壓制武器火控系統通用檢測系統架構設計

朱松柏,劉奇弦,陳洪超,王長城,魏正兵

(1.南京理工大學 機械工程學院， 南京 210094； 2.中國兵器裝備集團自動化研究所有限公司， 四川 綿陽 621000； 3.陸軍裝備部駐重慶地區軍事代表局駐廣元地區軍事代表室， 四川 廣元 628000)

1 引言

以榴彈炮、迫擊炮、火箭炮等為代表的壓制武器是陸軍主要作戰裝備之一，而其火控系統作為主要配套系統，其性能直接影響射擊精度，很大程度上決定了裝備作戰效能。因此，火控系統的質量要求極高，對火控系統的檢驗、測試是生產過程中的重要環節。現階段對壓制武器裝備的火控系統進行系統裝調的主要方法還是采用專用的配套調試檢測工裝進行檢測，存在通用性差的問題，每套工裝只能用于特定型號火控系統的檢測，可拓展性差，無法滿足多樣化的檢測需求。

故針對當前壓制武器火控系統檢測方法通用性差的問題，設計一種通用檢測裝備，采用分布式、模塊化的可重構通用架構設計，可以柔性重組拓展、滿足不同火炮火控系統的調試檢測需求。

2 系統組成與工作原理

通用檢測系統的組成結構如圖1所示，包括1個火控系統綜合調試檢測平臺和6個調試檢測單元，其中火控系統綜合調試檢測平臺用于火控系統的調試和檢測，6個調試檢測單元用于單體/子系統的調試和檢測。6個調試檢測單元包括：炮長任務終端調試檢測單元、綜合處理單元調試檢測單元、總線數據適配器調試檢測單元、高低方位傳信儀調試檢測單元、瞄準手操控臺調試檢測單元、通信系統調試檢測單元。7個設備間通過以太網和CAN總線實現互聯互通，形成一個有機整體。

圖1 系統組成結構框圖Fig.1 System composition

3 系統功能

通用檢測系統主要有以下功能：

1) 具備火控系統集成裝調測試功能，系統用于火控系統的集成安裝調試測試，并提供相應單體所需的電源，實現系統各單體的互連、互通。同時監測并存儲、分析各單體工作時的各類數據信息。

2) 具備調炮精度測試功能，系統用于火控系統中的各單體產品的安裝和調試檢測，以及對隨動系統的自動調炮精度和自動復瞄精度進行檢測。

3) 具備通信系統測試功能，系統用于火控系統中通信系統的無線/有線數話通信檢測。

4) 具備系統綜合性能測試功能，系統用于火控系統性能和在批量生產過程中的檢驗與驗收、試驗工序中的調試檢測。

5) 具備火控系統狀態信息和故障信息模擬功能，具備火控系統故障診斷功能，能以調試過程中的故障現象為引導，根據故障現象和故障設備，完成故障診斷及定位、并指導調試。

6) 具備系統管理功能，可以記錄檢測維修日志，提供調試檢測指導。

4 可重構通用架構設計

通用檢測系統圍繞現代火炮火控系統開放性、可重構、高軟硬件復用率、高任務可靠性的典型特征，結合火炮火控系統的應用特點及使用需求，一是對綜合處理單元、炮長任務終端等涉及火控核心數據處理、傳輸、顯控功能檢測的設備進行功能分區、任務分解、資源分類，制定各功能檢測模塊設計原則、設計規范和設計標準，采用分布式綜合處理架構實現對檢測模塊硬件資源的有機集成；二是采用縱向分層、橫向分區的軟件架構，實現檢測軟件構件化，可緊密結合實裝功能檢測需求對軟件功能進行差異化配置與柔性重組，實現檢測軟件與實裝軟件功能的緊密鉸鏈，同時可靈活擴展適配不同火控平臺的檢測需求，如圖2所示。

圖2 可重構通用架構設計框圖Fig.2 Design of reconfigurable universal architecture

4.1 基于通用化標準化的測試模塊硬件集成設計

結合壓制武器火控系統的應用特點及使用需求，對火控系統任務、資源、信息交互關系等進行梳理，確定綜合處理單元調試檢測單元的系統架構、功能模塊種類，制定了檢測模塊的設計標準、接口規范、封裝標準，解決設計中的共性設計、快速插拔、熱管理、標準封裝等技術難題，實現核心檢測模塊的標準化、通用化、模塊化。綜合處理單元調試檢測單元模塊如圖3所示，一方面通用處理、綜合管理與綜合控制測試模塊采用統一的電氣接口及信號定義，模塊測試功能可由軟件按需定義，同時對VPX背板測試模塊進行通用功能與專用功能分區，對背板總線及對外接口進行合理設計，實現通用功能區通用處理測試模塊、綜合管理測試模塊和綜合控制測試模塊在背板的任意組合，實現背板測試模塊的通用化設計。通過對通用處理、綜合管理、綜合控制測試模塊的任意組合，可滿足不同火炮火控系統的測試需求。

圖3 綜合處理單元調試檢測單元模塊框圖Fig.3 Modular integration of the testing unit of the integrated processing unit

4.2 基于分層解耦的可重構軟件架構設計

通用檢測系統軟件平臺圍繞“縱向分層、橫向分區”的解耦思想，采用中間件、軟件構件、標準圖元和數據字典等軟件通用化架構和技術，實現軟件界面、功能處理、通信協議、操作系統、以及硬件架構之間的松耦合，一方面可緊密結合實裝功能檢測需求對軟件功能進行差異化配置與柔性重組，實現檢測軟件與實裝軟件功能的緊密鉸鏈，同時使檢測裝備的檢測功能可按需配置、靈活拓展升級。

軟件平臺在設計過程中采用面向服務的軟件架構，軟件功能均衡分布，支持服務遷移和任務重載。軟件平臺自下而上分為操作系統層、驅動層、中間件層、檢測應用層，如圖4所示。操作系統層由基于國產化或國際開源嵌入式操作系統和桌面操作系統組成；中間件層由基于DDS通信服務、TCP/UDP通信服務、CAN通信服務、指揮報文傳輸服務、數據字典解析服務組成，為檢測軟件構件間、平臺間、上下級之間提供基礎通信服務和數據記錄存儲、解析服務，同時支持通信協議的可擴展，是實現檢測功能柔性重組的關鍵；檢測應用層由面向檢測服務需求的系列化組件構成。其中，數據字典解析服務是解決適配不同檢測對象的核心組件，采用數據倉庫技術實現，實現過程如圖5所示，主要由報文結構配置文件、數據描述配置文件和數據字典解析服務3部分組成，配置文件采用可擴展標記語言XML實現，報文結構配置文件用于描述報文結構，包括報文號、數據名稱、數據類型等內容；數據描述配置文件用于描述數據特征，包括名稱、含義等內容；數據字典解析服務在內部存儲空間中開辟內存并實時更新，依據數據字典配置文件，對報文進行接收解析和組裝發送，通過對外開放接口，通過描述文件定義為檢測應用軟件提供標準的調用接口。

圖4 檢測系統軟件平臺框圖Fig.4 Software platform of the testing system

圖5 基于數據倉庫的數據字典解析服務實現過程框圖Fig.5 Data dictionary parsing service based on data warehouse

4.3 基于顯示與應用分離的人機交互接口設計

首先通過對各型火炮火控系統人機界面要素整合優化，形成了刻度儀表、按鈕、狀態指示、數值顯示、參數輸入、動畫演示等各類圖元組件，進行了圖元組件工業設計，形成滿足火控系統檢測應用需求的基礎圖元庫，并采用顯示與應用分離技術，實現檢測應用軟件與顯示界面之間的解耦，通過圖元組裝界面的方式，將界面顯示與檢測應用處理相分離，在保證界面顯示風格一致性的同時，降低數據處理與數據顯示之間的關聯性，實現界面與業務的可配置能力。使得檢測裝備人機交互界面可根據不同型號火控系統的靈活組裝、按需拓展升級。

基于顯示與應用分離的人機交互接口設計實現過程如圖6所示。采用DF配置文件描述每個界面圖元的組成信息，包括圖元名稱、顯示位置和大小、顏色等，DF配置文件以采用可擴展標記語言XML和相應的二進制數據文件(Bin文件)方式實現。在開發階段，采用DF配置文件編輯與生成工具設計、編輯圖元，DF配置文件開發工具可支持基礎圖元庫，能夠將設置好參數的圖元自動添加到DF配置文件中，并可提供ARINC661符號和圖片的設計與導入接口實現對XML格式配置文件的生成、加載、修改和錯誤檢查等操作，能夠將 XML 格式配置文件轉換至二進制格式的數據文件。內核渲染軟件部署于通用顯控終端，程序運行時首先讀取DF配置文件與Bin文件，根據配置文件渲染界面實現界面的初始化；內核渲染軟件運行時，捕獲物理按鍵、觸摸屏的人機交互事件，并通過網絡將交互事件打包發送至綜合處理箱的業務處理軟件(UA)，同時接收UA發送的交互指令實時更新界面。UA部署于綜合處理單元，上電初始化時首選加載業務流程描述文件(XML格式)，業務流程描述文件中定義了交互指令與業務邏輯的映射關系，當UA接收到終端發送的交互事件時根據業務流程描述文件調用相應的業務邏輯處理任務，同時根據業務邏輯任務的運行結果生成交互指令，向顯控終端發送畫面更新請求。

圖6 顯示與應用分離的標準圖元設計實現過程框圖Fig.6 Standard element design with separation of display and application

5 結論

針對目前壓制武器火控系統調試檢測裝備通用性差的問題，提出了一種可重構的通用檢測系統及架構。該架構具有以下優勢：

1) 通過對設備進行功能分區、任務分解、資源分類，實現對檢測模塊硬件資源的有機集成；

2) 通過對軟件進行縱向分層、橫向分區，實現檢測軟件構件化，系統可按需柔性重組拓展；

3) 利用顯示與應用分離技術，實現檢測應用軟件與顯示界面之間的解耦。

該架構可為壓制武器火控系統維修檢測裝備統型奠定技術基礎，對提升壓制武器維修保障部隊檢測能力形成有力支撐。