基于ARM的嵌入式航空拖靶高度控制器設(shè)計(jì)

摘要：嵌入式系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高、體積小和功耗低等優(yōu)勢(shì)，將該技術(shù)引入新型航空拖靶高度控制器的設(shè)計(jì)，可顯著提高其綜合性能。基于ARM7微處理器和μC／OS-Ⅱ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)了航空拖靶高度控制器，主要介紹了控制器的組成、原理和軟硬件設(shè)計(jì)過程。原理樣機(jī)的半實(shí)物仿真結(jié)果表明系統(tǒng)響應(yīng)快、控制精度高，能夠準(zhǔn)確控制拖靶做超低空掠海定高飛行，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，控高精度可達(dá)2m。
關(guān)鍵詞：航空拖靶；嵌入式系統(tǒng)；ARM；μC／OS-Ⅱ；高度控制器

0 引言
航空拖靶是一種由飛機(jī)拖曳飛行的特殊的無人飛行器，一套完整的拖靶系統(tǒng)主要包括拖帶飛機(jī)、收放纜裝置、拖纜和拖靶。其中拖帶飛機(jī)一般為有人或無人駕駛飛機(jī)，收放纜裝置一般為掛裝在飛機(jī)上的電動(dòng)或氣動(dòng)式絞車，拖纜是通過絞車收放的一根長約幾千米而直徑只有幾毫米的鋼纜，拖靶多為外形類似導(dǎo)彈的無動(dòng)力飛行器，由拖纜牽引飛行。主要用途是模擬敵方來襲的導(dǎo)彈類目標(biāo)，為己方對(duì)空導(dǎo)彈、火炮等防空武器系統(tǒng)試驗(yàn)或訓(xùn)練提供模擬目標(biāo)。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代反艦導(dǎo)彈多采取“超低空掠海飛行”的突防方式。與之相應(yīng)，20世紀(jì)80年代以來，用于模擬反艦導(dǎo)彈類目標(biāo)的航空拖靶，也向著這一方向快速發(fā)展。而這類拖靶都要裝有高度控制器，才能實(shí)現(xiàn)模擬導(dǎo)彈的超低空掠海定高飛行能力。其中，高度控制器是核心設(shè)備，控制精度、實(shí)時(shí)性和可靠性都有較高要求。同時(shí)，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，以應(yīng)用為中心的“嵌入式系統(tǒng)”以其實(shí)時(shí)性好、可靠性高、體積小、重量輕、成本低和軟硬件可裁減等優(yōu)勢(shì)，正在被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。因此，考慮到拖靶高度控制器的設(shè)計(jì)要求與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合非常符合，本文基于ARM7嵌入式微處理器和μC／OS-Ⅱ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開發(fā)了航空拖靶的高度控制器。

1 控制器組成和工作原理
高度控制器主要由無線電高度表、垂向線加速度計(jì)、控制律解算主板、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)控制板及舵機(jī)組成，其中加速度計(jì)、控制律解算主板和舵機(jī)控制板集成在一個(gè)高度控制計(jì)算機(jī)盒內(nèi)，其組成如圖1所示。

高度控制計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的中樞，它接收無線電高度表信號(hào)和加速度計(jì)信號(hào)?？刂坡山馑阒靼迨紫葘?duì)這2路信號(hào)進(jìn)行抗混頻濾波和電平轉(zhuǎn)換等前置處理后送入A／D通道，再進(jìn)行控制律解算，給出升降翼偏角的PWM控制信號(hào)至舵機(jī)驅(qū)動(dòng)控制板，經(jīng)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)控制板放大輸出驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)升降翼來調(diào)整拖靶的飛行高度。系統(tǒng)每20 ms進(jìn)行一次控制律解算。工作原理框圖如圖2所示。