基于A(yíng)RM的嵌入式航空拖靶高度控制器設計

摘要：嵌入式系統具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高、體積小和功耗低等優(yōu)勢，將該技術(shù)引入新型航空拖靶高度控制器的設計，可顯著(zhù)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)操作系統開(kāi)發(fā)了航空拖靶高度控制器，主要介紹了控制器的組成、原理和軟硬件設計過(guò)程。原理樣機的半實(shí)物仿真結果表明系統響應快、控制精度高，能夠準確控制拖靶做超低空掠海定高飛行，達到了設計要求，控高精度可達2m。
關(guān)鍵詞：航空拖靶；嵌入式系統；ARM；μC／OS-Ⅱ；高度控制器

0 引言
航空拖靶是一種由飛機拖曳飛行的特殊的無(wú)人飛行器，一套完整的拖靶系統主要包括拖帶飛機、收放纜裝置、拖纜和拖靶。其中拖帶飛機一般為有人或無(wú)人駕駛飛機，收放纜裝置一般為掛裝在飛機上的電動(dòng)或氣動(dòng)式絞車(chē)，拖纜是通過(guò)絞車(chē)收放的一根長(cháng)約幾千米而直徑只有幾毫米的鋼纜，拖靶多為外形類(lèi)似導彈的無(wú)動(dòng)力飛行器，由拖纜牽引飛行。主要用途是模擬敵方來(lái)襲的導彈類(lèi)目標，為己方對空導彈、火炮等防空武器系統試驗或訓練提供模擬目標。
隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，現代反艦導彈多采取“超低空掠海飛行”的突防方式。與之相應，20世紀80年代以來(lái)，用于模擬反艦導彈類(lèi)目標的航空拖靶，也向著(zhù)這一方向快速發(fā)展。而這類(lèi)拖靶都要裝有高度控制器，才能實(shí)現模擬導彈的超低空掠海定高飛行能力。其中，高度控制器是核心設備，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(zhù)計算機技術(shù)的快速發(fā)展，以應用為中心的“嵌入式系統”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，正在被廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域。因此，考慮到拖靶高度控制器的設計要求與嵌入式系統的應用場(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，設計開(kāi)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(wú)線(xiàn)電高度表、垂向線(xiàn)加速度計、控制律解算主板、舵機驅動(dòng)控制板及舵機組成，其中加速度計、控制律解算主板和舵機控制板集成在一個(gè)高度控制計算機盒內，其組成如圖1所示。

高度控制計算機是系統的中樞，它接收無(wú)線(xiàn)電高度表信號和加速度計信號?？刂坡山馑阒靼迨紫葘@2路信號進(jìn)行抗混頻濾波和電平轉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控制信號至舵機驅動(dòng)控制板，經(jīng)舵機驅動(dòng)控制板放大輸出驅動(dòng)舵機，舵機驅動(dòng)升降翼來(lái)調整拖靶的飛行高度。系統每20 ms進(jìn)行一次控制律解算。工作原理框圖如圖2所示。