基于PC104總線的標調瞄檢測系統

田鋒 張鑫 孫蔚 何華鋒 李璐 李震

摘要：根據標調瞄組合的工作原理與作戰應用特點，設計了基于PC104總線的標調瞄檢測系統。該系統采用通用化、標準化、PC104系列測控模塊，實現了小型化設備的微小電流和高精度頻率檢測，以及電壓源激勵下的電壓/頻率變換設備計量。

關鍵詞：PC104總線;標調瞄組合;檢測系統;嵌入式

一、引言

我國測試系統仍存在故障診斷水平低、實用性差、網絡化水平低、通用性差等問題[1]。并且，國產測試儀器有著系統故障率高、可靠性差、結構復雜、體積龐大、測試時間長、需要的測試人員多等不利于快速機動可靠發射的問題[2]。

標調瞄組合是三軸陀螺穩定平臺系統的重要組成，并且是武器系統測試及發射控制設備中的重要設備[3]。若出現故障的標調瞄組合參與武器系統的測試與控制過程，將對武器系統的安全性造成威脅，輕則不能按設計要求完成平臺的調平、瞄準和標定工作，重則導致平臺出現事故，或者導致任務失敗[4]。為此，本文設計了基于PC104總線的標調瞄檢測系統，確保標調瞄組合的可靠工作。

二、工作原理

（一）數字調平控制原理

平臺系統的調平是利用平臺水平方向的陀螺儀和加速度計，即用X陀螺與Z加速度計組合、Z陀螺與X加速度計組合，分別構成兩條自主調平回路，實現調平功能[3]。圖1是數字調平回路（單通道Z軸調平）構成原理方框圖。

為提高調平的快速性，縮短調平時間，在系統控制上采用大、小加矩轉換的方法[5]，即在調平開始時，采用大加矩電流（100mA）施加于陀螺力矩器，使陀螺快速進動，通過穩定回路，驅使平臺以最大的角速度轉動，達到快速調平的目的。當接近水平時，轉換到小力矩的脈寬調制方式，進行精調平，其中的大、小加矩轉換及判斷由中央控制計算機自動完成。多位置調平是通過平臺X、Y、Z三個軸中，任意兩軸組合實現的。在多位置數字調平系統中，平臺不同狀態下調平回路所用加速度計和陀螺之間的對應關系以及控制回路極性變化都是中央控制計算機通過控制軟件自動實現的。

（二）數字鎖定回路控制原理

數字鎖定回路組成原理方框圖見圖2。（Y軸數字鎖定回路）

由飛控計算機系統完成多級旋轉變壓器及RDC轉換數據的粗、精耦合，標調瞄中央控制計算機以串行方式從飛控計算機中讀取粗精耦合后的角度值，并經過數據處理以及PID校正后輸入給數字加矩系統，加矩系統將轉換后的電流加到相應的陀螺力矩器，通過陀螺進動使相應的框架角達到控制要求值，從而達到框架軸的任意位置鎖定功能。為保證鎖定快速性，也采取了大、小加矩轉換的控制方式。

（三）射前自標定原理

射前自標定是通過標調瞄組合在武器系統發射前對平臺坐標系進行六位置自動翻轉，然后在各相應位置使平臺兩水平軸調平，垂直軸鎖定，調平、鎖定好后，轉入測漂狀態對陀螺的各有關參數進行測試標定。六個位置狀態如下：

Y軸向上鎖定，X、Z軸水平;

Y軸向下鎖定，X、Z軸水平;

X軸向上鎖定，Y、Z軸水平;

Z軸向上鎖定，X、Y軸水平;

Z軸向下鎖定，X、Y軸水平;

X軸向下鎖定，Z、Y軸水平。

（四）目標方位對準控制原理

目標方位對準是在Y軸向上處于鎖定狀態，X、Z軸調平。由測發控計算機向標調瞄組合發出瞄準命令，然后標調瞄組合通過串行數據通信口讀取地面瞄準儀發送的瞄準數據，標調瞄組合經過數據換算，通過Y軸鎖定回路將平臺棱鏡法線鎖定到目標方位射面上，完成武器系統目標方位瞄準。

三、總體方案設計

（一）慣性平臺系統運動模型

從外特性上講，標調瞄組合檢定裝置應設計相應電路，完成三路平臺電子積分器的輸出模擬和三路陀螺力矩電機負載模擬。三路平臺電子積分器的信號（X、Y、Z三個獨立通道）為模擬電壓量，角度的大小與電壓值的絕對值呈線性關系。

三路陀螺力矩電機模擬（X、Y、Z三個獨立通道）為電阻負載，模擬陀螺力矩電機的阻抗，接受標調瞄組合輸出的粗、精兩種恒流源激勵，驅動平臺框架轉動相應的角度。

從內特性上講，標調瞄組合檢定裝置內部建立平臺框架角運動的輸入、輸出模型，首先隨機建立一個框架角初始狀態，然后在標調瞄組合的激勵下模擬完成三軸平臺框架的角度運動。該運動實時產生相應的三路加速度計信號模擬輸出，并將該信息輸出給飛控機模型。

（二）飛控機模型

標調瞄組合檢定裝置內部建立飛控機系統模型，該模型接收平臺系統模型輸出的加速度信號，并以RS422串口通信的形式將該信號反饋給標調瞄組合，配合完成標調瞄組合的鎖定控制功能。

（三）瞄準系統模型

標調瞄組合檢定裝置內部建立瞄準系統模型，該模型產生尋北、方位瞄準等控制信號，并以RS422串口通信的形式反饋給標調瞄組合，控制和配合標調瞄組合完成平臺系統的瞄準功能。

（四）測發控系統控制模型

標調瞄組合檢定裝置內部建立測發控控制模型，該模型完成對標調瞄組合的指令輸入，控制標調瞄組合完成平臺的標定、調平和瞄準等功能。

系統的硬件原理結構框圖如圖3所示。

四、原理設計

標調瞄組合檢定裝置硬件上包括主機、可充電電源、打印機、配套電纜和相關附件等組成。

（一）標調瞄組合檢定裝置組成

主機為一套嵌入式計算機系統，內部采用PC104堆棧式結構，堆棧式模塊包括PC104計算機主板、模擬采樣與輸出板、繼電器板1、I/O頻率模塊、繼電器板2、通信模塊和電源模塊等[6]?？沙潆婋娫磧炔坑锌沙潆婋姵亟M和電量管理電路組成，可是外接配套的充電器進行充電，在電量滿足要求時連接W3電纜實現對主機的供電。圖4為標調瞄組合檢驗裝置的工作原理圖。

（二）工作模式

標調瞄組合檢定裝置的工作模式包括自檢測模式、測試診斷模式和計量模擬三種。

1.自檢測模式

在該模式下，標調瞄組合檢定裝置通過繼電器矩陣實現模擬輸入與輸出自閉路、I/O自閉路、通訊自閉路等，完成自身功能的自檢測。

在自檢測過程中的各種信號可通過吉時利數字多用表進行高精度測量，并與標調瞄組合檢定裝置的自檢測數據比對，從而方便地實現了標調瞄的計量。

2.測試診斷模式

在該模式下，標調瞄組合檢定裝置完成以下功能：通過高精度電阻來模擬平臺系統的X、Y、Z三個通道的力矩電機線圈;通過采樣電路測量標調瞄組合輸出的3路100mA和10mA恒流源;通過采樣電路測量標調瞄組合輸出的3路起飛繼電器信號;通過輸出電路給標調瞄組合的平臺電子積分器線路輸出模擬電壓信號;通過I/O電路檢測標調瞄組合輸出的狀態信號（標定好、XZ調平好、鎖定好、對準好）;通過RS422通信分別模擬飛控機、測發控主機和瞄準系統與標調瞄組合進行通訊。

3.計量模式

在該模式下，標調瞄組合檢定裝置可自動打印出計量報告。標調瞄組合需要計量要求包括恒流源穩定性和V/F變換器穩定性。

恒流源穩定性計量的原理為標調瞄組合檢定裝置通過數字多用表連續測試X、Y、Z加矩電流，要求每次電流漂移不大于預設值。

V/F變換器穩定性計量的原理為標調瞄組合檢定裝置通過D/A通道輸出標準電壓，然后通過數字多用表連續測量X、Y、Z壓頻轉換電路的輸出頻率，要求每次輸出頻率漂移不大于預設值。

（三）軟件設計

基于windows操作系統，采用模塊化軟件結構包括：系統任務調度主模塊、計量任務模塊、數據庫模塊，計量報表及打印模塊，串口通信模塊，語音提示模塊等，具有以下功能：自動進行標調瞄組合狀態判定;自動進行標調瞄組合檢定，如有不合格項，可手動對該項進行抽測;自動將檢定數據備份至數據庫，可實時查詢，歷史數據比較等功能;自動生成原始記錄和檢定證書;語音提示功能，提醒用戶正在進行的工作狀態。

五、結束語

本文提出的標調瞄檢測系統能夠在不改變被測對象標調瞄組合的前提條件下，通過選擇標調瞄組合在不同調平鎖定工作模式下的特征點，分析特征點工作狀態時硬件工作邏輯，等效覆蓋檢測標調瞄組合的硬件單元。采用通用化、標準化、PC104系列測控模塊，實現了小型化的微小電流和高精度頻率檢測。通過對標調瞄組合的電壓/頻率變換輸入電壓和輸出頻率的分別測量，實現了電壓源激勵下的電壓/頻率變換設備計量。

作者單位：田鋒? ? 96963部隊

張鑫? ? 火箭軍工程大學

孫蔚? ? 96963部隊

何華鋒? ? 火箭軍工程大學

李璐? ? 96963部隊

李震? ? 火箭軍工程大學

參? 考? 文? 獻

[1]劉成亮，范惠林，張源原.基于PC104的某型導彈發射裝置測試系統的設計與實現[J].測試技術學報，2012，26（03）：195-199.

[2]劉祥水，宋中建，湯郡郡.某型交換組件自動檢測設備的設計與實現[J].航空維修與工程，2019（04）：75-77.

[3]何華鋒，王彬，張曉雨，等.某型導彈標調瞄組合智能故障檢測系統設計[J].電光與控制，2016，23（06）：77-79+89.

[4]黃家彬，訾向勇，李愛華.基于PC/104的設備自動化測試儀設計[J].國外電子測量技術，2006（05）：46-50.

[5]韓雷，蘇廣川，肖元嬌.基于PC/104的目標特性測試系統的設計與實現[J].工業控制計算機，2005（02）：10-11+28.

[6]劉劍鋒，牟麗君，楊利斌，等.某型導彈發控信號檢測系統的設計[J].計算機測量與控制，2007（08）：1036-1038+1041.