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        某型空空導(dǎo)彈飛行控制組件測試系統(tǒng)設(shè)計

        2017-05-30 07:32:35張秦
        河南科技 2017年11期
        關(guān)鍵詞:空空導(dǎo)彈

        張秦

        摘 要:PXI是基于PC的一種用于測試、測量與控制應(yīng)用的一種小型化測試平臺,在空空導(dǎo)彈的生產(chǎn)與測試中,已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹一種基于PXI總線的某型空空導(dǎo)彈飛行控制組件的測試系統(tǒng)。高可靠性與自動化的測試流程,極大提高了測試效率與結(jié)果的可信度。

        關(guān)鍵詞:PXI總線;空空導(dǎo)彈;測試系統(tǒng)

        中圖分類號:TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-5168(2017)06-0057-03

        Design of Flight Control Component Test System for a

        Certain Type of Missile

        Zhang Qin

        (China Airborne Missile Academy,Luoyang Henan 471009)

        Abstract: PXI is a PC-based miniaturization test platform for test, measurement and control applications. In the production and testing of airborne missiles has been widely used, this paper described a PXI bus based on a type of airborne missile flight control components of the test system. High reliability and automated testing process, greatly improving the test efficiency and the credibility of the results.

        Keywords: PXI bus;airborne missile;test system

        PXI是PCI在儀器領(lǐng)域的拓展,是與VXI總線并行的一種模塊化儀器總線標(biāo)準(zhǔn),由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟于1997年制定,在基于CompactPCI(緊湊型PCI)規(guī)范制定的PCI總線技術(shù),提供了優(yōu)秀的機(jī)械整合性[1]。

        隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與空空導(dǎo)彈研制的需要,如何設(shè)計一款具有高集成度與可靠性的自動化測試設(shè)備已經(jīng)變得格外迫切[2]。現(xiàn)代導(dǎo)彈系統(tǒng),待測信號種類繁多,測試時間緊迫,在要求測試系統(tǒng)可靠的前提下更對自動化、快速化提出了要求[3]。本文詳細(xì)介紹了一種基于PXI系統(tǒng)的,針對某型空空導(dǎo)彈飛行控制組件研制的測試系統(tǒng),實現(xiàn)對飛控組件的性能測試。

        1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        飛控組件測試系統(tǒng)由機(jī)柜、測控單元、程控直流電源、衛(wèi)星信號模擬器、配線接口單元、分時測控單元組成。

        各單元通過專用線纜連接,安裝在設(shè)備機(jī)柜中,面板設(shè)置電源開關(guān)、急停按鈕及狀態(tài)指示燈,有綠色、黃色、紅色三種指示燈。綠色表示設(shè)備通電工作,且自檢正常,運(yùn)行正常;黃色表示設(shè)備離線;紅色表示設(shè)備自檢故障,測試異常。

        飛控組件測試系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能:①該系統(tǒng)通過1553B總線接口模擬載機(jī)向飛控組件發(fā)送任務(wù),并接收飛控組件發(fā)出的信息,對飛控組件進(jìn)行429總線通訊測試,對飛控組件進(jìn)行RS-422總線通訊測試,對飛控組件輸出的LVDS遙測信號進(jìn)行采集、處理,產(chǎn)生一次性指令輸入信息發(fā)送給飛控組件,并對飛控組件輸出的一次性信息進(jìn)行接收處理。②該系統(tǒng)向飛控組件輸出+28.5V電源,具有過壓、欠壓、過流保護(hù)功能,在電壓或電流出現(xiàn)異常時可自動斷電保護(hù),具有電壓電流存儲功能。③該系統(tǒng)能測量飛控組件靜態(tài)電阻、輸出電壓。④該系統(tǒng)能產(chǎn)生衛(wèi)星模擬場景信號,并將其以射頻的形式輸出給飛控組件。⑤該系統(tǒng)與飛控組件對接,并完成多發(fā)產(chǎn)品與測試系統(tǒng)信號連接的切換。其系統(tǒng)架構(gòu)框如1所示。

        1.1 測控單元

        測控單元是測試系統(tǒng)的核心部分,也是實現(xiàn)測試功能的基礎(chǔ),通過控制各路板卡發(fā)送及接收信號,實現(xiàn)對飛控組件的加溫、準(zhǔn)備、發(fā)射時序控制,并監(jiān)視飛控組件的狀態(tài),同時還對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

        測控單元由PXI機(jī)箱、PXI控制器、PXI板卡等組成。PXI機(jī)箱選用NI PXI 1044,該機(jī)箱小巧、堅固,同時具有0~55℃擴(kuò)展溫度范圍,配備用于同步的低抖動10MHz時鐘,具有通用交流輸入的可拆卸高性能500W電源。PXI控制器選用NI PXI-8119,基于Intel Core i7-3610QE處理器的高性能嵌入式控制器,適用于PXI系統(tǒng)。該控制器具有2.3GHz基頻、3.3GHz(單核Turbo Boost模式)四核處理器和單通道1 600MHz DDR3內(nèi)存,非常適合用于處理密集型、模塊化儀器和數(shù)據(jù)采集。PXI數(shù)據(jù)板卡包括:1553B總線接口板、ARINC429接口板、具有收發(fā)LVDS信號和422信號功能的綜合接口板、一次性指令控制板、萬用表板及電源控制板。

        1.2 電源

        電源選用TDK-lambda的GENH40-19直流電源,為1U高度上架式的,最大輸出電壓是40V,最大輸出電流是19A,輸出的最大電壓紋波為8mV??墒褂肦S232口實現(xiàn)對該電源的程控。該電源在測試系統(tǒng)中的主要功能為:第一,提供飛控組件正常工作所需的直流電源;第二,提供飛控組件某些指令所需的參考電壓;第三,實時顯示當(dāng)前產(chǎn)品供電的電壓值與電流值;

        1.3 衛(wèi)星信號模擬器

        針對衛(wèi)星信號模擬器的功能及技術(shù)指標(biāo)要求,采用在國防科大研制的GNS8332多星座導(dǎo)航信號模擬器基礎(chǔ)上,進(jìn)行定制的設(shè)計方案。該方案設(shè)計中衛(wèi)星信號模擬器主要由仿真控制模塊、數(shù)學(xué)仿真模塊、信號生成板模塊、信號合成與功率控制模塊、時頻模塊組成,如圖2所示。

        該衛(wèi)星模擬器實現(xiàn)1路衛(wèi)星模擬,并實現(xiàn)功率可調(diào),通過射頻開關(guān)完成2路信號的分時輸出,每一路通過功分器分為4路信號,最終實現(xiàn)模擬器8路信號的輸出。仿真控制模塊是整個系統(tǒng)的操作控制中心,實現(xiàn)導(dǎo)航信號仿真節(jié)拍控制、參數(shù)設(shè)置等協(xié)同管理,以保證各組成部分之間的協(xié)調(diào)性和同步性;數(shù)學(xué)仿真模塊根據(jù)仿真參數(shù)計算生成BD2-B3頻點的導(dǎo)航衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù);信號生成模塊包括基帶信號仿真單元和上變頻單元,基帶信號仿真單元根據(jù)導(dǎo)航衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生基帶導(dǎo)航信號,上變頻單元負(fù)責(zé)將基帶導(dǎo)航信號變頻為射頻導(dǎo)航信號;信號合成與功率控制模塊完成頻點射頻信號功率衰減控制,輸出用戶需要獨立可控的兩路導(dǎo)航信號以供完成測試;時頻模塊做為整個系統(tǒng)的時鐘基準(zhǔn)。

        1.4 接口配線單元

        接口配線單元將測控單元的輸出和輸入信號進(jìn)行調(diào)理,并將不同的連接器的接頭統(tǒng)一為航空接插件。接口配線單元可以和分時測控單元配合,實現(xiàn)對多個設(shè)備的測試;也可以單獨使用,實現(xiàn)對一個設(shè)備的測試[4]。其接口示意圖如圖3所示。

        為了保證1553B總線信號的完整性,在接口配線單元中集成了1553B總線耦合器,主總線(A總線)和備份總線(B總線)各配置一個總線耦合器。設(shè)備中提供的接插件連接測控單元上的PXI1553卡。1553B總線信號經(jīng)過內(nèi)部的總線耦合器連接到接口2航空連接器上,該連接器和分時測控單元或設(shè)備端連接。

        1.5 分時測控單元

        分時測控單元是一款2U高度的上架式信號切換單元,可支持1-to-4的切換模式,支持信號切換、狀態(tài)監(jiān)控等功能,提供RS422接口與主機(jī)端通信。該信號切換單元以FPGA作為核心控制器,實現(xiàn)對各種信號的切換控制和狀態(tài)監(jiān)控,其中,支持4路電源信號的切換;總線信號的切換使用繼電器實現(xiàn),可實現(xiàn)對1553、429、LVDS或422總線信號的切換;IO信號的接口通過光耦隔離,F(xiàn)PGA實現(xiàn)對信號的切換控制和狀態(tài)采集。

        其中,TTL脈沖、27V輸入、光耦輸入、光耦輸出、集電極輸出、429總線信號、422總線信號、LVDS信號都是通過FPGA控制進(jìn)行信號切換的,1553B總線信號是通過信號繼電器來實現(xiàn)切換的。

        通過分時測控單元,飛控組件測試系統(tǒng)便可在不更換飛控組件線纜的條件下,依次對最多四枚飛控組件進(jìn)行測試,極大提高了批量測試的效率與可靠性[5]。

        2 軟件設(shè)計

        飛控組件常溫測試系統(tǒng)運(yùn)行于Windows7專業(yè)版操作系統(tǒng)上,開發(fā)平臺為Microsoft Visual Studio 2010。為了提高測試軟件的可靠性與穩(wěn)定性,測試軟件采用模塊化設(shè)計,按功能分為主程序框架模塊、硬件管理功能模塊、自檢功能模塊、測試功能模塊、校準(zhǔn)功能模塊、數(shù)據(jù)傳輸功能模塊。采用多線程技術(shù)進(jìn)行功能模塊的調(diào)度管理,系統(tǒng)時鐘節(jié)拍通過windows下的高精度多媒體時鐘來實現(xiàn),可精確到1ms。

        主程序框架模塊綜合考慮程序效率,采用多線程處理模型,獨立的線程處理硬件管理功能模塊,獨立線程處理自檢功能模塊、測試功能模塊和校準(zhǔn)功能模塊,這三個模塊是分時處理的。程序界面在主程序框架中實現(xiàn),界面簡潔、操作方便。為了安全性,用戶登錄采用密碼控制使用權(quán)限。各個模塊的功能如下。

        2.1 硬件管理功能模塊

        硬件管理功能模塊實現(xiàn)對1553B總線接口板、429接口板、一次性指令接口板、綜合接口板的管理,對主程序框架提供自檢測、收發(fā)數(shù)據(jù)的功能。每個板卡以動態(tài)鏈接庫的形式向主程序框架提供標(biāo)準(zhǔn)接口。

        2.2 自檢功能模塊

        飛控組件進(jìn)行測試前,需對測試系統(tǒng)自身的功能完整性與正確性進(jìn)行自檢測。自檢原理是利用系統(tǒng)設(shè)備自身的自檢功能,及將設(shè)備的收發(fā)通道物理連接形成閉環(huán)回路,運(yùn)行專用的自檢程序來檢測系統(tǒng)硬件的功能。主要包括以下方面:

        第一,測控單元自檢。1553B總線接口板具有板內(nèi)回路自檢測功能,可通過軟件啟動自檢。429接口板、一次性指令接口板、綜合接口板可通過外接自檢電纜將產(chǎn)品自身的收發(fā)通道連接,建立物理回路,再通過軟件對收發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對來完成自檢。

        第二,輸入電源自檢。輸入電源自檢主要通過電源控制板對電源的輸出電壓等信息進(jìn)行采集,以判別電源系統(tǒng)的工作正常性。

        2.3 測試功能模塊

        測試功能模塊通過加載自動化測試腳本來實現(xiàn)產(chǎn)品的自動化測試,測試人員只需按照提示進(jìn)行操作就能自動完成測試。

        每一個測試過程采用單獨的腳本來加載,通過加載不同的腳本實現(xiàn)不同的測試項目,腳本中設(shè)定不同的測試步驟中,需發(fā)送的各類數(shù)據(jù),采用XML標(biāo)準(zhǔn)腳本實現(xiàn),用戶可根據(jù)需求實時進(jìn)行修正,具有很強(qiáng)的可維護(hù)性,便于后續(xù)的升級工作[6]。

        2.4 校準(zhǔn)功能模塊

        飛控組件常溫測試系統(tǒng)中的電源控制板用來實現(xiàn)對電源電壓和電流信號進(jìn)行采集的功能,需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)維護(hù)。校準(zhǔn)功能模塊實現(xiàn)了自動流程,用于輔助技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)工作。

        2.5 數(shù)據(jù)傳輸功能模塊

        在完成產(chǎn)品測試后,可以把測試記錄的數(shù)據(jù)和設(shè)備的狀態(tài)按規(guī)定的格式上傳服務(wù)器,以形成報表。

        3 結(jié)論

        飛控組件測試系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化的設(shè)計原則,可模擬某型導(dǎo)彈飛行控制組件的地面測試與掛機(jī)狀態(tài),實現(xiàn)飛控組件在常溫下的自檢、時序控制、對準(zhǔn)導(dǎo)航精度等的功能性能測試。其模塊化的設(shè)計方式,保證了產(chǎn)品測試結(jié)果的可靠性與一致性;同時極大地方便了使用中的設(shè)備維護(hù)。簡潔的操作界面與自動化功能,提高了操作人員進(jìn)行測試時的工作效率。

        參考文獻(xiàn):

        [1]郭恩全,盧君明.PXI總線體系結(jié)構(gòu)[J].國外電子測量技術(shù),1998(3):28-30.

        [2]黃濤,潘孟春,祖先鋒.基于PXI總線的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈裝備自動測試系統(tǒng)設(shè)計[J].航空兵器,2005(4):52-57.

        [3]閆淑群,黎玉剛,母勇民.基于PXI系統(tǒng)的導(dǎo)彈測試系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)測量與控制,2011(8):1925-1929.

        [4]彭榮木,崔少輝,陳勝,等.某型導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的測試接口結(jié)構(gòu)研究[J].兵工自動化,2008(6):22-25.

        [5]夏銳,肖明清.并行測試技術(shù)在自動測試系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計算機(jī)測量與控制,2015(1):7-11.

        [6]畢建國,楊雷,郭來君.基于虛擬儀器技術(shù)的飛控組件自動化測試系統(tǒng)[J].航空兵器,2010(4):54-57.

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