尹祿高，陳志紅，陳　策，黃　皓

(北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京　100076)

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一種遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)

尹祿高，陳志紅，陳策，黃皓

(北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京100076)

為了滿足運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)集成驗(yàn)證的測(cè)試需求，同時(shí)提升測(cè)試設(shè)備的通用性，降低測(cè)試設(shè)備的研制成本，采用面向信號(hào)的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)潔高效的遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)；該測(cè)試平臺(tái)基于PXI總線開(kāi)發(fā)，通過(guò)采取多路復(fù)用開(kāi)關(guān)與輸入輸出模塊相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的巡檢測(cè)試及同時(shí)測(cè)試，使測(cè)試平臺(tái)具有較好的通用性和靈活性，在硬件設(shè)備不做更改的前提下可適用于多型運(yùn)載火箭的測(cè)試需求，同時(shí)研制成本大幅降低；通過(guò)接收解析箭上遙測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)試過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)試與自動(dòng)化判讀；通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，該測(cè)試平臺(tái)工作穩(wěn)定，能較好地滿足多型運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)集成驗(yàn)證測(cè)試需求，同時(shí)該平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法為同類(lèi)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種思路。

遙測(cè)系統(tǒng)；自動(dòng)測(cè)試；自動(dòng)判讀；通用

0　引言

遙測(cè)系統(tǒng)是各遙測(cè)彈和運(yùn)載火箭的重要組成部分，是獲取可信、全面的飛行信息的主要途徑，為彈箭系統(tǒng)的性能評(píng)定、故障分析以及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)[1]。遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)試信號(hào)繁多、系統(tǒng)組成復(fù)雜，傳統(tǒng)遙測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試主要是依靠手動(dòng)測(cè)試或半自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試效率低下，測(cè)試結(jié)果容易受測(cè)試人員操作影響。如何對(duì)遙測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的測(cè)試和故障定位，是測(cè)試技術(shù)的一個(gè)重大課題。

通過(guò)對(duì)運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)試需求進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)遙測(cè)系統(tǒng)雖然需要測(cè)試的參數(shù)多達(dá)數(shù)百路，但其中絕大多數(shù)參數(shù)可通過(guò)巡檢測(cè)試完成，僅少部分參數(shù)需要同時(shí)測(cè)試。基于這個(gè)測(cè)試需求的特點(diǎn)，本文利用測(cè)量與控制模塊和多路復(fù)用開(kāi)關(guān)模塊配合，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)潔高效的自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，既滿足了測(cè)試需求，同時(shí)降低了成本，提高了測(cè)試平臺(tái)的靈活性。

1　硬件設(shè)計(jì)

1.1硬件架構(gòu)

傳統(tǒng)的遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)通常采取的面向儀器的設(shè)計(jì)思路，即針對(duì)具體的測(cè)試對(duì)象，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)靈活性差，而且在測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)常常僅考慮系統(tǒng)本身輸入輸出的自動(dòng)化，沒(méi)有與被測(cè)的遙測(cè)系統(tǒng)形成閉環(huán)，測(cè)試過(guò)程是半自動(dòng)化的開(kāi)環(huán)測(cè)試。本文采用面向信號(hào)的設(shè)計(jì)思想，針對(duì)測(cè)試需求，設(shè)計(jì)了基于多路復(fù)用開(kāi)關(guān)的測(cè)試平臺(tái)，具有較好擴(kuò)展性。同時(shí)測(cè)試平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)接收解析遙測(cè)系統(tǒng)箭上數(shù)據(jù)，形成了真正的閉環(huán)測(cè)試。測(cè)試平臺(tái)基于PXI總線設(shè)計(jì)，系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)硬件架構(gòu)

1.2工作原理

測(cè)試平臺(tái)的工作原理如圖2所示。遙測(cè)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)通過(guò)測(cè)試電纜與信號(hào)接口裝置連接，在信號(hào)接口裝置中經(jīng)過(guò)電連接器的轉(zhuǎn)換連接至多路復(fù)用開(kāi)關(guān)，對(duì)于絕大多數(shù)巡檢測(cè)試的信號(hào)，在計(jì)算機(jī)的控制下，多路復(fù)用開(kāi)關(guān)將測(cè)試端口的接點(diǎn)按照測(cè)試要求連接到多功能輸入輸出模塊或繼電器開(kāi)關(guān)模塊的兩極，對(duì)于部分信號(hào)不經(jīng)過(guò)多路復(fù)用開(kāi)關(guān)，測(cè)點(diǎn)直接經(jīng)過(guò)信號(hào)接口裝置到多功能輸入輸出模塊或繼電器開(kāi)關(guān)模塊。由計(jì)算機(jī)控制多功能輸入輸出模塊或繼電器開(kāi)關(guān)模塊完成測(cè)量與輸出控制，同時(shí)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收來(lái)自地面檢測(cè)站傳輸過(guò)來(lái)的箭上實(shí)際輸入輸出值，將箭上數(shù)據(jù)與測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)判讀，可驗(yàn)證遙測(cè)系統(tǒng)功能的正確性。

圖2　系統(tǒng)工作原理

1.3硬件模塊

1.3.1多路復(fù)用開(kāi)關(guān)模塊

多路復(fù)用開(kāi)關(guān)模塊用以實(shí)現(xiàn)遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)試時(shí)通道的路由。該模塊十分適用于在單個(gè)儀器上增加通道數(shù)，其板載內(nèi)存用于確定性掃描，帶有的附件使多模塊擴(kuò)展得以簡(jiǎn)化。使用多路復(fù)用器將多功能輸入輸出模塊連接至箭上的多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，不僅能節(jié)省儀器購(gòu)買(mǎi)成本，同時(shí)保持最大的系統(tǒng)靈活性。

遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)中多路復(fù)用開(kāi)關(guān)選用NI公司的PXI-2575，具備196×1 1線，98×1 2線能力[2]。為提高整個(gè)平臺(tái)的測(cè)試能力，可選用多個(gè)多路復(fù)用器擴(kuò)展使用。依據(jù)目前的測(cè)試規(guī)模，初步可選用4塊。多路復(fù)用開(kāi)關(guān)的最大切換速度可達(dá)140周/秒，最大切換傳送電流為1A。

1.3.2多功能輸入輸出模塊

多功能輸入輸出模塊可提供遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)試需要的多種激勵(lì)信號(hào)和采集通道，具有高度的集成性。遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)中多功能輸入輸出模塊選用NI 公司的PXI-6230，該模塊是一款帶隔離的多功能數(shù)據(jù)采集與控制板卡。它結(jié)合了高效安全的隔離和性能優(yōu)越的定時(shí)、放大和校準(zhǔn)技術(shù)，提供精準(zhǔn)的測(cè)量與控制。

PXI-6230具備8路模擬量輸入，4路模擬量輸出，6路數(shù)字輸入，4路數(shù)字輸出以及2個(gè)計(jì)數(shù)器。多功能輸入輸出模塊與多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)模塊配合可完成參數(shù)巡檢功能的測(cè)試和激勵(lì)信號(hào)輸出，也可獨(dú)自完成多路相關(guān)參數(shù)的同時(shí)測(cè)試與控制。

1.3.3繼電器開(kāi)關(guān)模塊

繼電器開(kāi)關(guān)模塊主要用于與遙測(cè)系統(tǒng)箭上配合完成相關(guān)的指令和時(shí)序測(cè)試。遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)中繼電器開(kāi)關(guān)模塊選用NI 公司的PXI-2569，該模塊是一塊配有單刀單擲電樞繼電器的100通道開(kāi)關(guān)模塊，具有較大的繼電器密度，單個(gè)PXI槽配有100個(gè)鎖存繼電器。PXI-2569可切換100VDC/100AC的電壓或1A的電流，通過(guò)軟件編程可實(shí)現(xiàn)確定性掃描。

繼電器開(kāi)關(guān)模塊與多路復(fù)用器開(kāi)關(guān)模塊配合可完成指令的巡檢測(cè)試，也可獨(dú)自完成多路相關(guān)性指令的測(cè)試與時(shí)序控制。

2　軟件設(shè)計(jì)

2.1軟件架構(gòu)

遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)軟件采用的開(kāi)發(fā)環(huán)境為L(zhǎng)abVIEW，在Windows 操作系統(tǒng)上完成開(kāi)發(fā)。LabVIEW作為一個(gè)專(zhuān)門(mén)為測(cè)試測(cè)量設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言，使用了工程師們最為熟悉的圖形化的編程方式。目前絕大多數(shù)的PXI硬件模塊都提供了LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境下的接口函數(shù)，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便[3]。

測(cè)試平臺(tái)已從單一功能的專(zhuān)用測(cè)試系統(tǒng)向多功能通用測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展，并且已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)硬件的通用性，但軟件的通用性實(shí)現(xiàn)還面臨較多挑戰(zhàn)[4-5]。遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)軟件因?yàn)槊嫦虻臏y(cè)試對(duì)象不單一，一要具有通用性，能夠滿足當(dāng)前不同型號(hào)的測(cè)試需求，二要易于擴(kuò)展，能夠滿足型號(hào)后續(xù)的發(fā)展。軟件在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用組件技術(shù)，按照模塊化、通用化的設(shè)計(jì)思想，軟件架構(gòu)如圖3所示。

圖3　軟件架構(gòu)

2.2軟件模塊

2.2.1任務(wù)管理模塊

任務(wù)管理模塊是整個(gè)軟件的控制中樞，通過(guò)調(diào)用其他模塊完成測(cè)試信息的配置與選擇，測(cè)試流程的執(zhí)行，數(shù)據(jù)的采集與控制、測(cè)試結(jié)果的自動(dòng)判讀，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理等。控制整個(gè)軟件按照預(yù)定的測(cè)試步驟完成相關(guān)的測(cè)試與判讀。

2.2.2試驗(yàn)配置模塊

試驗(yàn)配置數(shù)據(jù)模型由系統(tǒng)硬件連接關(guān)系的數(shù)據(jù)模型和試驗(yàn)流程管理數(shù)據(jù)模型組成。其中硬件連接關(guān)系模型又包括測(cè)試對(duì)象模型(UTOC)、信號(hào)轉(zhuǎn)換模型(CTOC)、數(shù)據(jù)通道模型(CTOS)，試驗(yàn)流程管理數(shù)據(jù)模型包括測(cè)試流程模型(TESTNAME)和測(cè)試流程列表模型(TESTLIST)。各模型之間相互聯(lián)系如圖4所示，通過(guò)模型間關(guān)系的索引可得出試驗(yàn)的全面信息，其中單個(gè)硬件配置數(shù)據(jù)表信息的更改也可通過(guò)索引關(guān)系反映到測(cè)試流程信息中。

圖4　試驗(yàn)配置數(shù)據(jù)模型

試驗(yàn)配置數(shù)據(jù)模型通過(guò)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，針對(duì)不同型號(hào)運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試需求，僅需配置不同的試驗(yàn)配置數(shù)據(jù)，而不需要重新開(kāi)發(fā)測(cè)試軟件。

2.2.3自動(dòng)判讀模塊

測(cè)試平臺(tái)在架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)解析地面檢測(cè)站的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試的閉環(huán)。要想真正實(shí)現(xiàn)判讀的自動(dòng)化還應(yīng)完成判據(jù)的設(shè)計(jì)。判據(jù)的設(shè)計(jì)應(yīng)包含遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)試的各類(lèi)判讀模式，判據(jù)格式應(yīng)便于計(jì)算機(jī)的解析與實(shí)現(xiàn)，各類(lèi)判據(jù)的描述應(yīng)統(tǒng)一。由此設(shè)計(jì)判讀規(guī)則f(x,y,z)如下所示。

●if x=0,y≤f(x,y,z)≤z;

●if x=1,f(x,y,z)≥y;

●if x=2,f(x,y,z)≤y;

●if x=3,f(x,y,z)=y。

參數(shù)x為判劇邏輯關(guān)系映射，其中x=0時(shí)，參數(shù)y，z都有效，且y≤z；在x=1，2，3時(shí)，僅參數(shù)y有效。

3　試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1功能性驗(yàn)證

根據(jù)上述軟、硬件設(shè)計(jì)方法，基于PXI總線設(shè)計(jì)了一種遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)可以完成多達(dá)數(shù)百路參數(shù)的巡檢測(cè)試與激勵(lì)輸出，也可完成多路相關(guān)參數(shù)的同時(shí)測(cè)試，完全滿足系統(tǒng)的測(cè)試需求。測(cè)試平臺(tái)可根據(jù)不同的測(cè)試項(xiàng)目需求編制不同的測(cè)試流程，圖5所示為某巡檢測(cè)試項(xiàng)目中系統(tǒng)的運(yùn)行界面。在該測(cè)試項(xiàng)目中，測(cè)試流程按照事先編制好的流程進(jìn)行通道的控制切換和數(shù)據(jù)解析，測(cè)試結(jié)果依據(jù)參考值的不同表達(dá)方式自動(dòng)識(shí)別與判讀，整個(gè)測(cè)試過(guò)程系統(tǒng)自主完成，無(wú)須人工干預(yù)。

3.2通用性驗(yàn)證

與以往遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備采用面向儀器的設(shè)計(jì)方法不同，該平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)采用面向信號(hào)的設(shè)計(jì)方法。在面對(duì)不同的測(cè)試需求時(shí)，只需要添加試驗(yàn)配置模塊中的測(cè)試對(duì)象模型(UTOC)數(shù)據(jù)庫(kù)和測(cè)試流程模型(TESTNAME)數(shù)據(jù)庫(kù)，不同測(cè)試流程與測(cè)試對(duì)象的映射通過(guò)添加測(cè)試流程列表模型(TESTLIST)數(shù)據(jù)庫(kù)完成。

目前該測(cè)試平臺(tái)在軟硬件未做任何更改的前提下，僅通過(guò)配置不同的數(shù)據(jù)庫(kù)文件和測(cè)試電纜，已在多型運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)集成驗(yàn)證中進(jìn)行了應(yīng)用。

圖5　運(yùn)行界面

4　結(jié)論

本文針對(duì)運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試需求，設(shè)計(jì)了一種遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)不僅可以完成多參數(shù)的巡檢測(cè)試和相關(guān)參數(shù)的同時(shí)測(cè)試，而且整個(gè)測(cè)試過(guò)程完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)試與判讀，無(wú)須人工干預(yù)。目前已在多個(gè)型號(hào)取得了較好的應(yīng)用效果。

[1] 方心虎,等. 液體彈道導(dǎo)彈與運(yùn)載火箭總體設(shè)計(jì)[M]. 北京:宇航出版社,1991.

[2] National Instrument Corporation,LabVIEW Measurement Manual[Z]. 2012.

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[4] 黃嘵晴,王緯國(guó),梁岳,等.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件技術(shù)通用型研究綜述[J]. 測(cè)控技術(shù),2012,20(2)：1-4.

[5] 呂曉峰,馬羚,馮小南. ATS軟件平臺(tái)的通用性研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2012,20(2): 538-540.

Design of Automatic Test Platform for Telemetry System

Yin Lugao， Chen Zhihong， Chen Ce， Huang Hao

(Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering,Beijing100076，China)

In order to meet the testing requirement of launch vehicle telemetry system,while increasing the flexibility of the test equipment,reducing the development costs,a simple and efficient automatic test platform of the telemetry system based on signal is designed. The test platform is developed based on PXI bus,by the combination of multiplexing switches and I/O module,the platform can be used to realize inspection testing and concurrent testing for multiple parameters,which makes the platform have good versatility and flexibility,it can be applicable to multiple launch vehicle without changing the hardware,while significantly reducing the development costs. By receiving and resolving the telemetry data of launch vehicle,it truly forms a automatic system to test and verdict automatically,without human intervention during the testing process. Through experimental verification,the test platform is stable and can satisfy multiple launch vehicle telemetry system integration testing needs,It also provides a new designing thoughts of this kind of test equipment.

telemetry system,automatic test；automatic interpretation； flexible

1671-4598(2016)04-0033-03DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.04.010

TP2

A

2015-09-22；

2015-10-26。

尹祿高(1985-)，男，湖南人，碩士，工程師，主要從事計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制方向的研究。