指揮系統(tǒng)通信控制機(jī)自動測試診斷設(shè)備的研究

摘 要:通信控制機(jī)是自動化指揮系統(tǒng)中的重要通信設(shè)備，技術(shù)密集，戰(zhàn)損和出現(xiàn)故障的幾率非常大。根據(jù)其測試需求，采用建模與仿真測試技術(shù)和基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法，自行設(shè)計一體化便攜式機(jī)箱，運(yùn)用PXI總線和電路模塊，組建自動化測試診斷設(shè)備。該檢測設(shè)備對通信控制機(jī)通信能力、交換能力等性能指標(biāo)進(jìn)行檢測。通過開關(guān)、電纜等附件將硬件電路匹配到所測試單元板接口的方式，并運(yùn)行相應(yīng)測試程序，完成通信控制機(jī)的性能測試、故障診斷，實現(xiàn)對通信控制機(jī)的快速檢測和故障準(zhǔn)確定位。其軟硬件采用模塊化設(shè)計，可用于多種型號的自動化指揮系統(tǒng)和民用通信控制設(shè)備的測試診斷。關(guān)鍵詞:通信控制機(jī); 建模與仿真; 專家系統(tǒng); 測試診斷

中圖分類號:TP911-34; TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)17-0105-03

Research on Automatic Testing and Diagnosis Equipment for Communication

Controller of Command System

YU Qing-bao1， CHEN Guo-shun2， DU Peng-fei1， WANG Pei-yuan1

(1.Ordnance Engineering College， Shijiazhuang 050000， China; 2.Institute of Ordnance Technology， Shijiazhuang 050000， China)

Abstract: The communication controller is a very important communication equipment in automatic command system and a technology-intensive device. Since there is a high probability of breakdown or spoilage in battle， according to the testing and diagnosis requirements， a portable gleichschaltung chest is designed， and this automatic testing and diagnostic equipment with PXI bus and modular circuit is set up by using MS (modeling and simulation) testing technology and diagnosis technology based on an expert system. It can test the communication and commutation ability of communication controller. Using switch， cable and other accessories， this device can be connected to the interface of the circuit board of UUT， and then the particular programme is run to realize performance testing and falt diagnosis. It can verify the performance adroitly and find out the malfunction exactly. The modular design of its hardware and software can be used for a variety of testing models， diagnosis of any automatic command system and civil communication controller.Keywords: communication controller; modeling and simulation; expert system; testing and diagnosis

0 引 言

隨著我軍信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，近幾年已經(jīng)有多種型號的高炮情報指揮系統(tǒng)、地炮射擊指揮系統(tǒng)裝備部隊使用，使部隊的快速反應(yīng)能力和作戰(zhàn)效能得到了很大程度的提高。這些自動化指揮系統(tǒng)組成復(fù)雜，涉及設(shè)備種類多、專業(yè)領(lǐng)域廣、技術(shù)含量高，保障難度非常大。在自動化指揮系統(tǒng)中，良好的通信是保障實施的基礎(chǔ)和生命線，而通信設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成了大量的高新技術(shù)。其中，通信控制機(jī)是自動化指揮系統(tǒng)中重要的通信控制設(shè)備，一方面，它采用數(shù)字通信技術(shù)，技術(shù)密集、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、損壞機(jī)理增多，另一方面，指揮系統(tǒng)是敵軍火力攻擊、電子干擾破壞的重點。通信控制機(jī)戰(zhàn)損和出現(xiàn)故障的幾率非常大，所以其保障難度大，需要自動、快速、準(zhǔn)確的故障檢測診斷手段和能力，而目前部隊缺乏通信控制機(jī)檢測設(shè)備，無法完成通信控制機(jī)的檢測和維修任務(wù)。

由于以上特點，通信控制機(jī)檢測設(shè)備需要有較高的集成度、精密度、復(fù)雜度、靈敏度和適合野戰(zhàn)環(huán)境使用的性能，結(jié)合虛擬儀器的思想，運(yùn)用PXI總線和電路模塊，開發(fā)自動測試診斷設(shè)備。該設(shè)備能夠有效提高指揮系統(tǒng)通信控制設(shè)備的維修保障水平，尤其是自動檢測水平，將對自動化指揮系統(tǒng)總體效能的發(fā)揮產(chǎn)生重要作用。

1 檢測需求分析

通信控制機(jī)主要由主處理板MPU、電路交換板LPU、分組交換板PX、雙工會議板CONN、時鐘板、群路規(guī)程板GPPI、HDSL(716)板、HDSL(730)板、群路A接口板、K口板、V口板、數(shù)據(jù)接口板、數(shù)傳電臺板、短波電臺板、數(shù)傳控制設(shè)備接口板、保密板、電源板、按鍵板、母板等電路板及機(jī)箱、鍵盤、液晶顯示器構(gòu)成。

主處理單元MPU為通信控制機(jī)工作核心，電路交換板LPU、分組交換板PX、雙工會議板CONN等3塊常規(guī)配置單元與主處理單元MPU一起，實現(xiàn)整體控制和數(shù)據(jù)、話音的路由選擇、信令交互。其余板卡在主處理單元MPU的控制下實現(xiàn)各自相應(yīng)的功能。

由于通信控制機(jī)內(nèi)部包含多種印制板，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及主控處理器、電路交換、分組交換等多種功能，利用通信控制機(jī)本身的自檢功能難以將故障定位到印制板模塊。因此，為滿足部隊換件修理需要，檢測設(shè)備必須具備對通信控制機(jī)的整機(jī)測試功能，同時能對印制板功能進(jìn)行檢測，將故障隔離到可更換單元[1]。

檢測設(shè)備必須解決以下問題:

(1) 解決部隊基層修理機(jī)構(gòu)對通信控制機(jī)故障診斷能力有限，不具有故障定位能力，無法完成修理任務(wù)的問題，提高部隊對通信控制機(jī)的技術(shù)保障能力。

(2) 實現(xiàn)對通信控制機(jī)各接口指標(biāo)參數(shù)的測試，掌握通信控制機(jī)整體性能，確保裝備始終保持良好的戰(zhàn)備狀態(tài)。

(3) 實現(xiàn)部隊在野戰(zhàn)條件下，通過簡單操作即可完成故障準(zhǔn)確定位，迅速更換通信控制機(jī)故障模塊排除故障，確保通信暢通。

(4) 保證測試設(shè)備的綜合測試能力、集成化程度和結(jié)構(gòu)的合理性，使測試效率明顯提高，勞動強(qiáng)度明顯降低[2]。

2 總體方案設(shè)計

根據(jù)自動化指揮系統(tǒng)通信控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和故障模式，明確了其檢測設(shè)備的主要功能和目標(biāo)，通過分析研究系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，形成了檢測設(shè)備的總體技術(shù)方案。

2.1 硬件設(shè)計原理

依據(jù)研究制定的系統(tǒng)總體技術(shù)方案，對檢測設(shè)備硬件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，確定了硬件設(shè)計方案。研制過程中，考查了VXI，PXI等目前流行的專用測試總線，進(jìn)行了對比分析。雖然VXI總線設(shè)備在精度要求、電磁干擾防護(hù)、電源提供等方面有著優(yōu)勢，但是PXI設(shè)備基于主流PC技術(shù)，可以將最新技術(shù)的優(yōu)勢應(yīng)用在一個較小的體積中從而使測試系統(tǒng)的尺寸縮減到一個新的水平，較小的體積和較低的功耗非常適合野戰(zhàn)條件下的攜帶和使用。PXI可供選擇的設(shè)備較多，帶新功能的模塊每年以超過百分之百的速度增長，而且PXI設(shè)備相對比較廉價，可以使測試系統(tǒng)的成本大大降低。另外，PXI總線有著較好的控制器架構(gòu)，在精度要求、電磁干擾防護(hù)和電源提供上也能滿足要求。所以，最終選擇PXI總線來組建測試系統(tǒng)，不僅保證了測試功能的順利實現(xiàn)，而且得到了較高的費(fèi)效比[3]。

為了提高性能和便于操作，設(shè)備采用外掛計算機(jī)為主控機(jī)的方式，選用一個3U的PXI機(jī)箱系統(tǒng)中主要測試設(shè)備包括PXI控制器、數(shù)字萬用表卡、示波卡、任意波形發(fā)生器、多功能I/O等儀器組成，此外，根據(jù)測試需求，還配備有信號發(fā)生器、電源、接口適配器等獨(dú)立儀器。利用這些模塊和儀器構(gòu)建通信控制機(jī)檢測設(shè)備的主控模塊電路、通信控制機(jī)主板測試電路、電臺板測試電路、K/RS 232接口轉(zhuǎn)換器測試電路、數(shù)話同傳終端測試電路、接口轉(zhuǎn)換電路。此外，還包括64芯插頭和50芯插座，50芯插座接對應(yīng)50芯插頭通過高溫線焊接至整機(jī)面板航空插座。64芯插頭通過插座插入接口板，出線通過高溫線從接口板引至面板航空插座[4-5]。其原理框如圖1所示。

圖1 通信控制機(jī)控測儀原型框圖

主控模塊電路分別控制通信控制機(jī)主板測試電路、電臺板測試電路、K/RS 232接口轉(zhuǎn)換測試電路、數(shù)話同傳終端測試電路。當(dāng)接入待測設(shè)備時，通過面板開關(guān)選擇，主控電路將接口轉(zhuǎn)換電路連接到所需測試電路，通過測試軟件的選擇，對相應(yīng)設(shè)備接口進(jìn)行測試。

2.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)基于Microsoft XP操作系統(tǒng)平臺，采用 LabVIEW圖形化編程語言實現(xiàn)，測試軟件安裝于測試計算機(jī)上(即PXI的外部主控計算機(jī))，通過MXI接口卡和PXI機(jī)箱系統(tǒng)槽上的MXI模塊連接。檢測設(shè)備完成向通信控制機(jī)發(fā)送控制命令、接收通信控制機(jī)自身信息、發(fā)送報文并接受被通信控制機(jī)送回的回執(zhí)等工作，發(fā)送測試報文后(測試報文按照專用測試協(xié)議編寫)，通過判定從測試設(shè)備返回的數(shù)據(jù)測試信息進(jìn)行故障定位檢測。

測試軟件采用模塊化設(shè)計，主要包括性能測試、故障診斷專家系統(tǒng)、維修信息查詢等功能。檢測設(shè)備軟件主要功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。各模塊功能如下[6-7]:

性能測試模塊 對通信控制機(jī)整機(jī)及其主處理板、群路板、中繼板、用戶板、電臺板等單元板進(jìn)行測試，得出其性能指標(biāo)和工作狀態(tài)。

專家診斷模塊 通過通信控制機(jī)故障現(xiàn)象，結(jié)合專家維修經(jīng)驗，開發(fā)專用診斷程序，完成故障的準(zhǔn)確定位，把故障隔離到現(xiàn)場可更換單元。

維修信息模塊 維修信息包括通信控制機(jī)使用說明書、技術(shù)說明書、電原理圖冊等，為通信控制機(jī)檢測維修提供技術(shù)資料，方便維修。

案例維護(hù)模塊 提供專家診斷知識庫開發(fā)、維護(hù)功能。

圖2 通信控制機(jī)測試診斷設(shè)備軟件結(jié)構(gòu)

2.3 測試方法

通信控制機(jī)檢測設(shè)備針對通信控制機(jī)不同單元板測試需求，設(shè)計與之配套的測試接口進(jìn)行匹配，測試功能主要由軟件來實現(xiàn)。檢測設(shè)備每次測試一種單元板，通過開關(guān)、電纜等附件將硬件電路匹配到所測試單元板接口的方式，并運(yùn)行相應(yīng)測試程序，依次測試所有的接口單元板。

3 檢測設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 MS(建模與仿真)測試技術(shù)

MS(建模與仿真)測試技術(shù)是模擬復(fù)雜電子裝備的工作環(huán)境和工作狀態(tài)，自動生成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，隨機(jī)生成檢測用例，以軟件為主輔以硬件設(shè)備，對復(fù)雜電子裝備軟硬件指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)測試的技術(shù)。

通信控制機(jī)具備多種通信方式，不同通信模式的指標(biāo)要求也各不相同，有的還對通信距離有要求。為此，根據(jù)通信控制機(jī)各接口不同功能的要求，采用了建模與仿真的測試技術(shù)，構(gòu)建了不同接口測試需要的測試環(huán)境，由檢測設(shè)備模擬各種接口設(shè)備，與通信控制機(jī)接口進(jìn)行互聯(lián)通信，判斷通信控制機(jī)各接口功能，進(jìn)而判斷通信控制機(jī)各單元板工作狀態(tài)。

3.2 基于專家系統(tǒng)的智能故障診斷技術(shù)

專家系統(tǒng)(Expert System，ES)是一種智能的計算機(jī)程序，它不同于一般的計算機(jī)程序，處理的主要信息是知識信息而不是數(shù)值信息，處理技術(shù)依靠的是知識表達(dá)技術(shù)而不是數(shù)學(xué)描述方法。專家系統(tǒng)的程序設(shè)計方法是在環(huán)境模式驅(qū)動下的知識推理過程，不僅能對用戶的提問給出解釋，而且能夠?qū)Υ鸢傅耐评磉^程做出解釋。診斷專家系統(tǒng)的主要任務(wù)是根據(jù)得到的征兆推斷出診斷對象所可能存在的故障[8-10]。通信控制機(jī)檢測設(shè)備應(yīng)用了基于專家系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)，在測試過程中可以依靠專家系統(tǒng)完成故障的準(zhǔn)確定位，并且設(shè)計了案例維護(hù)子系統(tǒng)，實現(xiàn)專家系統(tǒng)知識庫的開發(fā)和維護(hù)。

3.3 檢測儀一體化便攜式設(shè)計

根據(jù)指揮系統(tǒng)的測試需求，檢測設(shè)備必須采用以

計算機(jī)為中心的測試診斷方式，當(dāng)前的檢測設(shè)備一般都是采用外掛計算機(jī)的方式，在室內(nèi)使用，或者是采用工裝和獨(dú)立儀器的方式，無法在部隊野戰(zhàn)條件下使用。

針對通信控制機(jī)檢測設(shè)備的使用要求，這里采用了便攜式加固機(jī)箱設(shè)計，計算機(jī)與測試模塊統(tǒng)一集成在加固機(jī)箱內(nèi)，并進(jìn)行防雨和加固設(shè)計，機(jī)箱可以有效防護(hù)敵人的電子干擾破壞，滿足部隊在野戰(zhàn)條件下的使用要求，確保檢測設(shè)備具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié) 語

介紹了一種基于PXI總線技術(shù)，以圖形化語言LabVIEW為開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建通信控制機(jī)測試診斷設(shè)備的方案，綜合運(yùn)用了建模與仿真測試技術(shù)和基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法。該檢測設(shè)備已應(yīng)用于通信控制機(jī)整機(jī)及其板卡的性能測試和故障診斷，應(yīng)用表明，檢測設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、操作簡單、綜合功能強(qiáng)、集成化程度高，不僅適用于部隊修理機(jī)構(gòu)，也可在工廠取代多種專用測試臺，而且符合野戰(zhàn)環(huán)境下使用的要求。模塊化的軟硬件的升級改造非常方便，可用于其他型號指揮系統(tǒng)的通信控制機(jī)和民用通信控制設(shè)備，降低了開發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]李莉，陳國順，王勝開，等.電子信息裝備測試診斷技術(shù)[M].北京:解放軍出版社，2006.

[2]陳國順，王格芳，王學(xué)明，等.炮兵射擊指揮系統(tǒng)的智能檢測診斷系統(tǒng)[J].火力與指揮控制，2000，25(4):55-57.

[3]吳琳麗.淺析測試儀器的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代物理知識，2007，20(2):45-48.

[4]張超杰，梁述海，賀國.基于虛擬儀器的遙控系統(tǒng)自動測試技術(shù)[J].微計算機(jī)信息，2007，23(9):128-130.

[5]MACII David， PETRI Dario. Guidelines to manage mea-surement uncertainty in conformance testing procedures[J]. IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement， 2009， 58(1): 33-40.

[6]陶東香，賈紹文，張娜.無源干擾設(shè)備自動測試診斷系統(tǒng)的研制與開發(fā)[J].計算機(jī)測量與控制，2009，17(3):467-468.

[7]METTE Anne， HASS Jonassen. Testing processes[C]//2008 IEEE International Conference on Software Testing Verification and Validation Workshop. Lillehammer， Norway: IEEE Computer Society， 2008: 210-219.

[8]吳國慶，侯朝楨，龍楊喜.MS技術(shù)的復(fù)雜C3I系統(tǒng)測試方法[J].火力與指揮控制，2007，32(3):114-115.

[9]楊軍，馮振聲，黃考利.裝備智能故障診斷技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社，2004.

[10]郜艷峰，劉勇，潘成勝.一種通信設(shè)備故障診斷知識系統(tǒng)的設(shè)計[J].沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2004，23(4):64-66.