(空軍工程大學(xué) 工程學(xué)院，西安 710038)

1 引 言

世界高新技術(shù)的發(fā)展和戰(zhàn)爭形態(tài)的變化對武器裝備提出了越來越高的要求。隨著現(xiàn)代武器裝備日趨復(fù)雜化、集成化、信息化和智能化，其整體效能的發(fā)揮主要取決于以下兩個方面：一是武器裝備設(shè)計(jì)與制造的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，二是武器裝備的安裝、運(yùn)行、管理、維修和診斷措施的實(shí)施。為了保障武器裝備經(jīng)常處于良好的戰(zhàn)斗狀態(tài)，武器裝備的性能檢測和故障診斷已成為綜合技術(shù)保障的核心。因此，航空檢測設(shè)備作為飛機(jī)航空設(shè)備系統(tǒng)完好率的重要因素，直接影響著飛機(jī)安全和戰(zhàn)斗力的發(fā)揮[1]。某型箔條/紅外彈投放器是某型飛機(jī)的重要機(jī)載無源干擾設(shè)備，用于投放箔條/紅外誘餌彈，對敵地面和機(jī)載雷達(dá)制導(dǎo)武器系統(tǒng)實(shí)施箔條干擾或?qū)臣t外制導(dǎo)的空空和地空導(dǎo)彈實(shí)施紅外干擾，提高飛機(jī)在作戰(zhàn)中的生存率，保障作戰(zhàn)任務(wù)的完成。為滿足該系統(tǒng)定期檢測的迫切需求，新研制了一種集成化、綜合化和智能化的測試設(shè)備，具備對測試對象在二級維修中進(jìn)行性能調(diào)整的支持能力，將測試對象的故障隔離到內(nèi)場可更換組件(SRU)。

2 內(nèi)裝式箔條/紅外干擾彈投放設(shè)備的組成及功用

內(nèi)裝式箔條/紅外干擾彈投放設(shè)備是種類最多、裝備量最大的一類電子對抗設(shè)備，一般包括顯示控制盒、程序器、順序器、發(fā)射器和箔條/紅外干擾彈等，其組成框圖如圖1所示。

圖1 內(nèi)裝式機(jī)載箔條/紅外干擾彈投放設(shè)備組成框圖

顯示控制盒安裝在飛機(jī)駕駛座艙里，用于顯示設(shè)備的工作狀態(tài)、發(fā)射器中干擾彈的余彈數(shù)量等參數(shù)，駕駛員可以通過面板上的控制開關(guān)和旋鈕選擇設(shè)備的工作方式、要投放的彈種及數(shù)量、投放時序、發(fā)出投放命令等。程序器是整個設(shè)備的處理中心，負(fù)責(zé)接收威脅告警信號，形成干擾彈投放控制參數(shù)，產(chǎn)生點(diǎn)火脈沖序列。威脅告警信號一般來自雷達(dá)告警接收機(jī)或?qū)棻平婢O(shè)備。程序器將干擾彈點(diǎn)火脈沖序列送至順序器，由順序器將點(diǎn)火脈沖分配到發(fā)射器的觸點(diǎn)上，引爆干擾彈。順序器由多路點(diǎn)火脈沖分配電路單元組成。干擾彈最終要由發(fā)射器投放出去[2]。

3 測試系統(tǒng)需求分析

3.1 測試信號需求分析

需求分析階段研究的對象是測試系統(tǒng)的用戶需求，只有經(jīng)過確切描述的需求才能成為測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。測試信號需求分析包括被測參數(shù)的形式(電量還是非電量、數(shù)字量還是模擬量)、范圍和數(shù)量，性能指標(biāo)要求，激勵信號的形式和范圍要求等。根據(jù)某型箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)測試要求，可將測試需求信號分為與其它系統(tǒng)的交聯(lián)信號、電源信號、一次性指令信號、數(shù)字量信號、彈匣檢測和點(diǎn)火脈沖輸出信號。

(1)與其它系統(tǒng)交聯(lián)信號

與其它系統(tǒng)的交聯(lián)信號主要指箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)正常工作時與航空電子系統(tǒng)以及綜合自衛(wèi)電子戰(zhàn)系統(tǒng)之間通信的總線信號。

(2)電源信號

電源信號是指被測部件進(jìn)行性能測試時，各部件正常工作時所必須施加的工作電源。在箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)各部件測試時，施加的工作電源有DC+27V、DC±15V和DC+5V共計(jì)9個電源信號。

(3)一次性指令信號

箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)工作時，控制器的離散模塊和電源控制模塊與外部交聯(lián)信號包括APP信號、起落架信號、作戰(zhàn)信號、訓(xùn)練信號、箔條投放信號、箔條和紅外彈投放信號、投棄信號。在進(jìn)行離位測試時必須依靠測試系統(tǒng)從外部施加或接收這些信號，才能實(shí)現(xiàn)測試過程的正常進(jìn)行，它們統(tǒng)稱為一次性指令信號，這些一次性指令全部為DC+27 V信號。

(4)離散數(shù)字量信號

數(shù)字量信號包括系統(tǒng)故障指示信號、校正錯誤指示信號、電源電壓正常信號、數(shù)據(jù)奇偶錯指示信號、OE類型控制信號和作戰(zhàn)/訓(xùn)練控制檢測信號。

(5)彈匣檢測信號和點(diǎn)火脈沖輸出信號

彈匣檢測和點(diǎn)火脈沖輸出信號指對控制器和發(fā)射器進(jìn)行單獨(dú)測試時彈種檢測和編碼地址信號。

3.2 系統(tǒng)總體要求

被測對象某型箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)具有智能化控制功能。為了判斷被測對象的工作狀態(tài)是否完好，可以通過查看各分系統(tǒng)是否能夠完成工作任務(wù)來判斷其內(nèi)部板卡或功能模塊的好壞。根據(jù)對箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)綜合性能分析以及結(jié)合目前自動測試技術(shù)的發(fā)展趨勢，對箔條/紅外彈投放器自動測試系統(tǒng)提出了如下測試要求：

(1)系統(tǒng)應(yīng)能滿足箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)的成套通電測試要求；

(2)系統(tǒng)應(yīng)能自動完成箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)及單獨(dú)對控制器和發(fā)射器的性能測試；

(3)系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)快速故障定位，并根據(jù)故障模式給出所要采取的維修措施；

(4)軟件具有良好的人機(jī)交互界面和在線幫助功能；

(5)檢測結(jié)果可存儲、入庫和打印；

(6)系統(tǒng)具有自檢功能。

4 測試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

采用開放式自動測試系統(tǒng)，因?yàn)殚_放式自動測試系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)是一個信息共享的結(jié)構(gòu)，這些信息能在不同的測試階段之間、自動測試系統(tǒng)內(nèi)部不同的部件之間、自動測試系統(tǒng)和其它系統(tǒng)之間共享。

在開放式自動測試系統(tǒng)[3]設(shè)計(jì)過程中測試總線的選擇是一項(xiàng)重要的工作。在組建某型箔條/紅外彈投放器自動測試系統(tǒng)時采用成熟的測試總線技術(shù)，既簡化了系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)，又方便了系統(tǒng)組建，并且增加了系統(tǒng)的開放性、兼容性、可靠性和維護(hù)性，易于標(biāo)準(zhǔn)化，從而降低了系統(tǒng)造價。

在組建某型箔條/紅外彈投放器自動測試系統(tǒng)的硬件平臺時，需要根據(jù)測試系統(tǒng)對測量、帶寬、傳輸延遲、性能和易連接性等不同需求，選擇合適的總線連接技術(shù)。PCI局部總線[4]是一種32位或64位地址線/數(shù)據(jù)線復(fù)用的總線，其用途是在高度集成的外部設(shè)備控制器件、擴(kuò)展板和處理器系統(tǒng)之間提供一種內(nèi)部連接機(jī)制。PCI總線的組建、擴(kuò)展板接口與處理器無關(guān)，在多處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)能夠高效地在多個處理器之間傳輸。在保證測試系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性與實(shí)時性的基礎(chǔ)上，考慮到測試系統(tǒng)性價比的因素，且PCI總線硬件插卡種類齊全、生產(chǎn)廠家多，因此采用基于PCI總線的儀器擴(kuò)展平臺方案。

基于PCI總線的儀器擴(kuò)展平臺方案采用以PCI總線接口的工控機(jī)和插卡式儀器模塊為基礎(chǔ)進(jìn)行硬件平臺集成，與GPIB儀器組成的堆疊式系統(tǒng)相比，具有體積小、集成化程度高、數(shù)據(jù)傳輸速度快以及控制靈活等優(yōu)勢；與基于VXI總線[5]的測試系統(tǒng)相比，具有相當(dāng)大的價格優(yōu)勢。因此，采用基于PCI總線的工控機(jī)和插卡式儀器模塊為基礎(chǔ)的開放式自動測試系統(tǒng)。按照開放式自動測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，測試系統(tǒng)的硬件由基本硬件平臺、適配器和電源控制模塊三大部分組成。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理框圖如圖2所示。

圖2 總體設(shè)計(jì)原理框圖

基本硬件平臺包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及外設(shè)、多功能A/D數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字I/O卡、1553B總線接口卡，它構(gòu)成滿足系統(tǒng)測試時所需的控制、數(shù)據(jù)分析處理等要求的硬件基礎(chǔ)，既可提供所需的激勵信號，還能對被測系統(tǒng)的響應(yīng)輸出進(jìn)行測量、分析和處理。1553B總線接口卡在測試軟件的控制下，可加載被檢測箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)及交聯(lián)設(shè)備工作數(shù)據(jù)，完成航電總線和電子戰(zhàn)總線的通信；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可通過PCI總線控制接口，對總線通信接口模塊中的接口電路進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制；顯示器、鍵盤及鼠標(biāo)是人機(jī)交互的外設(shè)。

在被測設(shè)備與基本硬件平臺之間，設(shè)置被測設(shè)備的適配器。適配器主要由外部控制信號產(chǎn)生電路、信號輸入/輸出適配接口、信號轉(zhuǎn)換與匹配電路、連接電纜等部分組成。它用于實(shí)現(xiàn)被測設(shè)備與系統(tǒng)的交聯(lián)，在主控計(jì)算機(jī)輸出來的控制信號作用下，產(chǎn)生激勵信號至被測設(shè)備，將來自被測設(shè)備的響應(yīng)信號調(diào)理后送至主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動測試。它還可用于手動測試，通過適配器面板上設(shè)置的控制開關(guān)、電纜接口，構(gòu)成試驗(yàn)器，滿足系統(tǒng)獨(dú)立測試或成套通電檢測的要求。

根據(jù)測試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并研制了測試系統(tǒng)適配器(如圖3所示)和電源控制模塊(如圖4所示)，包括信號輸入/輸出適配接口、信號調(diào)理電路、外部控制信號產(chǎn)生電路以及電源保護(hù)與監(jiān)控電路，配置了滿足任務(wù)需求的測試板卡資源，在所選板卡提供的電氣規(guī)范下，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)測量/控制模塊和總線通信仿真模塊，完成了系統(tǒng)的硬件集成和調(diào)試工作。

圖3 測試系統(tǒng)適配器組成框圖

圖4 電源控制模塊組成框圖

5 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

箔條/紅外彈投放器自動測試系統(tǒng)采用以軟件為核心的測試機(jī)制，軟件設(shè)計(jì)采用了層次化、模塊化的軟件框架結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 軟件層次化結(jié)構(gòu)圖

箔條/紅外彈投放器自動測試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)組成框圖如圖6所示，分為程序和文檔兩大部分，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了軟件系統(tǒng)平臺。

圖6 軟件系統(tǒng)組成框圖

程序部分是軟件系統(tǒng)平臺的核心，它由操作系統(tǒng)平臺、應(yīng)用程序開發(fā)平臺、測試應(yīng)用程序三部分組成。測試應(yīng)用程序按照主控程序、測試程序和功用程序3個層次進(jìn)行設(shè)計(jì)，各個功能部分、各個測試子項(xiàng)都是獨(dú)立的模塊，以減少彼此之間的影響。軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了層次化、模塊化的要求。

文檔部分用于測試系統(tǒng)文檔管理，由故障診斷文檔、幫助文檔、系統(tǒng)使用文檔三部分組成。故障診斷文檔是一些標(biāo)準(zhǔn)的Windows幫助文件，主要放置一些被測設(shè)備的故障模塊類型文檔、故障圖示、故障排除流程等，它可被故障診斷軟件模塊調(diào)用。幫助文檔以聯(lián)機(jī)在線的形式融合于軟件系統(tǒng)中，用戶通過操作指定的按鍵，可獲得系統(tǒng)操作使用的幫助和測試連接圖等信息。系統(tǒng)使用文檔主要給用戶提供系統(tǒng)的電子文檔資料，如技術(shù)說明書、使用維護(hù)說明書、電路原理圖、用戶手冊等。

利用Borland Delphi軟件[6]開發(fā)平臺，遵循模塊化、層次化的軟件設(shè)計(jì)思想完成了測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。深入分析了測試應(yīng)用程序各組成模塊的主要功能以及主控程序、測試程序和性能參數(shù)測試流程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)測試功能，包括測試設(shè)備自檢、功能測試、參數(shù)測試以及單機(jī)測試功能。

6 結(jié)束語

該自動測試系統(tǒng)具有開機(jī)自檢測和操作員啟動自檢測功能，能自動完成各儀器模塊是否連接良好及工作正常的測試，并將故障隔離到獨(dú)立的儀器、模塊，測試結(jié)果可自動顯示和打印。通過各項(xiàng)測試，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，有些設(shè)計(jì)指標(biāo)優(yōu)于原設(shè)計(jì)值，比如平均故障間隔時間、平均修復(fù)時間等。系統(tǒng)初步使用表明，系統(tǒng)具有良好的操作性和維護(hù)性，能夠完成箔條/紅外彈投放分系統(tǒng)全性能指標(biāo)的自動測試和故障診斷，解決了部隊(duì)對新型無源投放設(shè)備檢測維修的迫切需求，極大地提高了該型設(shè)備的維修保障水平，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。但測試設(shè)備機(jī)動性能與現(xiàn)代戰(zhàn)爭對航空武器裝備的機(jī)動保障能力的需求還有一定差距，因此，下一步將研制配套的便攜式測試系統(tǒng)，進(jìn)一步提高測試系統(tǒng)機(jī)動保障能力。

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