CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的設(shè)計(jì)

唐吉祥，賈德宇

（空軍第一航空學(xué)院 河南 信陽(yáng) 464000）

隨著當(dāng)今軍用電子技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)空軍裝備建設(shè)進(jìn)入一個(gè)更新?lián)Q代的時(shí)期，新型戰(zhàn)機(jī)逐步開(kāi)始列裝各航空兵部隊(duì)。通信導(dǎo)航識(shí)別分系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CNI分系統(tǒng)）正是基于實(shí)現(xiàn)三代戰(zhàn)機(jī)高性能電子戰(zhàn)特殊要求的集成化系統(tǒng)。由于通信導(dǎo)航識(shí)別系統(tǒng)下掛設(shè)備多，數(shù)據(jù)流量大，在實(shí)現(xiàn)通信、導(dǎo)航、敵我識(shí)別等功能集成的同時(shí)，也給部隊(duì)的日常維護(hù)保障帶來(lái)了難度。為滿(mǎn)足外場(chǎng)監(jiān)測(cè)CNI分系統(tǒng)內(nèi)所有下掛設(shè)備總線(xiàn)數(shù)據(jù)通信情況、實(shí)時(shí)解析并顯示設(shè)備當(dāng)前的工作方式和工作參數(shù)的需要，同時(shí)將采集的總線(xiàn)數(shù)據(jù)保存下來(lái)，以備事后進(jìn)一步地詳細(xì)分析及排故，使CNI分系統(tǒng)故障定位和維護(hù)有據(jù)可查，因此研制通信導(dǎo)航識(shí)別系統(tǒng)外場(chǎng)檢驗(yàn)儀（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀）成為必要。

1 設(shè)計(jì)思想

為方便外場(chǎng)監(jiān)測(cè)CNI分系統(tǒng)內(nèi)所有下掛設(shè)備總線(xiàn)數(shù)據(jù)通性情況以及滿(mǎn)足分系統(tǒng)維護(hù)和排故的需要，開(kāi)展CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的研制工作。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮設(shè)計(jì)：整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)繼承以往機(jī)載及地面設(shè)備軟、硬件開(kāi)發(fā)的成熟技術(shù)，結(jié)合用戶(hù)使用要求，適當(dāng)提高CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的性能；將可靠性設(shè)計(jì)放在首位，首先進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)；采用通用的、開(kāi)放的技術(shù)支持產(chǎn)品，便于擴(kuò)充和升級(jí)；按照軟件工程的規(guī)范進(jìn)行總線(xiàn)監(jiān)控軟件包的開(kāi)發(fā)，軟件的設(shè)計(jì)做到結(jié)構(gòu)模塊化、任務(wù)調(diào)度優(yōu)化、控制優(yōu)化、算法優(yōu)化[1-2]。

2 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀為外場(chǎng)地面檢測(cè)設(shè)備，與被監(jiān)測(cè)的加上CNI分系統(tǒng)通過(guò)1553B總線(xiàn)連接。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、解析、顯示分系統(tǒng)總線(xiàn)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及物理含義。CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀硬件平臺(tái)由加固計(jì)算機(jī)及1553B總線(xiàn)接口等構(gòu)成，軟件由操作系統(tǒng)以及板卡開(kāi)發(fā)支持包和專(zhuān)用的1553B總線(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控解析軟件包構(gòu)成。其主要功能為：過(guò)濾采集的總線(xiàn)數(shù)據(jù)，按照事先設(shè)定的RT地址及數(shù)據(jù)塊子地址，通過(guò)1553B接口卡從CNI分系統(tǒng)總線(xiàn)讀取所需的數(shù)據(jù)塊并對(duì)數(shù)據(jù)塊計(jì)數(shù)[4-5]；實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集總線(xiàn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)從CNI分系統(tǒng)總線(xiàn)抓取總線(xiàn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控分系統(tǒng)各設(shè)備在任務(wù)各階段的工作方式和工作參數(shù)；實(shí)時(shí)監(jiān)控總線(xiàn)狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控分系統(tǒng)內(nèi)下掛各設(shè)備總線(xiàn)接口響應(yīng)是否正常；總線(xiàn)數(shù)據(jù)塊實(shí)時(shí)解析及動(dòng)態(tài)刷新顯示，根據(jù)采集的最新總線(xiàn)數(shù)據(jù)，按照CNI分系統(tǒng)內(nèi)總線(xiàn)ICD的定義及時(shí)譯碼顯示最新的監(jiān)控的各設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和工作參數(shù)數(shù)據(jù)。并隨著設(shè)備工作方式和工作參數(shù)的修改而實(shí)時(shí)更新；實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)塊檢索及回溯，在CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀連續(xù)加電的工作過(guò)程中，所有已采集的總線(xiàn)數(shù)據(jù)塊及相應(yīng)的數(shù)據(jù)字均有保存，并在監(jiān)視器的解析窗口隨時(shí)前后檢索、查找、對(duì)比；總線(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀采用文件形式持續(xù)存儲(chǔ)從1553B總線(xiàn)采集的CNI分系統(tǒng)內(nèi)CCU下發(fā)和各個(gè)設(shè)備上報(bào)的工作狀態(tài)及工作參數(shù)[3]。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 主處理器模塊

主處理器模塊是CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的系統(tǒng)管理、功能調(diào)度及處理的核心，也是對(duì)所有采集的總線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的單元。選擇Inter Pentium M作為CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的主處理器。

2.1.2 接 口

人機(jī)接口包括：液晶顯示器、防水鍵盤(pán)，USB接口、VGA顯示接口、電源接口、電源開(kāi)關(guān)等。通過(guò)顯示器顯示譯碼后總線(xiàn)數(shù)據(jù)含義及采集的總線(xiàn)數(shù)據(jù)原代碼。軟件功能菜單均為漢字顯示。外場(chǎng)檢驗(yàn)儀還可以調(diào)顯已存儲(chǔ)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)塊，供測(cè)試人員回溯查詢(xún)。

2.1.3 電源模塊

CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀機(jī)箱內(nèi)配置一個(gè)高效3.2 AH的鋰電池，當(dāng)檢驗(yàn)儀有外接電源時(shí)，自動(dòng)充電。CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀在僅有28 V電源供電的條件下仍能正常工作，并且整機(jī)省電節(jié)能，在外界沒(méi)有電源供給的情況下，仍然可由整機(jī)中攜帶的蓄電池以及外置的蓄電池供電。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 軟件設(shè)計(jì)的原則

軟件設(shè)計(jì)的原則有以下幾點(diǎn)：軟件開(kāi)發(fā)采用Visual C++集成開(kāi)發(fā)環(huán)境編碼、代碼調(diào)試；軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，保持模塊與模塊之間明確的接口關(guān)系；軟件編碼具有良好的可讀性、可維護(hù)性，可擴(kuò)充性；操作系統(tǒng)為Windows XP。

2.2.2 軟件的組成

CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的軟件的操作系統(tǒng)提供本地系統(tǒng)引導(dǎo)、硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度等功能，為上層應(yīng)用軟件提供多線(xiàn)程支持。基于穩(wěn)定性考慮，操作系統(tǒng)采用Windows XP。

CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀總線(xiàn)監(jiān)控軟件包主要由應(yīng)用層功能軟件模塊、1553B總線(xiàn)接口卡支持軟件函數(shù)包組成。軟件設(shè)計(jì)采用自頂向下的原則，對(duì)應(yīng)用功能進(jìn)行合理分解，將外場(chǎng)檢驗(yàn)儀需要完成的監(jiān)控、解析、顯示、存儲(chǔ)等功能分解為若干獨(dú)立的子功能，繼而再將每個(gè)子功能分解成若干功能塊，便于軟件程序修改、維護(hù)、擴(kuò)充。 應(yīng)用層軟件功能模塊劃分框圖如圖1所示。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀軟件組成結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 The block diagram software components of CNI outfield tester

CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀要滿(mǎn)足三代飛機(jī)配套地面檢測(cè)設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求，為解決結(jié)構(gòu)問(wèn)題，在進(jìn)行加固計(jì)算機(jī)采購(gòu)時(shí)重點(diǎn)解決了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：整機(jī)的重量及大小上盡可能緊湊；整機(jī)外形美觀；模塊的通風(fēng)散熱問(wèn)題；抗沖擊和振動(dòng)問(wèn)題。綜合以上設(shè)計(jì)重點(diǎn)，CNI外場(chǎng)檢查儀采用便攜式機(jī)箱，機(jī)殼采用鋁鎂合金便于散熱。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，機(jī)箱的設(shè)計(jì)盡量做到電場(chǎng)屏蔽，電源接口選用屏蔽性能較好的航空接插件。

2.4 電磁兼容性設(shè)計(jì)

為了不影響CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的正常工作，同時(shí)也不影響干擾現(xiàn)場(chǎng)其它設(shè)備正常工作。采取以下措施：功能電路模塊布局中，從空間上盡量保證強(qiáng)信號(hào)電路遠(yuǎn)離弱信號(hào)電路；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，機(jī)箱的設(shè)計(jì)做到電場(chǎng)屏蔽，選用屏蔽性能好的航空接插件；機(jī)箱內(nèi)的各功能模塊考慮屏蔽措施，在機(jī)箱蓋板的接觸處采用導(dǎo)電襯墊；通過(guò)以上措施有效抑止CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的內(nèi)外電磁干擾[6-7]。

2.5 可靠性、維修性、測(cè)試性和安全性設(shè)計(jì)

2.5.1 可靠性設(shè)計(jì)

1）可靠性設(shè)計(jì)要求

CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀可靠性設(shè)計(jì)遵循以下原則：在滿(mǎn)足功能和指標(biāo)的要求下，力求簡(jiǎn)化；選購(gòu)硬件時(shí)，盡量選用滿(mǎn)足環(huán)境要求的軍品器件，并有可靠的供貨來(lái)源，所選模塊盡量標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；軟件的開(kāi)發(fā)堅(jiān)持按軟件工程的要求進(jìn)行，提高軟件的可靠性。

2）可靠性預(yù)計(jì)

設(shè)備整機(jī)由電源、CPU、主板、硬盤(pán)、內(nèi)存、顯示屏、1553B接口卡、無(wú)源底板等8個(gè)模塊組成。各模塊之間沒(méi)有備份關(guān)系，其基本可靠性模型為各模塊的串聯(lián)模型。可靠性框圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀可靠性模型Fig.2 The reliability model of CNIoutfield tester

2.5.2 維修性、測(cè)試性、安全性設(shè)計(jì)

按照標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，各模塊相對(duì)獨(dú)立，布局合理，主要模塊均可方便拆卸以進(jìn)行快速更換，每次維護(hù)時(shí)間小于30 min。

CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的本身具備自檢功能，軟件采用軟件工程化設(shè)計(jì)，所以便于軟件的升級(jí)和維護(hù)。硬件選用了目前已經(jīng)成熟的商用產(chǎn)品：軍用地面加固計(jì)算機(jī)，便于系統(tǒng)的測(cè)試維護(hù)。

CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀在方案設(shè)計(jì)時(shí)，從硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各方面綜合考慮安全性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)避免尖銳的外角，防止使用和維修時(shí)對(duì)人員的傷害。

3 構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及解決措施

3.1 監(jiān)控解析軟件包開(kāi)發(fā)

由于被監(jiān)控的機(jī)載CNI分系統(tǒng)下掛多個(gè)設(shè)備，工作參數(shù)量大、工作模式多，并對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)控、采集、譯碼有實(shí)時(shí)性要求。因此數(shù)據(jù)處理算法復(fù)雜、運(yùn)算量龐大，研制工作難度大。通過(guò)成功開(kāi)發(fā)總線(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控解析軟件包，使CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀能夠?qū)⒋罅髁靠偩€(xiàn)數(shù)據(jù)以文件方式管理，對(duì)于動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可暫存在內(nèi)存中，監(jiān)控結(jié)束時(shí)可根據(jù)需要轉(zhuǎn)貯到硬盤(pán)上，CNI檢驗(yàn)儀提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理及檢索，對(duì)其進(jìn)行查詢(xún)、再分析。

3.2 結(jié)構(gòu)、電磁兼容性設(shè)計(jì)

CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀體形小、結(jié)構(gòu)緊湊，在抗振和電磁兼容方面有較高要求。為解決結(jié)構(gòu)及電磁兼容性問(wèn)題，在進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)采購(gòu)時(shí)考慮采用加固技術(shù)。在機(jī)箱選材上采用高品質(zhì)材料提高產(chǎn)品本身抗惡劣環(huán)境的能力，并在機(jī)箱底盤(pán)加裝隔振防沖裝置。在電磁兼容上采取密封機(jī)箱；各模塊在空間布局上使強(qiáng)信號(hào)電路遠(yuǎn)離弱信號(hào)電路；對(duì)模塊進(jìn)行三防處理等。

3.3 液晶顯示器的低溫工作及加固

在影響液晶顯示器使用環(huán)境的諸多因素中，低溫是關(guān)鍵。由于北方部分地區(qū)外場(chǎng)的低溫工作環(huán)境達(dá)到了-25度以下，普通的商用液晶顯示器不能工作，因此對(duì)液晶顯示器采取了低溫加熱方法，即在液晶顯示器背后加裝加熱裝置，當(dāng)溫度到達(dá)-25度以下時(shí)自動(dòng)加熱升溫，使顯示器在低溫下正常工作。同時(shí)還考慮到顯示器抗沖擊和振動(dòng)，在顯示器背部加裝了隔振防沖裝置。

4 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)備在國(guó)內(nèi)處理領(lǐng)先水平，在國(guó)內(nèi)首次對(duì)CNI分系統(tǒng)總線(xiàn)進(jìn)行大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)CNI分系統(tǒng)總線(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、解析、譯碼、顯示、判別，監(jiān)控響應(yīng)快，精度高。在動(dòng)態(tài)采集大量的總線(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，能夠以文件方式管理數(shù)據(jù)。能夠連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)500小時(shí)以上，一個(gè)工作日內(nèi) （8小時(shí)）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、解析及顯示的數(shù)據(jù)流量能達(dá)60G以上。該項(xiàng)目解決了CNI系統(tǒng)大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)采集監(jiān)控難、故障不易追溯的問(wèn)題，數(shù)據(jù)處理算法復(fù)雜、運(yùn)算量龐大，研制工作難度大，有較大創(chuàng)新。CNI外場(chǎng)檢驗(yàn)儀的研制成功，解決了CNI系統(tǒng)大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)采集難、故障不易追溯的問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

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