基于虛擬儀器技術的某飛控組件綜合性能測試系統研究

李曉峰，李璐瓊，程遠方，孫 萍

（國營洛陽丹城無線電廠，河南 洛陽 471000）

飛控組件作為空空導彈的控制核心，從導彈上電起，飛控組件負責全彈工作時序的調度，承擔導彈自檢、綜合信息處理、自動駕駛、攔截導航、引爆計算、數據交互等重要角色。飛控組件的性能直接影響空空導彈的制導控制和作戰效果。因此本文設計的某飛控組件綜合性能測試系統在保證自身工作良好的前提下，全面、可靠地完成該型飛控組件的功能測試、性能測試。

1 測試系統功能分析

從導彈上電起，導彈飛控組件進入導彈掛飛階段工作狀態，進行飛控自檢，接收解算載機下發的飛行任務，導引頭等艙段的自檢信息，并向載機反饋導彈掛飛狀態；飛控組件在接收載機發射指令后將向載機反饋檢測到的舵機自檢、電池電壓合格等信號，進行電氣分離，進入導彈自主飛行階段；進入導彈自主飛行階段后，飛控組件根據飛行任務控制導彈飛向目標，飛行過程中協助導引頭截獲目標，控制舵機調整飛行姿態，當自主飛行一定時間或者發現目標后向戰斗部發出引爆指令。為模擬飛控組件正常工作狀態，飛控組件綜合性能測試系統（以下簡稱測試系統）涵蓋該型飛控組件所需的測試資源和必需的時序控制功能，滿足該飛控組件測試功能。

2 測試系統硬件設計

在測試軟件和系統硬件配合下，測試系統實時監測、采集被測產品的輸出響應，模擬導引頭、舵機等艙段與飛控組件進行信息實時交互，依據特定時序切換注入加速度計、陀螺等信號激勵，形成飛控組件必需的測試環境閉環，完成飛控組件的性能測試，通過特定解析算法完成關鍵參數的合格判定。

測試系統的硬件部分滿足電氣通路自檢、通信功能自檢、板卡資源識別等功能需求，在完成測試系統自檢后形成判斷依據和標準，完成對測試系統自身可靠性的測試，保證對產品測試功能的完善；為滿足測試系統自身測量的準確性，需對測試系統分別進行電源系統校準和電氣系統校準；其中電源系統校準主要校準輸出電壓和輸出電壓的負載能力，電氣系統校準主要檢測電氣系統對各種信號的檢測能力和電氣系統輸出信號的指標是否滿足要求。這兩項校準過程均可在測試系統校準測試時獨立、自動進行。

依據飛控組件的測試原理和測試流程，完成測試資源梳理，該測試系統基于虛擬儀器技術，采用模塊化設計思想，主要由PXI 系統、信號處理單元、供電單元、測試電纜等組成，其總體組成如圖1 所示。

圖1 測試系統總體組成框圖

測試系統的PXI 系統是整個控制系統的中樞和核心，主要由PXI 機箱、PXI 控制器、429 通信卡、多功能卡、矩陣切換卡、RS422 通信卡等組成。其中429 通信卡主要用來實現模擬載機飛行任務下發和導引頭信息交互；多功能卡主要完成AD 采集和DA 輸出功能，保證飛控組件自主飛行階段測試時所需的模擬加速度計的電流注入；矩陣切換卡與信號處理單元共同完成被測產品供電控制和電氣分離等激勵信號切換相關功能；RS422 通信卡主要用來模擬舵機、引信與被測產品之間的信息交互，完成測試系統其他組件的程控功能。信號調理單元是測試系統與被測飛控組件的橋梁，其主要功能是完成設備與產品之間的電氣隔離、阻抗匹配及電平轉換，完成設備內部各單元之間的電氣通路，提供設備和產品的供電需求，模擬相關的激勵信號，建立檢測模塊和被測數據信號之間的傳輸通道，通過軟件的協調控制，從而保證測試流程的順利進行。供電單元主要包括設備供電單元和產品供電單元，包括±27 V、±20 V、±12 V、±5 V 八路電路。測試電纜用來保證測試系統內部連接和產品的可靠連接，保證測試過程中的可靠性。

3 測試系統軟件設計

在飛控組件的測試原理和測試流程的基礎上，飛控組件通過測試系統軟件配合系統硬件模擬載機、導引頭、舵機等外部環境，按照特定的需求手動或者自動完成被測產品測試，其中整個測試流程由測試系統軟件有效、有序控制，測試系統軟件功能圖如圖2 所示。

圖2 測試系統軟件功能組成框圖

測試系統軟件設計的整體思路要按照“三化”的指導思想，為滿足良好的人機交互要求，滿足軟件的繼承性和擴展性，采用軟件平臺加專用測試程序的模式實現。測試系統采用Windows7 32 位專業版操作系統作為各單元測控軟件的運行平臺，選擇VS2010 開發工具采用C#語言進行開發，并在測試進程控制、系統配置、選項以及中斷指令輸入，交互式、多層次引導測試人員進入特定的測試模式。

3.1 軟件設計原則

測試系統軟件結合測試系統特點、任務要求、技術指標等因素，在軟件設計上采用任務線程結構，以確保時標要求嚴格的線程具有較高的級別，以獲取優先的處理；根據測試的控制要求、時序和通信，在線、離線控制和數據分析計算任務的多樣性，進程采用消息、事件驅動機制，通過實時通信使進程達到同步、協調和有序；為保證操作人員能有效地獲取測試信息，提供操作方便、功能齊全的人機界面，以菜單、窗口、對話框、控制構件實現用戶的數據瀏覽、輸入、修改、進程控制、系統配置、選項以及中斷指令輸入，交互式、多層次地引導用戶進入特定的工作模式；并且把控制和測量過程以虛擬儀表的方式動態、連續地顯示出來，使得用戶可以直觀地觀察和操作設備，從而完成預定的研究和試驗任務。

3.2 軟件結構設計

由于測試系統依據測試原理及被測產品的測試資源需求，基于虛擬儀器技術選擇多種機載總線和測試總線，需要操作種類繁多的板卡，為了保證可靠性，提高控制效率，測試軟件采用分層次的模塊化設計，開發時采用面向對象的方式，操作上有一致性的功能模塊，通過封裝形成可復用的功能對象，各功能對象通過軟件協議完成信息交互。而軟件系統從結構上劃分為3大層次，即應用層、功能層和驅動層。應用層按照測試原理、測試流程完成便于操作的交互接口開發，配合用戶完成產品測試；功能層主要負責完成測試流程控制、測試資源調用，總線數據、測試數據的存儲和分析等；驅動層負責對設備的硬件和板卡進行操作，完成信號采集、激勵和數據的收發，向上層提供一種透明的傳輸通道。

測試系統軟件結構設計如圖3 所示。

圖3 測試系統軟件結構設計圖

3.3 軟件功能設計

測試系統軟件在保證實時性、可靠性和安全性的前提下，用動態配置和使用硬件資源真實地反映測試過程中系統資源的運行狀態，測試系統軟件主要包括設備自檢/校準程序、產品測試程序、事后分析程序。

設備自檢程序用于設備自身通道、總線通道測試，便于設備保證自身的可靠性和良好的工作性能。設備校準程序用來保證、確定設備自身的測量性能和準確性，保證測量誤差在要求合格范圍內。

產品測試程序主要用于組件飛控測試狀態的設置、測試流程的管理、產品加電及控制過程、422 信息的交互、監控電源狀態和產品工作狀態的采集，顯示和記錄測試進程和數據，結合產品測試流程，分時分階段控制設備，切換飛控組件測試所需的電源資源、總線信號、激勵信號等，完成飛控組件工作階段的轉換，在飛控組件測試過程中測試程序，實時顯示產品的重要指標數值，存儲飛控組件的響應數據，并能夠確保數據記錄的可靠準確、提供關鍵數據的實時顯示、安排更多的圖形顯示空間，以便測試人員能夠觀察數據的實時變化趨勢，測試流程圖如圖4 所示。

圖4 測試系統軟件測試流程圖

事后分析程序主要用于產品測試后的結果分析，能夠方便地調用當前和歷史試驗數據，提供數據解碼功能，提供數據動態回放功能。進行數據分析時，程序提供強大的數據顯示能力，可以提供多樣的數據顯示方式，包括圖像回放、單曲線顯示、多曲線獨立顯示、多曲線同時顯示等。

4 結束語

本文設計的某飛控組件綜合性能測試系統基于虛擬儀器技術，采用模塊化設計思想，完成該測試系統研制，如圖5 所示，已經應用于某型空空導彈飛控組件測試，實際應用效果良好，并具備一定的可擴展性。

圖5 測試系統實物圖