中国指挥与控制学会会刊 
随着计算机控制技术与微电子技术飞速发展,导弹武器系统呈现智能化、综合化、集成化的新特点,对测试水平和维护手段均提出较高的要求,尤其是在可靠性、可维修性、通用性以及扩展性等方面要求越来越高[1]。航空机载武器系统自动测试设备(ATE)已经成为当今武器系统配套维修的主要设备。基于VXI总线技术把计算机技术、数字接口技术和仪器测量技术集合于一个箱体内,具有标准高、组建活、传输快、精度高、电磁兼容性好等优点。按照模块化、通用化、标准化的原则,构建以VXI总线为核心的系统测试平台,易于充分发挥计算机效能[2],极大地提高了导弹综合测试系统的自动化、通用化水平,能够适应多型号导弹测试的需求。VXI总线测试平台是21世纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台,目前,VXI总线模块仪器的范围已覆盖了传统的电子仪器领域。VXI总线测试平台的核心有利于VXI总线系统硬件和软件的标准化,从而提高系统的互用性,使之更易于集成和应用。
1 测试系统简介
测试系统主要检查导弹武器的各个功能部件以及整个导弹系统电路工作是否正常。发现故障时,能准确定位故障原因,其测试流程操作方便,人机界面友好,便于使用与维护。
1.1 主要功能
测试系统应具有自检、信号模拟、单元电路测试、参数测试与采集、陀螺零位飘移测量、数据处理等功能,满足对导弹全面测试的需求。1)自检功能:主要是本系统内部模块自检,以验证系统各单元功能模块工作状态正常与否;2)单元测试功能:对自动驾驶仪、导引头的主要性能和技术指标进行定量检测,故障定位到功能组件;3)综合测试功能:对导弹进行模拟实战状态综合测试;4)参数测试与采集功能:用于对导弹单元电路电压、电流、开关量、离散量、脉冲量等信号的性能参数进行测试与采集;5)故障诊断功能:对导弹工作过程进行实时测试,对所出现的故障现象进行诊断,确定故障部位并给出维修建议;6)系统管理功能:对测试性能参数结果自动生成测试报告,存档存储、并能通过外接打印机打印输出。
1.2 工作原理
系统上电后,系统主控计算机资源的自我测试是判断液晶显示器、内存、硬盘空闲空间等资源是否完好、充足、电源输出是否正常等方面。各功能板卡的自我测试是用于判断功能板卡是否全部到位,并通过功能板卡发送自检命令,判断已有功能板卡的功能是否正常。如果系统自检正常,则所有自检“功能模块”前端出现绿色的 “√”标志,同时“状态”栏显示“正常”;如果自检中出现故障现象,则“功能模块”前端出现红色的“×”标志,同时“状态”栏显示“故障”,系统自检报出故障。各功能板的工作正常后,即自检完成。系统运行主控计算机内的测试软件,通过IEEE1394总线控制卡和I/O接口卡对VXI各仪器模件进行VXI总线的操作,包括读/写VXI总线各模块的寄存器,发布程控命令,相应的继电器开关接通,工作流程通过IEEE-1394总线和VXI总线零槽控制器将测试命令下达至各VXI功能模块,由电源和信号激励给导弹静态输入信号或提供动态激励,数据采集模块采集被测导弹反馈信号,如输出信号为电压、电流信号,由主控计算机经GPIB总线IEEE488接口启动数字万用表进行测量;如输出信号为正弦、脉冲、离散、频率串行信号,则经总线启动数字示波器信号波形的幅度、相位进行测量;数字量、模拟量、开关量的直流电平测试和控制,则由主控计算机启动数字I/O模件进行调理与转换;采集到的数据通过IEE488总线接口,传送至主控计算机进行数据监测、记录和处理,若测试结果正常,则按测试项目顺序对导弹进行逐步测试,若想重点测试某个参数或性能,可以通过测试项进行选择;在测试过程出现测试结果异常,则进入故障诊断模式,任务结束后存储、显示、打印测试结果。
2 测试系统硬件设计
测试系统主要由数字万用表、TDS2012B数字示波器、主控计算机、一体化键盘显示器、 Agilent程控直流电源、程控信号源、接口适配器以及VXI零槽控制器所构成,如图1 所示。在外部环境温度低于0℃时会自动加温,确保整套系统能够在外部低温环境下稳定运行。
2.1 主控计算机
主控计算机选用研华公司的工业控制机IPC-610L,内含1394总线接口卡和GBIP总线接口卡,外接一体化键盘显示器为17″LCD,外接激光打印机。主控计算机通过对测试程序的操作,可以与程控数字万用表、数字示波器、声/航向信号激励源和程控直流电源等各个分模件通过IEE488总线进行通信,发布启动和控制命令,向导弹发送相关测试指令并采集相关数据,从而进行导弹测试,并将测试结果进行综合处理。
2.2 数字存储示波器
TDS2012B通用数字存储示波器主要用来观测雷达接收机回波输出信号、同步信号以及其它相关信号,便于测试人员作为参考,定性地判断雷达导引头是否捕获目标及跟踪是否稳定。
2.3 程控信号源
程控信号源包括模拟高度信号、目标回波信号以及雷达高频率(4.2~4.4 GHz)等幅信号、脉冲调制信号、方波调制信号和视频信号等,完成对雷达的发射频率和灵敏度等参数的测试,输出延迟时间连续变化的脉冲信号,并实时返回信号源的工作状态。
2.4 程控直流电源
为满足导弹测试使用,设计出符合GPIB总线标准的IEE488接口。系统采用Agilent公司的N5765A和N6700B两种类型直流程控电源,N5765A提供 28V/50A电源,而N6700B则提供27V/3A及5V/3A电源模块在主控计算机软件驱动下为系统和导弹提供5V、27V、地/悬空等离散信号和0~27V连续可调的电压。通过导弹接口适配器及测试电缆与被测导弹进行电气连接。
2.5 VXI总线零槽控制器
选用HPE8491B,C尺寸插于VXI机箱的0号槽道内,逻辑地址为0,提供零槽服务,作为VXI系统资源管理者,该控制器为测试系统提供模块识别、自检、地址分配、中断请求、启动正常操作等功能。
2.6 接口适配器
接口适配器完成导弹武器系统测试信号和自检信号的调理及转接。内有NI6528光电隔离电路板,NI6224A/D转换电路板,48路数字量I/O模块,调理电路采用高压运算放大器LM143/343以及相关电路元件来实现。在对导弹测试时,接口适配器将VXI测试模块和被测导弹相对接。
3 测试系统软件设计
本文选择Windows XP作为测试系统的操作系统,以NI公司的Labwindows/CVI7.0作为软件开发平台。Labwindows/CVI7.0是一种多功能的图形化编程软件,其编程难度小,人机界面友好,同时具有强大的信号处理能力。系统软件采用模块化的设计,它由主程序、子程序两部分组成,将各个部分功能分别进行实现,主要功能子程序有系统自检程序、测试数据处理程序、数据库管理程序、故障诊断程序等。软件结构如图2 所示。
系统主控模块:负责各功能模块监管和控制,接收主控计算机或一体化键盘命令代码,控制各功能模块,完成数据处理、参数测量、过程控制和数据通信等任务。
自检测试:自检测试是导弹内部硬件单元自检,完成设备内部硬件单元的故障诊断。硬件单元包括数据采集(AD)模块、数字I/O模块、MIL-STD-1553通信模块、串口模块,以及相应的电源模块、信号调理模块等。
综合检查:为导弹发射前的综合检查,综合检查内容包括导弹自检、射检、参数装订等内容。在进行综合检查过程中需监视相关的模拟量与离散量,如导弹27V供电电流与电压、投放允许等离散量。
陀螺测漂:为对弹上陀螺零位漂移进行测试,若陀螺零位漂移超出技术指标要求,则根据情况对陀螺进行漂移补偿,使其满足技术指标要求。
数据采集处理:负责类型信号的采样,对异常信号平滑处置,线性插值以及数据A/D和D/A转换等。
系统管理:包括测试结果数据查询与管理,测试结果报表生成与打印,导弹装订参数与管理,日志浏览与管理,密码修改等。测试系统流程如图3 所示。
4 结束语
基于VXI总线技术的导弹综合测试系统,按照标准化、通用化、模块化的设计原则,综合运用先进的硬软件技术,使系统具有操作简便、工作稳定、自动化程度高、通用性强等特点,能够对导弹性能参数全面而又准确地自动化测试,极大地提高了导弹自动化测试水平和效率。经过使用表明该系统操作简单,测量精度高,运行稳定可靠,测试效率高,达到了对导弹全性能测试之功效。