基于PXI的艦載動態參數測試系統設計

張彥忠,周明光,劉志偉,時維科

摘 要：介紹了一種基于PXI總線的艦載武器試驗動態參數綜合測試系統的硬件組成和軟件結構。系統硬件基于虛擬儀器技術和針對被測試信號形式采用模塊化設計；軟件基于數據庫技術進行設計，提高了系統適應性，滿足了多種型號武器系統試驗的需要；結構上采用分布式設計，便于在艦船上與被測系統就近安裝。

關鍵詞：艦載； PXI； 測試設備； 硬件組成； 軟件結構

中圖分類號：TN911-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)09-0063-03

Design of Dynamic Parameter Testing System for Ship-born Weapon

Experiments Basted on PXI bus

ZHANG Yan-zhong, ZHOU Ming-guang, LIU Zhi-wei, SHI Wei-ke

(Unit 92941 of PLA, Huludao 125001, China)

Abstract： The hardware composition and software structure of the ship-borne weaponry integrated testing system based on PXI bus are described in this paper. According to signal being tested, the hardware module based on virtual instrument technology is adopted in the system hardware design. The software based on database technology is designed. Thedistributed constitution design is adopted in the system. It is easy to fix the testing equipments near the weaponry systems being tested on ship. Purpose of improving system adaptability and meeting the experiment needs of various styles of weaponry systems was achieved.

Keywords： ship-borne; PXI bus; test equipment; hardware composition; software constitution

0 引 言

靶場承擔武器裝備研制、設計定型等試驗任務。長期以來受武器系統研制部門體制、技術、設計和使用目的等諸多因素限制和影響，測試設備一般針對被測試武器系統具體型號進行設計，導致其通用性差，升級改造困難。

系統硬件基于虛擬儀器技術和針對被測試信號形式采用模塊化設計，軟件基于數據庫技術進行設計。在應用時，針對被測試信號種類和規模等具體情況，通過對采集器軟硬件模塊進行組合與配置，便可組成功能不同、規模不等的專用測試系統。當其功能不能滿足試驗測試需求時，只需針對需求增加軟硬件模塊，而設備主體可以不變或僅作一定修改便可適應其他型號武器系統試驗需要。

1 硬件組成與功能

艦載武器試驗測試系統基于PXI總線模塊進行設計，系統由主控器、采集器、信號拾取/調理設備和信號模擬器四部分組成，其組成如圖1所示。

圖1 系統組成

(1) 主控器

主控器由工控機系統配置PXI-PCI8335外接式控制器模塊(MXI-3)和GPS授時卡組成。工控機負責系統管理，采集器采集數據的匯總、存貯、處理。MXI-3模塊用于工控機對各采集器的控制。GPS授時卡采用PCI總線插卡結構，可以接收GPS衛星時間信息或靶場IRIG-B碼時間信息，實現系統與靶場測控網的同步。通過對GPS或IRIG-B時間信息的處理，在PCI總線上可以獲取1 PPS,20 PPS中斷信號及并行時、分、秒、毫秒時間信息，并可以輸出TTL電平的1 PPS和20 PPS同步信號。

(2) 采集器

采集器由3個電信號采集器(1#、2#、3#采集器)和非電量測量分系統(4#采集器)組成。被測電信號主要包括直流電壓信號、發控指令信號、脈沖頻率信號和各種數字信號(串行、并行和網絡信息)。非電量參數主要包括溫度、角速度、振動、壓力和應變等信號。

3個電信號采集器由PXI-1006機箱和PXI總線模塊組成，由PXI-1006機箱的PXI-PXI橋實現采集器間的連接。PXI總線模塊包括NI的PXI-6608計數/定時器模塊，PXI-6031E數據采集模塊，PXI-1411圖像信號采集模塊，PXI-6533數字I/O模塊，PXI-8422 RS 232接口模塊，PXI-8423 RS 422/485接口模塊，PXI-8210以太網接口模塊和PXI-8460CAN總線模塊。

對于每個PXI采集器的具體配置可根據被測試信號種類、數量和被測系統的物理位置確定。在具體應用時可根據測試對象的不同，靈活配置各采集器功能。

非電量測量分系統由傳感器、信號調理模塊和4#采集器組成。傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、應變傳感器、振動和角速度傳感器。信號調理模塊采用SCXI-1102B和SCXI-1120D。采集器配置PXI-6071E數據采集模塊和PXI-6608計數/定時器模塊。PXI-6608計數/定時器模塊用于接收處理GPS衛星時間信息或IRIG-B碼時間信息，用于實現與系統同步。

(3) 信號拾取/調理設備

信號拾取/調理設備用于完成對被測信號的拾取和調理。為了方便與被測設備的聯接，需配置線纜轉接箱。

(4) 信號模擬器

信號模擬器由工控計算機系統和多種被測信號模擬卡組成，用于被測信號的模擬/仿真。

2 軟件設計

2.1 設計思路

對于現代計算機測試系統而言，軟件是系統的靈魂。對于簡單的測試系統因測試任務單一，硬件系統專用，有關配置在軟件設計時可統一完成。由于其測試結果數據量相對較小、數據處理和輸出簡單，將整個測試任務作為一個整體一次完成是最佳的選擇。

對于綜合測試系統而言，因其規模較大且要求具有較好的靈活性，采用上述軟件設計方法顯然是不合適的。如果將系統以一個任務看待難以實現對眾多系統硬件模塊和大量試驗數據的科學管理。

采用數據庫技術可實現綜合測試系統中測試任務、測試儀器、系統配置、測試數據的有序管理。系統數據庫包括系統任務庫、系統儀器庫、通道配置及通道標定數據庫和測試數據庫等。

測試任務庫是為組織管理測試任務而設計的，它定義了任務名稱、任務代碼，同時包括對任務的描述以及相應的幫助文件。任務代碼被設計為區分任務的惟一特征碼，并將其作為測試系統執行任務的令牌。系統儀器庫中存儲測試系統所包括的全部儀器或硬件模塊，它是定義專用測試系統的基礎。系統通道庫包括系統通道配置庫和對應每一個通道的標定數據庫。通道配置庫負責管理所有測試任務的通道配置，它描述和定義每項測試任務所使用的通道。標定數據庫用于保存對應通道的標定數據，使測試執行中得到的數據與實際的物理量對應起來。為了科學有序地管理測試數據和重現測試現場，與測試現場有關的測試信息、測試數據以及數據編輯和數據輸出過程中產生的中間數據等都應保存，為此系統軟件應建立測試數據庫。

2.2 軟件開發環境

系統采用Windows XP操作系統，采用LabVIEW 8語言編寫應用程序。數據庫管理軟件采用Visual C++ 6.0語言編程，用于實現系統配置、試驗數據等信息的存儲、查詢、檢索和回放。

2.3 軟件結構與應用軟件功能

2.3.1 軟件結構

測試系統軟件由儀器驅動層、I/O接口層、測試管理層和測試程序層四部分構成。

儀器驅動軟件是對儀器硬件執行通信與控制的軟件，其軟件是由儀器標準件生產商提供的用于對儀器硬件進行底層操作的一組較抽象的操作函數集，包括初始化、配置、作用/狀態、數據、實用和關閉功能。

I/O接口軟件是計算機與采集器儀器硬件或功能模塊間連接的低層通信協議。

測試管理軟件是用于管理和執行某一測試任務的軟件包。包括實現人機對話、采集器采集數據的匯總、數據處理、數據交換、被測系統性能評估、被測信號和目標指示信息模擬/仿真、數據庫管理等功能。

測試程序用于各采集器特定測試功能的實現。測試程序直接面向具體測試任務，是根據測試任務的需求對采集器設備層組件重構后生成的面向具體應用的數據采集程序。

2.3.2 應用軟件功能

系統應用軟件包括通道配置與標定、GPS/IRIG-B碼時間信息采集、測試執行(數據采集)、數據處理(包括被測系統性能評估)、數據交換、被測信號模擬/仿真等功能模塊。其中數據庫包括系統任務DB、系統儀器和硬件模塊DB、通道配置DB、通道標定DB、通信接口參數DB和試驗數據DB。軟件結構如圖2所示。

圖2 軟件結構

(1) 通道配置與標定模塊。針對每項具體測試任務的不同對所需硬件模塊進行初始化，從而組成專用測試系統。在專用測試系統構成后，對系統硬件模塊進行標定，同時對采集器通信接口參數進行設定。

當采集器機箱內不具備任務所需硬件模塊時，首先用人工方式完成所需硬件模塊的配置工作。

(2) GPS/IRIG-B碼時間信息采集模塊。該模塊用于實現衛星時間或靶場時間信息的采集，從而實現系統與靶場測控網的同步。

(3) 數據采集模塊。完成當前具體測試任務的數據采集，其執行主體是系統配置與標定時定義的專用測試系統。采集數據除原始試驗數據外，還包括系統配置與標定、試驗日期與航次號等相關信息，以便分析試驗結果時使用。

(4) 數據處理模塊。完成測試數據的回放、編輯、量綱轉換。當系統聯入靶場測控網后還可進行試驗數

據的實時處理。結合被試系統的戰術、技術指標等信息，可對試驗結果進行分析評估。

(5) 數據交換模塊。完成測試數據的發送或接收靶場測控網數據。包括向靶場測控網發送艦載武器系統原始試驗數據(實時或事后)，接收靶場測控網提供的目標真值數據，載艦姿態、航速和位置等其他參試設備試驗數據。

(6) 信號模擬/仿真模塊。模擬被測信號供系統調試或任務準備使用。仿真空中或海上目標信息向武器系統進行回放，供武器系統調試和艦艇水兵訓練使用。

(7) 數據庫管理模塊。獨立于系統應用軟件，主要用于對系統數據庫的管理。

3 結 論

系統基于NI的多機箱方案構成分布式測試系統。硬件基于虛擬儀器技術和針對被測試信號形式采用模塊化設計，軟件基于LabVIEW語言和數據庫技術，這種設計為系統功能的進一步擴展提供了保證，達到了適應不同試驗需求，提升系統性能和其通用性的目的。

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