箔條/紅外彈投放器自動測試系統的設計*

(空軍工程大學 工程學院，西安 710038)

1 引 言

世界高新技術的發展和戰爭形態的變化對武器裝備提出了越來越高的要求。隨著現代武器裝備日趨復雜化、集成化、信息化和智能化，其整體效能的發揮主要取決于以下兩個方面：一是武器裝備設計與制造的各項技術指標的實現，二是武器裝備的安裝、運行、管理、維修和診斷措施的實施。為了保障武器裝備經常處于良好的戰斗狀態，武器裝備的性能檢測和故障診斷已成為綜合技術保障的核心。因此，航空檢測設備作為飛機航空設備系統完好率的重要因素，直接影響著飛機安全和戰斗力的發揮[1]。某型箔條/紅外彈投放器是某型飛機的重要機載無源干擾設備，用于投放箔條/紅外誘餌彈，對敵地面和機載雷達制導武器系統實施箔條干擾或對敵紅外制導的空空和地空導彈實施紅外干擾，提高飛機在作戰中的生存率，保障作戰任務的完成。為滿足該系統定期檢測的迫切需求，新研制了一種集成化、綜合化和智能化的測試設備，具備對測試對象在二級維修中進行性能調整的支持能力，將測試對象的故障隔離到內場可更換組件(SRU)。

2 內裝式箔條/紅外干擾彈投放設備的組成及功用

內裝式箔條/紅外干擾彈投放設備是種類最多、裝備量最大的一類電子對抗設備，一般包括顯示控制盒、程序器、順序器、發射器和箔條/紅外干擾彈等，其組成框圖如圖1所示。

圖1 內裝式機載箔條/紅外干擾彈投放設備組成框圖

顯示控制盒安裝在飛機駕駛座艙里，用于顯示設備的工作狀態、發射器中干擾彈的余彈數量等參數，駕駛員可以通過面板上的控制開關和旋鈕選擇設備的工作方式、要投放的彈種及數量、投放時序、發出投放命令等。程序器是整個設備的處理中心，負責接收威脅告警信號，形成干擾彈投放控制參數，產生點火脈沖序列。威脅告警信號一般來自雷達告警接收機或導彈逼近告警設備。程序器將干擾彈點火脈沖序列送至順序器，由順序器將點火脈沖分配到發射器的觸點上，引爆干擾彈。順序器由多路點火脈沖分配電路單元組成。干擾彈最終要由發射器投放出去[2]。

3 測試系統需求分析

3.1 測試信號需求分析

需求分析階段研究的對象是測試系統的用戶需求，只有經過確切描述的需求才能成為測試系統設計的基礎。測試信號需求分析包括被測參數的形式(電量還是非電量、數字量還是模擬量)、范圍和數量，性能指標要求，激勵信號的形式和范圍要求等。根據某型箔條/紅外彈投放分系統測試要求，可將測試需求信號分為與其它系統的交聯信號、電源信號、一次性指令信號、數字量信號、彈匣檢測和點火脈沖輸出信號。

(1)與其它系統交聯信號

與其它系統的交聯信號主要指箔條/紅外彈投放分系統正常工作時與航空電子系統以及綜合自衛電子戰系統之間通信的總線信號。

(2)電源信號

電源信號是指被測部件進行性能測試時，各部件正常工作時所必須施加的工作電源。在箔條/紅外彈投放分系統各部件測試時，施加的工作電源有DC+27V、DC±15V和DC+5V共計9個電源信號。

(3)一次性指令信號

箔條/紅外彈投放分系統工作時，控制器的離散模塊和電源控制模塊與外部交聯信號包括APP信號、起落架信號、作戰信號、訓練信號、箔條投放信號、箔條和紅外彈投放信號、投棄信號。在進行離位測試時必須依靠測試系統從外部施加或接收這些信號，才能實現測試過程的正常進行，它們統稱為一次性指令信號，這些一次性指令全部為DC+27 V信號。

(4)離散數字量信號

數字量信號包括系統故障指示信號、校正錯誤指示信號、電源電壓正常信號、數據奇偶錯指示信號、OE類型控制信號和作戰/訓練控制檢測信號。

(5)彈匣檢測信號和點火脈沖輸出信號

彈匣檢測和點火脈沖輸出信號指對控制器和發射器進行單獨測試時彈種檢測和編碼地址信號。

3.2 系統總體要求

被測對象某型箔條/紅外彈投放分系統具有智能化控制功能。為了判斷被測對象的工作狀態是否完好，可以通過查看各分系統是否能夠完成工作任務來判斷其內部板卡或功能模塊的好壞。根據對箔條/紅外彈投放分系統綜合性能分析以及結合目前自動測試技術的發展趨勢，對箔條/紅外彈投放器自動測試系統提出了如下測試要求：

(1)系統應能滿足箔條/紅外彈投放分系統的成套通電測試要求；

(2)系統應能自動完成箔條/紅外彈投放分系統及單獨對控制器和發射器的性能測試；

(3)系統應能實現快速故障定位，并根據故障模式給出所要采取的維修措施；

(4)軟件具有良好的人機交互界面和在線幫助功能；

(5)檢測結果可存儲、入庫和打印；

(6)系統具有自檢功能。

4 測試系統硬件設計方案

采用開放式自動測試系統，因為開放式自動測試系統的邏輯結構是一個信息共享的結構，這些信息能在不同的測試階段之間、自動測試系統內部不同的部件之間、自動測試系統和其它系統之間共享。

在開放式自動測試系統[3]設計過程中測試總線的選擇是一項重要的工作。在組建某型箔條/紅外彈投放器自動測試系統時采用成熟的測試總線技術，既簡化了系統軟硬件的設計，又方便了系統組建，并且增加了系統的開放性、兼容性、可靠性和維護性，易于標準化，從而降低了系統造價。

在組建某型箔條/紅外彈投放器自動測試系統的硬件平臺時，需要根據測試系統對測量、帶寬、傳輸延遲、性能和易連接性等不同需求，選擇合適的總線連接技術。PCI局部總線[4]是一種32位或64位地址線/數據線復用的總線，其用途是在高度集成的外部設備控制器件、擴展板和處理器系統之間提供一種內部連接機制。PCI總線的組建、擴展板接口與處理器無關，在多處理器系統結構中，數據能夠高效地在多個處理器之間傳輸。在保證測試系統的可靠性、穩定性與實時性的基礎上，考慮到測試系統性價比的因素，且PCI總線硬件插卡種類齊全、生產廠家多，因此采用基于PCI總線的儀器擴展平臺方案。

基于PCI總線的儀器擴展平臺方案采用以PCI總線接口的工控機和插卡式儀器模塊為基礎進行硬件平臺集成，與GPIB儀器組成的堆疊式系統相比，具有體積小、集成化程度高、數據傳輸速度快以及控制靈活等優勢；與基于VXI總線[5]的測試系統相比，具有相當大的價格優勢。因此，采用基于PCI總線的工控機和插卡式儀器模塊為基礎的開放式自動測試系統。按照開放式自動測試系統設計思想，測試系統的硬件由基本硬件平臺、適配器和電源控制模塊三大部分組成。系統總體設計原理框圖如圖2所示。

圖2 總體設計原理框圖

基本硬件平臺包括工業控制計算機及外設、多功能A/D數據采集卡、數字I/O卡、1553B總線接口卡，它構成滿足系統測試時所需的控制、數據分析處理等要求的硬件基礎，既可提供所需的激勵信號，還能對被測系統的響應輸出進行測量、分析和處理。1553B總線接口卡在測試軟件的控制下，可加載被檢測箔條/紅外彈投放分系統及交聯設備工作數據，完成航電總線和電子戰總線的通信；工業控制計算機可通過PCI總線控制接口，對總線通信接口模塊中的接口電路進行遠程操作控制；顯示器、鍵盤及鼠標是人機交互的外設。

在被測設備與基本硬件平臺之間，設置被測設備的適配器。適配器主要由外部控制信號產生電路、信號輸入/輸出適配接口、信號轉換與匹配電路、連接電纜等部分組成。它用于實現被測設備與系統的交聯，在主控計算機輸出來的控制信號作用下，產生激勵信號至被測設備，將來自被測設備的響應信號調理后送至主控計算機系統，實現自動測試。它還可用于手動測試，通過適配器面板上設置的控制開關、電纜接口，構成試驗器，滿足系統獨立測試或成套通電檢測的要求。

根據測試系統硬件設計方案，設計并研制了測試系統適配器(如圖3所示)和電源控制模塊(如圖4所示)，包括信號輸入/輸出適配接口、信號調理電路、外部控制信號產生電路以及電源保護與監控電路，配置了滿足任務需求的測試板卡資源，在所選板卡提供的電氣規范下，設計了數據測量/控制模塊和總線通信仿真模塊，完成了系統的硬件集成和調試工作。

圖3 測試系統適配器組成框圖

圖4 電源控制模塊組成框圖

5 測試系統軟件設計方案

箔條/紅外彈投放器自動測試系統采用以軟件為核心的測試機制，軟件設計采用了層次化、模塊化的軟件框架結構，如圖5所示。

圖5 軟件層次化結構圖

箔條/紅外彈投放器自動測試系統的軟件系統組成框圖如圖6所示，分為程序和文檔兩大部分，在此基礎上構建了軟件系統平臺。

圖6 軟件系統組成框圖

程序部分是軟件系統平臺的核心，它由操作系統平臺、應用程序開發平臺、測試應用程序三部分組成。測試應用程序按照主控程序、測試程序和功用程序3個層次進行設計，各個功能部分、各個測試子項都是獨立的模塊，以減少彼此之間的影響。軟件設計實現了層次化、模塊化的要求。

文檔部分用于測試系統文檔管理，由故障診斷文檔、幫助文檔、系統使用文檔三部分組成。故障診斷文檔是一些標準的Windows幫助文件，主要放置一些被測設備的故障模塊類型文檔、故障圖示、故障排除流程等，它可被故障診斷軟件模塊調用。幫助文檔以聯機在線的形式融合于軟件系統中，用戶通過操作指定的按鍵，可獲得系統操作使用的幫助和測試連接圖等信息。系統使用文檔主要給用戶提供系統的電子文檔資料，如技術說明書、使用維護說明書、電路原理圖、用戶手冊等。

利用Borland Delphi軟件[6]開發平臺，遵循模塊化、層次化的軟件設計思想完成了測試系統的軟件設計。深入分析了測試應用程序各組成模塊的主要功能以及主控程序、測試程序和性能參數測試流程設計，實現了系統測試功能，包括測試設備自檢、功能測試、參數測試以及單機測試功能。

6 結束語

該自動測試系統具有開機自檢測和操作員啟動自檢測功能，能自動完成各儀器模塊是否連接良好及工作正常的測試，并將故障隔離到獨立的儀器、模塊，測試結果可自動顯示和打印。通過各項測試，各項技術指標均達到了設計要求，有些設計指標優于原設計值，比如平均故障間隔時間、平均修復時間等。系統初步使用表明，系統具有良好的操作性和維護性，能夠完成箔條/紅外彈投放分系統全性能指標的自動測試和故障診斷，解決了部隊對新型無源投放設備檢測維修的迫切需求，極大地提高了該型設備的維修保障水平，取得了良好的經濟效益和軍事效益。但測試設備機動性能與現代戰爭對航空武器裝備的機動保障能力的需求還有一定差距，因此，下一步將研制配套的便攜式測試系統，進一步提高測試系統機動保障能力。

參考文獻：

[1] 李行善，左毅，孫杰.自動測試系統集成技術[M].北京：電子工業出版社，2004.

LI Xing-shan, ZUO Yi,SUN Jie. Automatic Test System Integration Technology[M]. Beijing:Publishing House of Electronic Industry,2004.(in Chinese)

[2] 張偉.電子對抗裝備[M].北京：航空工業出版社，2009.

ZHANG Wei. Eelectronic Warfare Equipment [M]. Beijing: Aviation Industry Press, 2009. (in Chinese)

[3] Michael J Stora,Droste D.“ATE Open System Platform” IEEE-P1552 Structured Architecturefor Test Systems(SATS)[C]//Proceedings of IEEE Systems Readiness Technology Conference.[S.l.]：IEEE, 2003：85-94.

[4] 劉帥，曹成俊，李志強.PXI總線技術在虛擬儀器中的應用[J].計算機與數字工程，2008(8)：188-191.

LIU Shuai,CAO Cheng-jun,LI Zhi-qiang.PXI Bus Technology in Application of Virtual Instrument [J].Computer and Digital Engineering,2008(8):188-191.(in Chinese)

[5] 張毅剛，彭喜元，姜守達，等．自動測試系統 [M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2004.

ZHANG Yi-gang, PENG Xi-yuan, JIANG Shou-da,et al. Automatic Test System [M]. Harbin: Harbin Industrial University Press, 2004. (in Chinese)

[6] 伍俊良. Borland Delphi應用與開發教程[M].北京：機械工業出版社，2004.

WU Jun-liang.Borland Delphi Application and Development Course [M]. Beijing:Mechanical Industry Press, 2004.(in Chinese)