分層次實現BIT的發射控制裝備的實現

趙光亮 舒鵬 許智勇 陸文佳

(1.上海航天電子技術研究所,上海 201109;2.陸軍南京軍代局駐上海地區軍代室,上海 201109)

0 引言

武器裝備及保障系統,從系統工程的角度出發,目前正在實現從重視單一“性能”向重視“綜合效能”轉變,這就要求武器裝備在研制初期,系統任務的功能/性能設計同時應充分開展測試性設計[1]。BIT是指系統主裝備不用外部測試設備就能完成對系統、分系統或設備的功能檢查、故障診斷與隔離以及性能測試。BIT技術是改善系統或設備測試性的重要手段,可為系統提供在線監控和原位檢測能力[2]。

某型發射控制裝備是武器系統在靶場使用的重要保障裝備(系統構成如圖1)。使用時,操作人員通過控制組合選擇手動或自動模式,給外接的“A產品或模擬器”“B發射輔助機構”等加電,監測各部分加電后的各信號,與“C基地測控網”交互,進入正確的發射控制流程,

最終安全可靠地完成發射任務。裝備應用于武器產品批產交付,工作場景是準備發射“箭在弦上”的場景,如果出現故障需要及時檢測并排除,盡量不影響整個產品交付;發射任務執行過程中,需要能夠簡化發射場操作,降低發射保障隊伍人員的要求。為此發射控制裝備在設計完成正常功能的同時,設計了用于自身測試的硬件和軟件,從而保證了具備很好的自測能力,可以及時、快速地檢測和隔離故障提高任務的可靠性和安全性[3]。

1 基本發射控制功能的設計實現

圖1所示,發控裝備組成部分中,以控制組合為核心完成發射控制的功能實現。設計控制組合的數據流圖如圖2所示。

包括DSP、繼電器、數字量隔離處理功能、模擬量處理功能等各模塊。物理實現上將以DSP電路為中心,完成發射控制的時序控制及數字量隔離處理等功能設計在功能板卡1上,圖2中用實線框表示;將相應命令的繼電器,及模擬量調理處理等功能集成設計在功能板卡2上,圖2中用虛線框表示。采用專用背板完成功能板1及功能板2之間的連接關系,具有更好地可靠性,同時背板提供插拔板卡1,功能板2的結構支撐,方便功能板1,功能板2將作為現場可更換的單元(LRU),出現故障時,可以直接替換相應的備份板卡。

圖2 控制組合的數據流圖Fig.2 Schematic Diagram of Control Case

執行正常發射功能時,對應為圖2中的工作模式。控制流程執行情況如圖3所示。

圖3 控制流程的軟件流程圖Fig.3 Diagram of Control program

產品加電后,由產品或其模擬器 (圖1中A)返回的Ua1,來自基地測控網(圖1中C)的Uc1,表示外部某特征事件發生,作為進入發射流程的啟動信號。后續在開鎖窗口T1時間內,只有Ua1經特征提取分析判斷為有效時,發射控制裝備才會給出開鎖命令,在發射窗口T2時間內等待Ua1信號有效,且開鎖命令的繼電器動作完成后,才能正常給出發射指令。當發射命令輸出后,產品由發射輔助機構(圖1中B)返回信號Ub1、Ub2、Ub3,他們分別表示產品在發射動作后至離架前,產品上各環節工作準備情況。當Ub4有效時,表示發射后產品離架,此時輸出時統信號至靶場測控網絡等,完成全部發射控制流程。當發射窗口T2時間內都未得到Ub4有效,采集判斷發射命令執行的繼電器動作是否正常,如果發射繼電器已工作,則進入異常恢復流程,完成后退出發射流程,若此發射命令后繼電器動作不正常,則直接退出流程。

2 組合級BIT的設計實現

如圖2所示,同時設計了BIT模式下的測試環路,專門由DSP采用一組獨立的數字量輸出口(DO),代替外部的武器系統組成的A、B、C各個環節提供激勵信號,與流程控制的數字量輸入口(DI)構成測試環路。

當設置操作面板,進入BIT自測模式時,自身利用模擬輸出各類交互信號后,不依賴外部的連接關系,就能方便地檢驗是否按預設流程正常運行,并且命令是否能正確DSP的IO管腳給出,即得到功能板卡1時序控制功能是否正常的結論。

由圖3軟件流程圖中虛線判斷框處反映出,發射流程程序設計將開鎖繼電器、發射繼電器、時統繼電器的動作結果判斷,參與到流程中,從而保證了只有正確執行DSP輸出的指令正確執行后,發射流程才會繼續進行下去,不會忽視掉命令輸出后,執行環節可能發生的錯誤,當發射流程正常結束時,證明功能板卡2上繼電器切換正常。

圖4以開鎖指令為例,介紹了回采電路的實現。功能板卡2上的繼電器(K3)接收到DSP的一處IO管腳的命令輸出,同時功能板1上的回采電路將命令的最終執行結果回采至功能板卡1上DSP另一處IO作為輸入。如果給出開鎖命令后,時序控制未正確執行,分析上述流程圖及原理圖,可知按MODE_KS的不同狀態,將直接定位至繼電器K4與K3。類似的,其他輸出的發射等命令,也設計了相應的處理電路和邏輯,保證了獲得繼電器的動作后的實際結果,并據此結果分別處理,保證流程萬無一失。

圖4 開鎖指令硬件回采電路Fig.4 Schematic of KS Execution Sample

總之,通過所述的基于控制組合內2塊功能板卡的自測環路及回采電路,當在BIT模式下,將不需要外接A產品/模擬器、B發射輔助機構、C基地測控網等環節,運行發射控制程序時,程序能夠正常結束,則表明功能板1,功能板2均正常工作。避免自檢控制組合板卡時,操作過程中設計系統更多環節及各種電纜的收放、連接等。簡便地自檢測試完成的基礎上,基本確認了功能板卡1、功能板卡2的正常工作。

3 系統級的BIT設計

在自檢測試覆蓋范圍更大時,設計采用導彈模擬器。避免真實導彈使用時的能源準備,射手準備等復雜過程。模擬器的電氣接插件及各節點的電氣特性應與導彈一致。模擬器面板上設計提供控制開關按鍵切換Ua1是否有效,控制開關模擬開鎖KS/未開鎖狀態切換;模擬器設計了由發射輔助機構返回的Ub1-Ub3等信號的指示燈顯示。可以與發射輔助機構配合,觸發測試條件覆蓋圖3發射控制流程中的各個分支,全面檢測發控設備的各項功能。模擬器設計了經由電源長電纜而來的各種供電電源顯示電路。可以監測供電回路電壓工作情況,電纜連接情況。

連接模擬器、接口適配盒進一步確認全系統中,信號傳輸通道的正確性,發射控制流程的全面性,數據采集通道標定,測錄組合軟件記錄功能確認。完成對接導彈前最全面的自檢測試。

4 結語

某導彈發射控制裝備已經投入使用,實際使用效果分析表明,采用BIT設計技術實現了較為系統全面的自測能力,裝備在自檢測試中,測試環節由簡到繁,遞次增加規模,覆蓋性逐漸由單個模塊功能確認逐漸上升到系統全部組成的功能確認。達到了簡化發射場操作,降低發射保障隊伍人員的要求的目的,便于及時排故。開展BIT測試性關鍵技術在武器領域上的深入研究工作,必將為未來產品的健康和可持續發展奠定堅實基礎。后續可根據使用實際,識別好易損件,進一步生成知識庫,提供故障診斷支持,進一步減輕維護保障的壓力。