胡 建，張紅波

（1.中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院 河南 洛陽(yáng) 471009；2.中國(guó)人民解放軍駐中航工業(yè)導(dǎo)彈院軍事代表室 河南 洛陽(yáng) 471009）

飛控組件是一個(gè)信息共享的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以完成導(dǎo)彈的自檢、導(dǎo)航、穩(wěn)定、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、引戰(zhàn)配合和全彈工作時(shí)序控制等諸多功能[1]。整個(gè)工作過(guò)程飛控組件將自身工作狀態(tài)的信息發(fā)送遙測(cè)裝置，遙測(cè)信息包含數(shù)字信息和模擬信息。在地面測(cè)試及仿真試驗(yàn)中通過(guò)遙測(cè)接收裝置全程接收、處理飛控組件遙測(cè)信息，可以判別飛控組件軟硬件工作狀態(tài)，接收到的信息存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，PC機(jī)調(diào)用信息進(jìn)行判讀，并可對(duì)測(cè)量信息處理后形成圖譜，便于故障診斷。遙測(cè)信息接收裝置設(shè)計(jì)的原則要求有擴(kuò)展性和高可靠性[2]。

1 遙測(cè)信息協(xié)議

1.1 數(shù)字遙測(cè)信息協(xié)議

數(shù)字遙測(cè)信號(hào)每個(gè)信息字24位，包括8位地址，低8位數(shù)據(jù)和高8位數(shù)據(jù)。在兩條伴隨信號(hào)C1、C2和寫遙測(cè)Sync的作用下，對(duì)每個(gè)字分時(shí)按相應(yīng)的字節(jié)并行接收，32個(gè)字為1幀，交換周期48 ms，如圖1所示。整個(gè)發(fā)送過(guò)程是飛控系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)控制下自動(dòng)完成的。

1.2 模擬遙測(cè)信號(hào)協(xié)議

模擬遙測(cè)信號(hào)共32路，信號(hào)頻率最大10 kHz，信號(hào)幅值±30 V。

圖1 數(shù)字遙測(cè)信息時(shí)序Fig.1 Sequence of digital telemetry information

2 接收裝置設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)字信息接收單元

數(shù)字遙測(cè)信息接收單元完成數(shù)據(jù)接收、格式轉(zhuǎn)換和與PC機(jī)間的數(shù)據(jù)交換等，并可將發(fā)送和接收構(gòu)成回路進(jìn)行自檢，由單片機(jī)、PCI接口邏輯、雙端口存儲(chǔ)器、FLASH、接收發(fā)送邏輯、接收隔離及發(fā)送驅(qū)動(dòng)組成，如圖2所示。接收單元以單片機(jī)為核心，由單片機(jī)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收[3]，同時(shí)將接收的大量數(shù)據(jù)保存在FLASH中，接收完畢再將數(shù)據(jù)從FLASH中取出傳給PC機(jī)，單片機(jī)和主控機(jī)的通訊采用雙口RAM實(shí)現(xiàn)。

圖2 數(shù)字信息接收單元Fig.2 Digital telemetry receiving unit

2.1.1 PCI接口邏輯

PCI接口邏輯用于實(shí)現(xiàn)接收器與系統(tǒng)CPU之間的通訊，它可讓系統(tǒng)CPU可直接訪問(wèn)雙口存儲(chǔ)器，還可和ARM微處理器相互發(fā)送中斷請(qǐng)求信號(hào)，采用PCI接口芯片PCI9052實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 雙口存儲(chǔ)器

雙口存儲(chǔ)器用作數(shù)據(jù)緩存，實(shí)現(xiàn)微處理器和系統(tǒng)CPU間的數(shù)據(jù)交換?？梢赃x擇先入先入先出儲(chǔ)存器（FIFO）或雙口RAM，為了便于作復(fù)雜的收發(fā)控制，選用雙口RAM芯片8 k×16的CY7C025實(shí)現(xiàn)。

2.1.3 單片機(jī)

ARM微控制器（MCU）做嵌入式計(jì)算，是擴(kuò)展模塊的智能計(jì)算核心，用來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收相應(yīng)的計(jì)算處理，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，通知系統(tǒng)CPU讀取，從而減少CPU的參與[4]，使用LPC2214實(shí)現(xiàn)。

2.1.4 FLASH存儲(chǔ)器

由于雙口存儲(chǔ)器的容量有限，必須采用大容量存儲(chǔ)器儲(chǔ)存所接收的大量遙測(cè)數(shù)據(jù)，選用K9F4G08U0A芯片提供2 Gbit的存儲(chǔ)空間，對(duì)數(shù)據(jù)的讀寫以頁(yè)為單位，速度遠(yuǎn)快于以位為單位讀寫的傳統(tǒng)硬盤。

2.1.5 接收和發(fā)送邏輯

接收信息以中斷方式或軟件查詢的方式進(jìn)行，是在C1、C2和Sync信號(hào)到來(lái)時(shí)接收1個(gè)完整的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中包含了地址、數(shù)據(jù)高位和數(shù)據(jù)低位。

數(shù)據(jù)發(fā)送在一個(gè)時(shí)序狀態(tài)機(jī)的控制下完成，計(jì)算機(jī)將地址、數(shù)據(jù)高字節(jié)、數(shù)據(jù)低字節(jié)一次寫入接口板，接口板在內(nèi)部時(shí)序狀態(tài)機(jī)控制下按規(guī)定的時(shí)序完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。發(fā)送過(guò)程不允許計(jì)算機(jī)寫入新數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，內(nèi)部控制邏輯改變發(fā)送接口的狀態(tài)，以供計(jì)算機(jī)查詢。發(fā)送邏輯涉及大量時(shí)序電路及需要存儲(chǔ)FIFO。發(fā)送和接收邏輯選用具有12萬(wàn)門邏輯資源的新一代FPGA產(chǎn)品EP1C6Q240。

2.1.6 外圍電路

發(fā)送驅(qū)動(dòng)的作用是將發(fā)送邏輯提供的信號(hào)轉(zhuǎn)換為可經(jīng)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)光隔的大電流信號(hào)，采用總線驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。接收隔離采用光電隔離器實(shí)現(xiàn)。

2.1.7 接收裝置的自檢

通過(guò)外界專用連接電纜將字節(jié)多路通道數(shù)據(jù)的發(fā)送通道與字節(jié)多路通道數(shù)據(jù)的接收通道連接到一起，將接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)進(jìn)行字節(jié)多路通道的自檢。

2.1.8 工作流程

數(shù)據(jù)被接收隔離后存儲(chǔ)在在FIFO中，并按照到達(dá)時(shí)間先后順序存放。ARM程序的數(shù)據(jù)接收分支將數(shù)據(jù)從FIFO中取出并解析其地址，然后將數(shù)據(jù)放置在RAM接收緩沖區(qū)的對(duì)應(yīng)地址處。同時(shí)此數(shù)據(jù)將被完整的存儲(chǔ)在Flash中，并保持與FIFO中的格式也即接收到的原始格式一致。已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)地址將被標(biāo)記，當(dāng)被標(biāo)記過(guò)的地址再次出現(xiàn)時(shí)，程序認(rèn)為已經(jīng)完成了一楨數(shù)據(jù)的接收，程序切換接收緩沖區(qū)，清除所有已接收地址的標(biāo)記，并置原緩沖的數(shù)據(jù)接收完成標(biāo)志，此時(shí)PC可以從RAM緩沖區(qū)中讀取按址存放的一楨完整數(shù)據(jù)。

2.2 模擬信息接收單元

模擬信息接收單元采集飛控系統(tǒng)輸出的多路模擬信號(hào)，由信號(hào)調(diào)理單元和AD轉(zhuǎn)換單元組成，如圖3所示。信號(hào)調(diào)理單元對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離及進(jìn)行輸入量程的調(diào)整，AD轉(zhuǎn)換單元實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，供PC機(jī)采集處理。

圖3 模擬信息接收單元Fig.3 Analogue telemetry receiving unit

跟隨器為1:1的運(yùn)算放大器，作用是提高信號(hào)調(diào)理電路輸入阻抗，減少輸入信號(hào)失真，降低其他并行測(cè)試單元對(duì)模擬信號(hào)的影響[5]。分壓的作用是將±30 V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為后續(xù)模擬電路能夠處理的模擬電壓范圍，因?yàn)楦綦x電路無(wú)法處理±30 V電壓。隔離電路保證測(cè)試單元不能與被測(cè)產(chǎn)品共地，消除設(shè)備對(duì)產(chǎn)品信號(hào)的影響，采用1:1的隔離運(yùn)放解決測(cè)試設(shè)備與被測(cè)產(chǎn)品的連接問(wèn)題。低通濾波是采用運(yùn)放及電阻電容，去除經(jīng)過(guò)隔離運(yùn)放后的模擬信號(hào)中的紋波。由于隔離運(yùn)放在使用時(shí)，兩端會(huì)有一定的偏置電壓誤差，所以用運(yùn)放構(gòu)成加法器對(duì)這個(gè)偏執(zhí)進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)。

A/D轉(zhuǎn)換采集選用ADLINK公司的多功能DAQ卡PCI-9223，具有16位、32通道、500 kS/s采樣率，輸入阻抗大于 1 GΩ，有1 k采樣點(diǎn)輸入FIFO緩存，能滿足模擬信息的采集要求[6]。

3 數(shù)據(jù)處理

PC機(jī)通過(guò)PCI總線按幀讀取接收到的數(shù)字遙測(cè)信息和模擬遙測(cè)信息，將整個(gè)測(cè)試時(shí)段的信息組合成獨(dú)立的文件，并將信息全部存儲(chǔ)到PC機(jī)硬盤上。通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件解析數(shù)據(jù)，并圖譜顯示全時(shí)段信息，依據(jù)圖譜可快速準(zhǔn)備的判別產(chǎn)品的工作狀態(tài)及故障發(fā)生點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

該遙測(cè)信息接收裝置設(shè)計(jì)采用全時(shí)段、全數(shù)據(jù)接收的思想，數(shù)字遙測(cè)信息接收單元以單片機(jī)為核心，提高了測(cè)試板對(duì)數(shù)據(jù)的自主處理能力；模擬遙測(cè)信息接收單元通過(guò)信號(hào)隔離，最大程度減少了設(shè)備對(duì)產(chǎn)品的影響，使用高速A/D采集保證了信號(hào)測(cè)試精度；全時(shí)段數(shù)據(jù)接收及圖譜分析使數(shù)據(jù)分析及故障甄別更簡(jiǎn)易準(zhǔn)確。通過(guò)安裝調(diào)試及大量的實(shí)驗(yàn)表面，該遙測(cè)信號(hào)接收裝置工作可靠，滿足導(dǎo)彈飛控系統(tǒng)測(cè)試要求。

[1]梁曉庚.空空導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

[2]李英麗.空空導(dǎo)彈遙測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

[3]沈紅衛(wèi).基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[4]姚琳.微機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[5]高宇.遙測(cè)設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2010，25（5）：673-674.GAO Yu.Design and implementation of telemetry instrument automatic test system[J].Journal of Data Acquisition and Processing，2010，25（5）:673-674.

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