張彥忠,周明光,劉志偉,時維科

摘 要：介紹了一種基于PXI總線的艦載武器試驗動態(tài)參數(shù)綜合測試系統(tǒng)的硬件組成和軟件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)硬件基于虛擬儀器技術(shù)和針對被測試信號形式采用模塊化設(shè)計；軟件基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，提高了系統(tǒng)適應(yīng)性，滿足了多種型號武器系統(tǒng)試驗的需要；結(jié)構(gòu)上采用分布式設(shè)計，便于在艦船上與被測系統(tǒng)就近安裝。

關(guān)鍵詞：艦載； PXI； 測試設(shè)備； 硬件組成； 軟件結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TN911-34

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)09-0063-03

Design of Dynamic Parameter Testing System for Ship-born Weapon

Experiments Basted on PXI bus

ZHANG Yan-zhong, ZHOU Ming-guang, LIU Zhi-wei, SHI Wei-ke

(Unit 92941 of PLA, Huludao 125001, China)

Abstract： The hardware composition and software structure of the ship-borne weaponry integrated testing system based on PXI bus are described in this paper. According to signal being tested, the hardware module based on virtual instrument technology is adopted in the system hardware design. The software based on database technology is designed. Thedistributed constitution design is adopted in the system. It is easy to fix the testing equipments near the weaponry systems being tested on ship. Purpose of improving system adaptability and meeting the experiment needs of various styles of weaponry systems was achieved.

Keywords： ship-borne; PXI bus; test equipment; hardware composition; software constitution

0 引 言

靶場承擔(dān)武器裝備研制、設(shè)計定型等試驗任務(wù)。長期以來受武器系統(tǒng)研制部門體制、技術(shù)、設(shè)計和使用目的等諸多因素限制和影響，測試設(shè)備一般針對被測試武器系統(tǒng)具體型號進(jìn)行設(shè)計，導(dǎo)致其通用性差，升級改造困難。

系統(tǒng)硬件基于虛擬儀器技術(shù)和針對被測試信號形式采用模塊化設(shè)計，軟件基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。在應(yīng)用時，針對被測試信號種類和規(guī)模等具體情況，通過對采集器軟硬件模塊進(jìn)行組合與配置，便可組成功能不同、規(guī)模不等的專用測試系統(tǒng)。當(dāng)其功能不能滿足試驗測試需求時，只需針對需求增加軟硬件模塊，而設(shè)備主體可以不變或僅作一定修改便可適應(yīng)其他型號武器系統(tǒng)試驗需要。

1 硬件組成與功能

艦載武器試驗測試系統(tǒng)基于PXI總線模塊進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)由主控器、采集器、信號拾取/調(diào)理設(shè)備和信號模擬器四部分組成，其組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

(1) 主控器

主控器由工控機(jī)系統(tǒng)配置PXI-PCI8335外接式控制器模塊(MXI-3)和GPS授時卡組成。工控機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理，采集器采集數(shù)據(jù)的匯總、存貯、處理。MXI-3模塊用于工控機(jī)對各采集器的控制。GPS授時卡采用PCI總線插卡結(jié)構(gòu)，可以接收GPS衛(wèi)星時間信息或靶場IRIG-B碼時間信息，實現(xiàn)系統(tǒng)與靶場測控網(wǎng)的同步。通過對GPS或IRIG-B時間信息的處理，在PCI總線上可以獲取1 PPS,20 PPS中斷信號及并行時、分、秒、毫秒時間信息，并可以輸出TTL電平的1 PPS和20 PPS同步信號。

(2) 采集器

采集器由3個電信號采集器(1#、2#、3#采集器)和非電量測量分系統(tǒng)(4#采集器)組成。被測電信號主要包括直流電壓信號、發(fā)控指令信號、脈沖頻率信號和各種數(shù)字信號(串行、并行和網(wǎng)絡(luò)信息)。非電量參數(shù)主要包括溫度、角速度、振動、壓力和應(yīng)變等信號。

3個電信號采集器由PXI-1006機(jī)箱和PXI總線模塊組成，由PXI-1006機(jī)箱的PXI-PXI橋?qū)崿F(xiàn)采集器間的連接。PXI總線模塊包括NI的PXI-6608計數(shù)/定時器模塊，PXI-6031E數(shù)據(jù)采集模塊，PXI-1411圖像信號采集模塊，PXI-6533數(shù)字I/O模塊，PXI-8422 RS 232接口模塊，PXI-8423 RS 422/485接口模塊，PXI-8210以太網(wǎng)接口模塊和PXI-8460CAN總線模塊。

對于每個PXI采集器的具體配置可根據(jù)被測試信號種類、數(shù)量和被測系統(tǒng)的物理位置確定。在具體應(yīng)用時可根據(jù)測試對象的不同，靈活配置各采集器功能。

非電量測量分系統(tǒng)由傳感器、信號調(diào)理模塊和4#采集器組成。傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、應(yīng)變傳感器、振動和角速度傳感器。信號調(diào)理模塊采用SCXI-1102B和SCXI-1120D。采集器配置PXI-6071E數(shù)據(jù)采集模塊和PXI-6608計數(shù)/定時器模塊。PXI-6608計數(shù)/定時器模塊用于接收處理GPS衛(wèi)星時間信息或IRIG-B碼時間信息，用于實現(xiàn)與系統(tǒng)同步。

(3) 信號拾取/調(diào)理設(shè)備

信號拾取/調(diào)理設(shè)備用于完成對被測信號的拾取和調(diào)理。為了方便與被測設(shè)備的聯(lián)接，需配置線纜轉(zhuǎn)接箱。

(4) 信號模擬器

信號模擬器由工控計算機(jī)系統(tǒng)和多種被測信號模擬卡組成，用于被測信號的模擬/仿真。

2 軟件設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

對于現(xiàn)代計算機(jī)測試系統(tǒng)而言，軟件是系統(tǒng)的靈魂。對于簡單的測試系統(tǒng)因測試任務(wù)單一，硬件系統(tǒng)專用，有關(guān)配置在軟件設(shè)計時可統(tǒng)一完成。由于其測試結(jié)果數(shù)據(jù)量相對較小、數(shù)據(jù)處理和輸出簡單，將整個測試任務(wù)作為一個整體一次完成是最佳的選擇。

對于綜合測試系統(tǒng)而言，因其規(guī)模較大且要求具有較好的靈活性，采用上述軟件設(shè)計方法顯然是不合適的。如果將系統(tǒng)以一個任務(wù)看待難以實現(xiàn)對眾多系統(tǒng)硬件模塊和大量試驗數(shù)據(jù)的科學(xué)管理。

采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)可實現(xiàn)綜合測試系統(tǒng)中測試任務(wù)、測試儀器、系統(tǒng)配置、測試數(shù)據(jù)的有序管理。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括系統(tǒng)任務(wù)庫、系統(tǒng)儀器庫、通道配置及通道標(biāo)定數(shù)據(jù)庫和測試數(shù)據(jù)庫等。

測試任務(wù)庫是為組織管理測試任務(wù)而設(shè)計的，它定義了任務(wù)名稱、任務(wù)代碼，同時包括對任務(wù)的描述以及相應(yīng)的幫助文件。任務(wù)代碼被設(shè)計為區(qū)分任務(wù)的惟一特征碼，并將其作為測試系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的令牌。系統(tǒng)儀器庫中存儲測試系統(tǒng)所包括的全部儀器或硬件模塊，它是定義專用測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)通道庫包括系統(tǒng)通道配置庫和對應(yīng)每一個通道的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫。通道配置庫負(fù)責(zé)管理所有測試任務(wù)的通道配置，它描述和定義每項測試任務(wù)所使用的通道。標(biāo)定數(shù)據(jù)庫用于保存對應(yīng)通道的標(biāo)定數(shù)據(jù)，使測試執(zhí)行中得到的數(shù)據(jù)與實際的物理量對應(yīng)起來。為了科學(xué)有序地管理測試數(shù)據(jù)和重現(xiàn)測試現(xiàn)場，與測試現(xiàn)場有關(guān)的測試信息、測試數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)輸出過程中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)等都應(yīng)保存，為此系統(tǒng)軟件應(yīng)建立測試數(shù)據(jù)庫。

2.2 軟件開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)采用Windows XP操作系統(tǒng)，采用LabVIEW 8語言編寫應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)庫管理軟件采用Visual C++ 6.0語言編程，用于實現(xiàn)系統(tǒng)配置、試驗數(shù)據(jù)等信息的存儲、查詢、檢索和回放。

2.3 軟件結(jié)構(gòu)與應(yīng)用軟件功能

2.3.1 軟件結(jié)構(gòu)

測試系統(tǒng)軟件由儀器驅(qū)動層、I/O接口層、測試管理層和測試程序?qū)铀牟糠謽?gòu)成。

儀器驅(qū)動軟件是對儀器硬件執(zhí)行通信與控制的軟件，其軟件是由儀器標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)商提供的用于對儀器硬件進(jìn)行底層操作的一組較抽象的操作函數(shù)集，包括初始化、配置、作用/狀態(tài)、數(shù)據(jù)、實用和關(guān)閉功能。

I/O接口軟件是計算機(jī)與采集器儀器硬件或功能模塊間連接的低層通信協(xié)議。

測試管理軟件是用于管理和執(zhí)行某一測試任務(wù)的軟件包。包括實現(xiàn)人機(jī)對話、采集器采集數(shù)據(jù)的匯總、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)交換、被測系統(tǒng)性能評估、被測信號和目標(biāo)指示信息模擬/仿真、數(shù)據(jù)庫管理等功能。

測試程序用于各采集器特定測試功能的實現(xiàn)。測試程序直接面向具體測試任務(wù)，是根據(jù)測試任務(wù)的需求對采集器設(shè)備層組件重構(gòu)后生成的面向具體應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集程序。

2.3.2 應(yīng)用軟件功能

系統(tǒng)應(yīng)用軟件包括通道配置與標(biāo)定、GPS/IRIG-B碼時間信息采集、測試執(zhí)行(數(shù)據(jù)采集)、數(shù)據(jù)處理(包括被測系統(tǒng)性能評估)、數(shù)據(jù)交換、被測信號模擬/仿真等功能模塊。其中數(shù)據(jù)庫包括系統(tǒng)任務(wù)DB、系統(tǒng)儀器和硬件模塊DB、通道配置DB、通道標(biāo)定DB、通信接口參數(shù)DB和試驗數(shù)據(jù)DB。軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)

(1) 通道配置與標(biāo)定模塊。針對每項具體測試任務(wù)的不同對所需硬件模塊進(jìn)行初始化，從而組成專用測試系統(tǒng)。在專用測試系統(tǒng)構(gòu)成后，對系統(tǒng)硬件模塊進(jìn)行標(biāo)定，同時對采集器通信接口參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

當(dāng)采集器機(jī)箱內(nèi)不具備任務(wù)所需硬件模塊時，首先用人工方式完成所需硬件模塊的配置工作。

(2) GPS/IRIG-B碼時間信息采集模塊。該模塊用于實現(xiàn)衛(wèi)星時間或靶場時間信息的采集，從而實現(xiàn)系統(tǒng)與靶場測控網(wǎng)的同步。

(3) 數(shù)據(jù)采集模塊。完成當(dāng)前具體測試任務(wù)的數(shù)據(jù)采集，其執(zhí)行主體是系統(tǒng)配置與標(biāo)定時定義的專用測試系統(tǒng)。采集數(shù)據(jù)除原始試驗數(shù)據(jù)外，還包括系統(tǒng)配置與標(biāo)定、試驗日期與航次號等相關(guān)信息，以便分析試驗結(jié)果時使用。

(4) 數(shù)據(jù)處理模塊。完成測試數(shù)據(jù)的回放、編輯、量綱轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)聯(lián)入靶場測控網(wǎng)后還可進(jìn)行試驗數(shù)

據(jù)的實時處理。結(jié)合被試系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標(biāo)等信息，可對試驗結(jié)果進(jìn)行分析評估。

(5) 數(shù)據(jù)交換模塊。完成測試數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收靶場測控網(wǎng)數(shù)據(jù)。包括向靶場測控網(wǎng)發(fā)送艦載武器系統(tǒng)原始試驗數(shù)據(jù)(實時或事后)，接收靶場測控網(wǎng)提供的目標(biāo)真值數(shù)據(jù)，載艦姿態(tài)、航速和位置等其他參試設(shè)備試驗數(shù)據(jù)。

(6) 信號模擬/仿真模塊。模擬被測信號供系統(tǒng)調(diào)試或任務(wù)準(zhǔn)備使用。仿真空中或海上目標(biāo)信息向武器系統(tǒng)進(jìn)行回放，供武器系統(tǒng)調(diào)試和艦艇水兵訓(xùn)練使用。

(7) 數(shù)據(jù)庫管理模塊。獨立于系統(tǒng)應(yīng)用軟件，主要用于對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的管理。

3 結(jié) 論

系統(tǒng)基于NI的多機(jī)箱方案構(gòu)成分布式測試系統(tǒng)。硬件基于虛擬儀器技術(shù)和針對被測試信號形式采用模塊化設(shè)計，軟件基于LabVIEW語言和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，這種設(shè)計為系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展提供了保證，達(dá)到了適應(yīng)不同試驗需求，提升系統(tǒng)性能和其通用性的目的。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文