基于Labwindows的輕武器終點殺傷效應測試平臺

劉乃強 王舒 王浩圣 侯雁偉 鄧均

【摘要】評估殺傷元對目標的殺傷效應對指導輕武器系統設計有著重要的意義。為了實現對輕武器終點殺傷效應的測試和科學評估，設計了基于Labwindows的一體化測試平臺。該平臺是輕武器終點殺傷效應的綜合測試系統，系統結合了TestStand測試序列和Access技術，包括殺傷元射速、殺傷能力參數測量與分析、殺傷效應評估和測試誤差評價等模塊。實際應用情況表明，該測試系統滿足輕武器殺傷效應測試需求，能夠對輕武器殺傷效應進行科學的綜合評估。

【關鍵詞】殺傷效應;Labwindows;一體化測試平臺

Abstract：Assessment of the target damage effect of the ammunition makes a great significance on light weapon system design.In order to achieve the scientific assessment of end of killing effect of light weapons，the integrated testing platform was designed based on Labwindows.The platform is a comprehensive test system，the system combines the TestStand test sequence and Access Technology.The testing system includes module for the measurement and analysis of firing rate of damaging units and damage ability parameters，and module for the assessment of the killing effect and testing error.The actual application shows that the testing system meets the testing requirements of the End Killing effect of the Light weapons.And，it can offer scientific assessment of the killing effect for the Light weapons.

Keywords：killing effect;Labwindow;integrated testing platform

引言

殺傷元的殺傷效應是影響輕武器系統的火力打擊能力的主要因素，對殺傷效應的可靠評估是指導殺傷元設計和輕武器研制的重要依據[1]。目前，我國對輕武器終點殺傷效應的測試還停留在使用分散的測試儀器獨立完成不同測試任務的階段，不利于殺傷效應的科學評估。為了集中測試資源，提高測試能力，設計和研制了輕武器終點殺傷效應的一體化測試平臺。該測試平臺采用基于PXIe總線的硬件系統，同時利用TestStand測試序列和Access技術設計了基于Labwindows的軟件系統。為了可靠的對輕武器殺傷效應進行科學的評估，設計了埋設有壓力、力值、加速度等傳感器的仿人體靶標，通過該仿人體靶標并借助一體化測試平臺可以實現對輕武器殺傷效應進行可靠的分析和科學的評估。

1.測試系統總體結構

1.1 基本架構及組成

輕武器終點殺傷效應測試系統主要由彈丸與破片發射單元、仿人體靶標單元、測速單元與數據采集單元等四個子系統組成。測速單元接收到殺傷元通過進出測速靶的信號，通過計算兩個信號上升沿之間時間差的方式得到殺傷元的入射速度。仿人體靶標單元用于殺傷元擊中靶標時，產生壓力、加速度、力值等的測試信號，這些測試信號通過電荷放大器傳輸到數據采集單元[2]。數據采集單元將經過放大后的測試信號采集存儲在硬件系統中，由軟件系統對采集到的測試信號進行分析和評估。完整輕武器終點殺傷效應測試系統框圖如圖1所示。

1.2 測試通道設定及傳感器布局

在整個測試系統中，仿人體靶標是獲取殺傷元終點殺傷效應的重要單元，為了可靠和科學的評估殺傷元對人體產生的殺傷效應，依據殺傷物理量在人體組織器官的分布特點，需要對各個傳感器進行合理的布局。各類傳感器數量和分布的確定以能夠反映受彈部位殺傷物理量為原則，傳感器量程和精度依據實驗測試數據和文獻資料確定。

在頭頸部，防彈頭盔對顱腦的撞擊和擠壓可造成顱骨骨折變形。撞擊壓力在腦組織中的傳播，顱內物相對于顱骨運動的加速度可導致腦實質損傷，投射物撞擊頭盔的沖擊力對頸椎產生牽扯[3]。因此，分別采用4個壓力傳感器測量腦組織中壓力變化，采用加速度傳感器測量顱骨加速度值，采用6軸頸椎傳感器測量各方向的力值。在胸腹部，防彈衣對胸壁的撞擊擠壓可造成肌肉軟組織挫傷、肋骨骨折，壓力波在胸腔中的傳播可導致心臟、肺臟、肝臟、胃等主要臟器出血破裂，胸壁快速變形、胸腔運動產生的加速度可造成胸骨、脊柱挫傷。因此，對于胸腹部殺傷物理量，采用6個大變形纖維感器，以密集的點陣感應受彈面局部的受力分布。采用壓力傳感器測量心臟、肺臟、肝臟、胃和胸骨下壓力變化。采用加速度傳感器測量胸骨、脊柱加速度值[4]。

圖1 輕武器終點殺傷效應測試系統框圖

2.測試系統的軟件設計

在仿人體靶標上埋設有多個不同類型的傳感器，每個傳感器的數據都需要有一個采集通道相對應，因此，本測試系統驅動的數據采集通道數量較多，功能模塊復雜。為了有效的配合硬件系統的工作，軟件系統的設計原則應是標準化和模塊化。軟件系統的開發環境選用以ANSI C為核心的Labwindows/CVI 2013開發平臺，將C語言的模塊化優勢與面向測試儀器的編程工具相結合，并支持ODBC數據源調用，加入多線程技術及測試序列管理軟件TestStand。實際應用情況表明，軟件系統能夠有效的實現測試配置及數據采集和分析等功能，能夠滿足智能化測試的需求。

圖2 軟件系統模塊框圖

圖3 軟件系統的主界面

2.1 軟件系統結構

軟件系統依托C語言的模塊化設計思路編寫，每個功能由獨立的軟件模塊實現。測試軟件主要由用戶界面、板卡驅動、數據庫讀寫、數據顯示與處理與波形回放5個部分組成，軟件系統的功能結構圖如圖2所示。

圖2中用戶界面部分主要依靠UI界面引導用戶設置或開始采集。INI配置文件與XML文檔讀寫測試描述用來保存上一次采集配置，方便今后操作。數據庫操作用來讀寫通道信息與背板配置并保存采集結果。軟件系統的主界面由圖3所示。

2.2 軟件系統的關鍵技術

2.2.1 數據庫技術

由于殺傷效應測試所需要的數據采集通道較多，且在后期試驗工作中需要改變接線位置或者直接更換傳感器，這就需要在軟件中更改通道設置或傳感器靈敏度系數。為了簡化在實際應用中，對軟件的操作流程，針對上述需求軟件系統采用了SQL toolkit組件。其應用部分包括更改背板接線設置、測速靶型號、傳感器參數設置、傳感器類型選擇以及查看測速結果與測試序號等。以所使用的Access數據庫讀寫各類傳感器列表為例，介紹其在軟件系統中的作用方式。數據庫對應表格信息如圖4所示。

圖4 數據庫傳感器列表

在軟件系統的測試配置模塊中，軟件通過ODBC數據源能夠自動讀取相應的Access數據庫中的內容并填充到軟件系統的測試通道列表中。如圖5所示在配置菜單中系統可以自動讀取數據庫中已有傳感器條目，也可以在軟件中更改傳感器參數以保存到數據庫對應項中。這樣就可實現在不面向程序代碼的情況下通過第三方數據庫實現對測試配置的更改及保存，提高系統靈活性與安全性。

圖5 測試通道配置界面

2.2.2 Teststand測試序列技術

NI公司的Teststand是一款可以立即執行的測試管理軟件，其可依靠生成的測試序列文件，在應用中按著實際需要重新部署整個軟件系統的各種測試參數[5]。而在傳統的測試系統中，當程序被發布或者封裝后并不能根據實際的需求進行更改。

依托TestStand測試管理軟件，只需在代碼中保留用戶界面相關函數、TestStand引擎相關函數和測試序列文件讀寫函數。這種軟件管理方式可以減小軟件系統的代碼體積及出錯概率[6]。在完成對測試序列文件的編輯后，測試序列文件讀寫函數會自動按照文件設定的流程運行。當需要更改測試流程或按步進行測試調試時只需通過對軟件系統中的SEQ文件進行修改即可實現。

3.測試系統的實際應用

輕武器終點殺傷效應測試系統已經應用于殺傷效應的測試和評估。在實際應用中，殺傷元通過彈道槍發射，殺傷元的入射速度由測速靶測量，殺傷效應由仿人體靶標測量和評估。軟件系統對仿人體靶標輸出的測量信號以2MHz的頻率進行采集，總采樣時間為0.5s。根據測速靶的入靶和出靶之間的距離0.937m和殺傷元通過兩個測速靶之間的時間間隔計算殺傷元的入射速度。圖6所示為測試系統采集得到的測速靶信號和仿人體靶標中的2個加速度傳感器獲得的測試信號。

圖6 測試波形數據曲線

4.結論

為了實現對輕武器終點殺傷效應的測試和科學評估，設計了基于Labwindows的一體化測試平臺。該平臺是輕武器終點殺傷效應的綜合測試系統，系統結合了TestStand測試序列和Access技術，包括殺傷元射速、殺傷能力參數測量與分析、殺傷效應評估和測試誤差評價等模塊。借助仿人體靶標中埋設的各種類型的傳感器能夠科學的獲取殺傷元對人體組織的殺傷效應。為了實現對輕武器終點殺傷效應的測試系統的有效控制和管理，簡化軟件的操作步驟，軟件系統中融入了數據庫技術和Teststand測試序列技術，同時，也進一步的增強了軟件的靈活性與安全性。輕武器終點殺傷效應測試系統已經應用于殺傷效應的測試和評估。實際應用情況表明，該測試系統滿足輕武器殺傷效應測試需求，能夠對輕武器殺傷效應進行科學的綜合評估。

參考文獻

[1]宋斌，方葛豐，劉毅.自動測試系統軟件平臺TestCenter體系結構設計與分析[J].測控技術，2013，08：115-118.

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[3]張波，陳巖申，張桂芝.外軍電子自動測試系統及其相關技術的應用與發展情況研究[J].計算機自動測量與控制，2002，10（1）：1-4.

[4]竇穎艷.基于LabWindows/CVI和MATLAB的數據采集與控制系統[D].湖南工業大學，2009.

[5]劉金寧.自動測試系統軟件模型與關鍵實現技術研究[D].石家莊：軍械工程學院，2007.

[6]黃繼祥，陳東用.兩種智能診斷技術分析與比較[J].福建電腦，2007（4）：65-66.

資助項目：國防基礎科研計劃資助（項目編號：A1020120001）。

作者簡介：劉乃強（1990—），男，碩士研究生，主要研究方向：裝備試驗測試與系統。