某型空空導彈飛行控制組件測試系統設計

張秦

摘 要：PXI是基于PC的一種用于測試、測量與控制應用的一種小型化測試平臺，在空空導彈的生產與測試中，已經得到了廣泛應用。本文介紹一種基于PXI總線的某型空空導彈飛行控制組件的測試系統。高可靠性與自動化的測試流程，極大提高了測試效率與結果的可信度。

關鍵詞：PXI總線；空空導彈；測試系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0057-03

Design of Flight Control Component Test System for a

Certain Type of Missile

Zhang Qin

（China Airborne Missile Academy，Luoyang Henan 471009）

Abstract： PXI is a PC-based miniaturization test platform for test， measurement and control applications. In the production and testing of airborne missiles has been widely used， this paper described a PXI bus based on a type of airborne missile flight control components of the test system. High reliability and automated testing process， greatly improving the test efficiency and the credibility of the results.

Keywords： PXI bus；airborne missile；test system

PXI是PCI在儀器領域的拓展，是與VXI總線并行的一種模塊化儀器總線標準，由PXI系統聯盟于1997年制定，在基于CompactPCI（緊湊型PCI）規(guī)范制定的PCI總線技術，提供了優(yōu)秀的機械整合性[1]。

隨著現代科學技術的發(fā)展與空空導彈研制的需要，如何設計一款具有高集成度與可靠性的自動化測試設備已經變得格外迫切[2]。現代導彈系統，待測信號種類繁多，測試時間緊迫，在要求測試系統可靠的前提下更對自動化、快速化提出了要求[3]。本文詳細介紹了一種基于PXI系統的，針對某型空空導彈飛行控制組件研制的測試系統，實現對飛控組件的性能測試。

1 系統硬件設計

飛控組件測試系統由機柜、測控單元、程控直流電源、衛(wèi)星信號模擬器、配線接口單元、分時測控單元組成。

各單元通過專用線纜連接，安裝在設備機柜中，面板設置電源開關、急停按鈕及狀態(tài)指示燈，有綠色、黃色、紅色三種指示燈。綠色表示設備通電工作，且自檢正常，運行正常；黃色表示設備離線；紅色表示設備自檢故障，測試異常。

飛控組件測試系統實現以下功能：①該系統通過1553B總線接口模擬載機向飛控組件發(fā)送任務，并接收飛控組件發(fā)出的信息，對飛控組件進行429總線通訊測試，對飛控組件進行RS-422總線通訊測試，對飛控組件輸出的LVDS遙測信號進行采集、處理，產生一次性指令輸入信息發(fā)送給飛控組件，并對飛控組件輸出的一次性信息進行接收處理。②該系統向飛控組件輸出+28.5V電源，具有過壓、欠壓、過流保護功能，在電壓或電流出現異常時可自動斷電保護，具有電壓電流存儲功能。③該系統能測量飛控組件靜態(tài)電阻、輸出電壓。④該系統能產生衛(wèi)星模擬場景信號，并將其以射頻的形式輸出給飛控組件。⑤該系統與飛控組件對接，并完成多發(fā)產品與測試系統信號連接的切換。其系統架構框如1所示。

1.1 測控單元

測控單元是測試系統的核心部分，也是實現測試功能的基礎，通過控制各路板卡發(fā)送及接收信號，實現對飛控組件的加溫、準備、發(fā)射時序控制，并監(jiān)視飛控組件的狀態(tài)，同時還對測試數據進行記錄。

測控單元由PXI機箱、PXI控制器、PXI板卡等組成。PXI機箱選用NI PXI 1044，該機箱小巧、堅固，同時具有0～55℃擴展溫度范圍，配備用于同步的低抖動10MHz時鐘，具有通用交流輸入的可拆卸高性能500W電源。PXI控制器選用NI PXI-8119，基于Intel Core i7-3610QE處理器的高性能嵌入式控制器，適用于PXI系統。該控制器具有2.3GHz基頻、3.3GHz（單核Turbo Boost模式）四核處理器和單通道1 600MHz DDR3內存，非常適合用于處理密集型、模塊化儀器和數據采集。PXI數據板卡包括：1553B總線接口板、ARINC429接口板、具有收發(fā)LVDS信號和422信號功能的綜合接口板、一次性指令控制板、萬用表板及電源控制板。

1.2 電源

電源選用TDK-lambda的GENH40-19直流電源，為1U高度上架式的，最大輸出電壓是40V，最大輸出電流是19A，輸出的最大電壓紋波為8mV。可使用RS232口實現對該電源的程控。該電源在測試系統中的主要功能為：第一，提供飛控組件正常工作所需的直流電源；第二，提供飛控組件某些指令所需的參考電壓；第三，實時顯示當前產品供電的電壓值與電流值；

1.3 衛(wèi)星信號模擬器

針對衛(wèi)星信號模擬器的功能及技術指標要求，采用在國防科大研制的GNS8332多星座導航信號模擬器基礎上，進行定制的設計方案。該方案設計中衛(wèi)星信號模擬器主要由仿真控制模塊、數學仿真模塊、信號生成板模塊、信號合成與功率控制模塊、時頻模塊組成，如圖2所示。

該衛(wèi)星模擬器實現1路衛(wèi)星模擬，并實現功率可調，通過射頻開關完成2路信號的分時輸出，每一路通過功分器分為4路信號，最終實現模擬器8路信號的輸出。仿真控制模塊是整個系統的操作控制中心，實現導航信號仿真節(jié)拍控制、參數設置等協同管理，以保證各組成部分之間的協調性和同步性；數學仿真模塊根據仿真參數計算生成BD2-B3頻點的導航衛(wèi)星觀測數據；信號生成模塊包括基帶信號仿真單元和上變頻單元，基帶信號仿真單元根據導航衛(wèi)星觀測數據產生基帶導航信號，上變頻單元負責將基帶導航信號變頻為射頻導航信號；信號合成與功率控制模塊完成頻點射頻信號功率衰減控制，輸出用戶需要獨立可控的兩路導航信號以供完成測試；時頻模塊做為整個系統的時鐘基準。

1.4 接口配線單元

接口配線單元將測控單元的輸出和輸入信號進行調理，并將不同的連接器的接頭統一為航空接插件。接口配線單元可以和分時測控單元配合，實現對多個設備的測試；也可以單獨使用，實現對一個設備的測試[4]。其接口示意圖如圖3所示。

為了保證1553B總線信號的完整性，在接口配線單元中集成了1553B總線耦合器，主總線（A總線）和備份總線（B總線）各配置一個總線耦合器。設備中提供的接插件連接測控單元上的PXI1553卡。1553B總線信號經過內部的總線耦合器連接到接口2航空連接器上，該連接器和分時測控單元或設備端連接。

1.5 分時測控單元

分時測控單元是一款2U高度的上架式信號切換單元，可支持1-to-4的切換模式，支持信號切換、狀態(tài)監(jiān)控等功能，提供RS422接口與主機端通信。該信號切換單元以FPGA作為核心控制器，實現對各種信號的切換控制和狀態(tài)監(jiān)控，其中，支持4路電源信號的切換；總線信號的切換使用繼電器實現，可實現對1553、429、LVDS或422總線信號的切換；IO信號的接口通過光耦隔離，FPGA實現對信號的切換控制和狀態(tài)采集。

其中，TTL脈沖、27V輸入、光耦輸入、光耦輸出、集電極輸出、429總線信號、422總線信號、LVDS信號都是通過FPGA控制進行信號切換的，1553B總線信號是通過信號繼電器來實現切換的。

通過分時測控單元，飛控組件測試系統便可在不更換飛控組件線纜的條件下，依次對最多四枚飛控組件進行測試，極大提高了批量測試的效率與可靠性[5]。

2 軟件設計

飛控組件常溫測試系統運行于Windows7專業(yè)版操作系統上，開發(fā)平臺為Microsoft Visual Studio 2010。為了提高測試軟件的可靠性與穩(wěn)定性，測試軟件采用模塊化設計，按功能分為主程序框架模塊、硬件管理功能模塊、自檢功能模塊、測試功能模塊、校準功能模塊、數據傳輸功能模塊。采用多線程技術進行功能模塊的調度管理，系統時鐘節(jié)拍通過windows下的高精度多媒體時鐘來實現，可精確到1ms。

主程序框架模塊綜合考慮程序效率，采用多線程處理模型，獨立的線程處理硬件管理功能模塊，獨立線程處理自檢功能模塊、測試功能模塊和校準功能模塊，這三個模塊是分時處理的。程序界面在主程序框架中實現，界面簡潔、操作方便。為了安全性，用戶登錄采用密碼控制使用權限。各個模塊的功能如下。

2.1 硬件管理功能模塊

硬件管理功能模塊實現對1553B總線接口板、429接口板、一次性指令接口板、綜合接口板的管理，對主程序框架提供自檢測、收發(fā)數據的功能。每個板卡以動態(tài)鏈接庫的形式向主程序框架提供標準接口。

2.2 自檢功能模塊

飛控組件進行測試前，需對測試系統自身的功能完整性與正確性進行自檢測。自檢原理是利用系統設備自身的自檢功能，及將設備的收發(fā)通道物理連接形成閉環(huán)回路，運行專用的自檢程序來檢測系統硬件的功能。主要包括以下方面：

第一，測控單元自檢。1553B總線接口板具有板內回路自檢測功能，可通過軟件啟動自檢。429接口板、一次性指令接口板、綜合接口板可通過外接自檢電纜將產品自身的收發(fā)通道連接，建立物理回路，再通過軟件對收發(fā)的數據進行比對來完成自檢。

第二，輸入電源自檢。輸入電源自檢主要通過電源控制板對電源的輸出電壓等信息進行采集，以判別電源系統的工作正常性。

2.3 測試功能模塊

測試功能模塊通過加載自動化測試腳本來實現產品的自動化測試，測試人員只需按照提示進行操作就能自動完成測試。

每一個測試過程采用單獨的腳本來加載，通過加載不同的腳本實現不同的測試項目，腳本中設定不同的測試步驟中，需發(fā)送的各類數據，采用XML標準腳本實現，用戶可根據需求實時進行修正，具有很強的可維護性，便于后續(xù)的升級工作[6]。

2.4 校準功能模塊

飛控組件常溫測試系統中的電源控制板用來實現對電源電壓和電流信號進行采集的功能，需要定期進行校準維護。校準功能模塊實現了自動流程，用于輔助技術人員進行系統校準工作。

2.5 數據傳輸功能模塊

在完成產品測試后，可以把測試記錄的數據和設備的狀態(tài)按規(guī)定的格式上傳服務器，以形成報表。

3 結論

飛控組件測試系統采用標準化、模塊化、通用化的設計原則，可模擬某型導彈飛行控制組件的地面測試與掛機狀態(tài)，實現飛控組件在常溫下的自檢、時序控制、對準導航精度等的功能性能測試。其模塊化的設計方式，保證了產品測試結果的可靠性與一致性；同時極大地方便了使用中的設備維護。簡潔的操作界面與自動化功能，提高了操作人員進行測試時的工作效率。

參考文獻：

[1]郭恩全，盧君明.PXI總線體系結構[J].國外電子測量技術，1998（3）：28-30.

[2]黃濤，潘孟春，祖先鋒.基于PXI總線的戰(zhàn)術導彈裝備自動測試系統設計[J].航空兵器，2005（4）：52-57.

[3]閆淑群，黎玉剛，母勇民.基于PXI系統的導彈測試系統設計[J].計算機測量與控制，2011（8）：1925-1929.

[4]彭榮木，崔少輝，陳勝，等.某型導彈測試系統的測試接口結構研究[J].兵工自動化，2008（6）：22-25.

[5]夏銳，肖明清.并行測試技術在自動測試系統中的應用[J].計算機測量與控制，2015（1）：7-11.

[6]畢建國，楊雷，郭來君.基于虛擬儀器技術的飛控組件自動化測試系統[J].航空兵器，2010（4）：54-57.