决于包括零高度和被测高度在内的调制周期的选择。包括零高度和被测高度在内的调制周期的计算见公式(5)。T:To+ T.n. (5) 式中:T一一包括零高度和被测高度在内的调制周期，单位为秒(s): 几一一零高度对应的调制周期，单位为秒(s)。11 QJ 2802A-200S 调制周期Tm由公式(2)计算，而To由公式(6)计算。To=主乙(/1+ Ir).Je . . (6) Cj 式中:4一一发射馈线长度，单位为米(m);Ir-一接收馈线长度，单位为米(m);一一收发馈线相对介电常数。7. 1.5.6 灵敏度当工作波长、天线增益与波束、反射面