基于PXI總線的導彈火控自動測試系統(tǒng)設計*

王 瑞，孫虎元，劉 星，李 波，劉晃春

(1中國兵器工業(yè)第203研究所，西安 710065;2解放軍邊防學院，西安 710107)

0 引言

隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，導彈火控系統(tǒng)的復雜性越來越高，組成火控系統(tǒng)的各部件能安全高效的運行，對導彈火控系統(tǒng)的正常可靠工作起著越來越重要的作用。因此，可靠性與維修性成了關鍵性問題，這就對測試系統(tǒng)提出了更高的要求。研制精度高、可靠性高、自動化程度高的自動化測試設備，具有重要的軍事、經(jīng)濟意義。

文中以集成度高、控制方便的PXI總線系統(tǒng)為基礎平臺，配合專用適配器、資源分配接口和程控電源組成火控自動測試系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)。本測試系統(tǒng)實現(xiàn)了對導彈火控系統(tǒng)各個部件的自動測試以及故障診斷與模擬，真正實現(xiàn)了測試系統(tǒng)的模塊化、通用化、標準化設計，提高了測試效率，降低了維修成本。該系統(tǒng)可以自動完成導彈火控系統(tǒng)的各項測試任務，且可以將測試的數(shù)據(jù)進行顯示、存儲、傳輸和打印。

1 系統(tǒng)硬件結構的設計

1.1 系統(tǒng)硬件結構設計

火控自動測試系統(tǒng)采用“PXI總線系統(tǒng)+資源分配接口+專用適配器”的結構。主要由主控計算機、PXI總線、電源模塊、數(shù)字萬用表模塊、A/D模塊、D/A模塊、I/O模塊、CAN總線模塊、串口通訊模塊、多路復用開關模塊、矩陣開關模塊組成，其結構如圖1所示。測試時，PXI總線系統(tǒng)控制多個功能模塊，對被檢對象所需要數(shù)據(jù)流、控制流及其接口激勵信號進行模擬，對輸入的信號進行采集和數(shù)據(jù)處理及分析，準確地發(fā)現(xiàn)故障并將其隔離到現(xiàn)場可更換單元。

1.2 資源分配接口的設計

圖1 測試系統(tǒng)的硬件結構圖

PXI總線系統(tǒng)作為公共資源是需要分配給各被檢對象用的。為了保證適配器的通用性，資源分配接口將PXI模塊與外部電氣信號標準化。文中采用可靠性高、靈活性強、保護性好的VPC90標準陣列接口對PXI總線進行合理分配，一套VPC9025接口最多可提供4200個信號點，共25個模。按照導彈火控平臺資源設計，共使用了 M1、M2、M5 ～M7、M11 ～M14、M16～M19、M21、M22、M24共16個模塊，空余9個模塊用于平臺資源的后續(xù)擴展。

1.3 自檢適配器的設計

自檢適配器具備專用計量接口，與PXI總線系統(tǒng)結合，完成PXI總線系統(tǒng)的自檢與計量。PXI總線系統(tǒng)各功能模塊的自檢由自檢適配器通過適配器內(nèi)部連線，如圖2所示，將由輸入輸出關系的同類信號組合，如PXI總線系統(tǒng)功能模塊的數(shù)字輸入接入數(shù)字輸出、模擬量輸出經(jīng)矩陣開關接入模擬輸入或萬用表、電源信號通過矩陣開關切換分別接入萬用表等、RS422收發(fā)通道互連、CAN通道互聯(lián)等，完成各通道的自檢;同時，將有精度及計量要求的模擬信號測試通道引致適配器前面板，用于PXI總線系統(tǒng)計量的溯源接口，通過通用儀器并配合相應檢測軟件完成總線平臺的計量。

圖2 PXI總線系統(tǒng)自檢工作原理圖

1.4 專用適配器的設計

在專用適配器的研制過程中，設計了55芯和100芯兩種統(tǒng)一的檢測接口，并規(guī)定了接口引腳的輸入、輸出特性及各被檢電子設備的特征標志，實現(xiàn)了檢測平臺的通用化、標準化，提高了測試性，為檢測設備與被檢設備之間的安全性設計的實現(xiàn)打下基礎。

專用適配器是PXI總線系統(tǒng)與被測部件之間的連接，主要完成測試信號的調(diào)理工作，并能完成其本身的自檢。適配器內(nèi)部以直接連線為主，對于必要的信號調(diào)理電路，采用無源器件，避免采用受環(huán)境參數(shù)影響大的有源器件，以減少測試結果的不確定性因素，適配器結構采用標準化設計，增加適配器可靠性與可維護性，適配器信號調(diào)理模塊優(yōu)先考慮采用總線結構的標準化設計和“底板+插板”的結構形式。其電路由4部分組成:負載與驅動電路、模擬信號濾波單元、模擬信號調(diào)理單元、數(shù)字信號隔離單元、擊發(fā)信號生成電路。其中，負載與驅動電路為檢測點火信號提供大功率負載，工作條件電路主要是提供被測部件脫離開導彈火控系統(tǒng)獨立工作時所需要的一系列條件信號源，檢測電路主要是完成被檢信號的隔離變換和處理工作，以滿足PXI總線系統(tǒng)對信號的要求，其工作原理及信號流向圖如圖3所示，其中，虛線部分為開關系統(tǒng)分別與電源模塊和數(shù)字萬用表的連線關系。

圖3 適配器硬件組成及信號流向圖

2 測試系統(tǒng)的軟件設計

2.1 軟件的總體框架

整個測試系統(tǒng)采用Windows XP Professional操作系統(tǒng)，Lab Windows/CVI軟件開發(fā)環(huán)境。通過虛擬儀表直觀反應被測對象狀態(tài)，動態(tài)顯示被測信號數(shù)據(jù)變化規(guī)律。

Lab Windows/CVI是建立在開放式軟件體系結構之上，集成了應用程序開發(fā)所需的用戶界面編程工具和測試應用開發(fā)所需的各種測控界面開發(fā)、測試硬件控制、數(shù)據(jù)采集和信息處理的軟件包，還提供了對數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡應用開發(fā)的支持能力。它的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板以及豐富的庫函數(shù)，大大增強了語言的功能，為開發(fā)人員提供了一個理想的軟件開發(fā)平臺。文中主要從用戶的應用出發(fā)，針對用戶的測試需求，充分發(fā)揮總線測試設備的硬件特性，將硬件模塊靈活組合與配置形成一個完整的檢測系統(tǒng)。檢測軟件針對用戶的應用特點，不僅完全需要滿足用戶的基本需求，還要針對單一用戶的習慣(包括菜單、布局、顯示和操作方法等)進行專門設計。

為實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的功能，并使所開發(fā)的軟件具有高度的可靠性和可維護性，采用模塊化設計方法和結構設計方法構造軟件的結構。如圖4所示，檢測軟件主要功能模塊可劃分為測試流程模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、儀器驅動模塊、故障診斷模塊、數(shù)據(jù)管理模塊。其中，測試流程模塊由測試序列、解釋器、儀器類三部分組成。其中儀器類用于表示不同類型儀器的屬性、功能和操作，負責與儀器驅動模塊中的硬件接口庫傳遞消息。測試序列是將測試流程以腳本語言的形式展現(xiàn)，用于描述儀器的操作方法、狀態(tài)、功能。不同類型的儀器由不同的腳本模型搭建。

對不同的測試項目來說，最終的測試結果表的內(nèi)容都能劃分為序號、信號名稱、測試值、公差和檢測結果六項。因此數(shù)據(jù)管理模塊利用Word建立測試結果表，一個測試項目對應一張測試結果表。檢測軟件根據(jù)不同的測試項目調(diào)用不同的測試結果表。

圖4 軟件結構功能圖

部件和電路板故障診斷是建立在專家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫基礎之上，文中采用建立故障樹，對系統(tǒng)和分系統(tǒng)及各單體設計層面進行研究，從被檢對象設計原理角度分析故障存在的可能性及排除方法。

2.2 軟件的測試流程

用戶登錄進入測試界面后，進行適配器識別，選擇平臺自檢或進行測試，選用自檢適配器進行平臺自檢或計量，選用專用適配器進行測試。專用適配器自檢通過后選擇自動測試或分步測試，自動測試識別被檢對象后進行測試，顯示測試結果并判斷是否正常，根據(jù)測試結果判斷故障部位，測試結果分別顯示在測試結果表和故障診斷結果表中，最后自動保存測試結果。分步測試根據(jù)需要選擇測試項目后進行測試。軟件的測試流程如圖5所示。

圖5 軟件的測試流程圖

3 系統(tǒng)應用

本測試系統(tǒng)能夠模擬導彈火控系統(tǒng)各個電子部件的各種輸入信號，并實時采集工作時各電子部件的輸出信號，對電子部件的各種性能參數(shù)進行自動測試，同時具有測試數(shù)據(jù)管理、分析和測試報告自動生成等功能，實現(xiàn)了對各個電子部件的狀態(tài)檢測、故障診斷和狀態(tài)復檢。其測試子程序界面如圖6所示。該自動測試系統(tǒng)具有良好的通用性和擴展性，用戶不需要對硬件和軟件平臺做大的改動，只需增加相應的接口適配器和測試數(shù)據(jù)庫，修改相應的測試軟件，即可完成其他電子設備的檢測與故障定位。

圖6 測試子程序界面

4 結論

實際應用證明該測試系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作簡單，而且有較強的通用性。測試結果顯示，本系統(tǒng)能夠較快的完成對導彈火控系統(tǒng)的測試，火控系統(tǒng)各部件測試時間為 1min15s～4min5s，平均測試時間為3min20s，故障診斷的覆蓋率能達到90%以上，與傳統(tǒng)的火控測試設備相比，測試效率得到大大提高。

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