林賀章 羅志鋼 孫和平

（中國人民解放軍95285部隊，廣西 桂林，541007）

0 前言

近年來，世界高新技術(shù)的發(fā)展及戰(zhàn)爭形態(tài)的變化對航空制導(dǎo)武器提出了越來越高的要求，使得航空制導(dǎo)武器裝備日趨復(fù)雜、裝備智能化程度不斷提高。而要檢測和保障這些武器，構(gòu)建基于VXI總線的航空制導(dǎo)武器自動測試系統(tǒng)無疑是最優(yōu)選擇。

1 自動測試系統(tǒng)的概述

以計算機(jī)為核心，在程序的控制下，自動完成特定測試任務(wù)的儀器系統(tǒng)稱為自動測試系統(tǒng)（Automatic Test System,簡稱ATS）。由于自動測試技術(shù)的引入，不僅提高了測試效率，保證了測試的準(zhǔn)確性和可靠性，減少了認(rèn)為原因造成的測試錯誤和誤差，減低生產(chǎn)和測試成本，還具有過程監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、故障診斷及預(yù)測等多項功能。

1.1 自動測試系統(tǒng)的基本組成

一般意義的自動測試系統(tǒng)，是指采用計算機(jī)控制能自動完成激勵、測量、數(shù)據(jù)處理并顯示或者輸出測試結(jié)果的一類系統(tǒng)的統(tǒng)稱。這類系統(tǒng)通常是在標(biāo)準(zhǔn)的測控系統(tǒng)或者測試總線（如GPIB、VXI等總線）的基礎(chǔ)上組建。工程上往往針對一定的應(yīng)用領(lǐng)域或被測試對象并且常按應(yīng)用對象來命名，如：發(fā)動機(jī)自動測試系統(tǒng)、制導(dǎo)彈藥測試系統(tǒng)等。自動測試系統(tǒng)的組成從不同的角度看可以有不同的劃分方法，從本身構(gòu)成來看，分為：“自動測試設(shè)備+TPS+TPS開發(fā)環(huán)境”三大部分。從計算機(jī)應(yīng)用的角度看，可以分為：“硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)”兩部分。

（1）從本身構(gòu)成的角度來劃分。自動測試系統(tǒng)(ATS)由三大部分：自動測試設(shè)備（Automatic Test Equipment,ATE）、測試程序集（Test Program Set,TPS）、TPS軟件開發(fā)工具。

自動測試設(shè)備是指用來完成測試任務(wù)的全部硬件和相應(yīng)的操作系統(tǒng)軟件。ATE的心臟是計算機(jī)，該計算機(jī)用來控制復(fù)雜的測試儀器，如數(shù)字多用表，波形分析儀，信號發(fā)生器及開關(guān)矩陣組件等。這些設(shè)備在測試軟件的控制下工作，通常是提供被測對象中的電路或部件所要求的激勵，然后在不同的引腳、端口或連接點(diǎn)上測量被測對象的響應(yīng)，從而確定該被測對象是否具有規(guī)范中規(guī)定功能或性能。

圖1 自動測試系統(tǒng)的基本組成

圖3 VXI總線測試儀控制方式

測試程序集（TPS）是與被測對象及其測試要求密切相關(guān)的，典型的測試程序集由三部分組成：測試程序軟件、測試接口適配器、被測試對象測試所需的各種文件。測試軟件控制ATE中的激勵設(shè)備、測量儀器、電源及開關(guān)矩陣組件等，將激勵信號加到需要加入的地方，并在合適的點(diǎn)測量被測對象的響應(yīng)信號，然后再由測試軟件來分析測量結(jié)果。

TPS軟件開發(fā)工具包括：ATE和被測對象仿真器、ATE和被測對象語言、編程工具，不同的自動測試系統(tǒng)所能提供的測試程序集軟件開發(fā)工具有所不同。

（2）從計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的角度來劃分?？梢詫⑵浞譃椤坝布焙汀败浖眱刹糠帧?/p>

硬件部分是指所能看地見的有形的東西，如主控計算機(jī)、VXI機(jī)箱、VXI模塊、電源、機(jī)械平臺、氣源組件、接口適配器、各種專用電纜等

軟件是指安裝在主控計算機(jī)內(nèi)部的各種程序，包括操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序、軟件開發(fā)環(huán)境、各種測試應(yīng)用程序等。

圖2 航空制導(dǎo)武器測試原理

1.2 自動測試系統(tǒng)的基本工作原理

實(shí)現(xiàn)自動測試，其基本的做法是將產(chǎn)品測試所需要的資源（測量儀器、激勵源、轉(zhuǎn)化開關(guān)、電源）集成到一個系統(tǒng)中，測試過程由系統(tǒng)中的控制器（計算機(jī)）通過執(zhí)行測試軟件來控制，其基本組成如下圖1：

系統(tǒng)中，信號源提供被測對象（UUT）所需的各種激勵信號（電源、函數(shù)發(fā)生器輸出、D/A轉(zhuǎn)換器輸出）送往UUT。測量儀器（數(shù)字多用表、A/D轉(zhuǎn)化器、評率計數(shù)器、示波器）則用來測量UUT各測量點(diǎn)在施加激勵后的響應(yīng)。開關(guān)系統(tǒng)按照控制器的命令將信號切換到所要求的路徑，控制器通常為通用微型計算機(jī)或嵌入式微型計算機(jī)，用來控制整個測試過程并處理所測得的數(shù)據(jù)。人機(jī)接口是操作員與ATE進(jìn)行交互的工具，主要包括顯示器、鍵盤、打印機(jī)等。測試夾具及適配器電路是UUT與ATE的接口，它保證UUT與ATE之間可靠地機(jī)械、電氣連接與匹配。

ATE中控制器與信號源、測量儀器、矩陣開關(guān)、多路轉(zhuǎn)換器等設(shè)備為VXI總線模塊，系統(tǒng)核心的測量儀、信號源、開關(guān)組件等被集成到一個或幾個VXI總線機(jī)箱中。這時，就構(gòu)成了基于VXI總線自動測試系統(tǒng)。

2 測試儀的設(shè)計原理

2.1 航空制導(dǎo)武器測原理

航空制導(dǎo)武器測試原理如圖2所示。

圖中用虛線劃出了各個機(jī)箱所包含的部件，通用機(jī)械平臺根據(jù)不同型號的制導(dǎo)武器可能是艙段測試模擬臺，也可能是通用測試支架。其基本工作原理如下：測試儀的核心是VXI機(jī)箱，在它的內(nèi)部各種模塊化的儀器，包括測量儀器（A/D模塊、數(shù)字萬用表、DI等）、激勵儀器（信號發(fā)生器、DO等）、開關(guān)儀器（矩陣開關(guān)）、數(shù)字通信模塊（429模塊、BMK模塊、PK編碼模塊等）以及一些專用模塊等，所有這些資源都連接到通用接口陣列上。

VXI機(jī)箱內(nèi)各儀器的工作是受主控計算機(jī)控制的，這通過主控計算機(jī)與VXI機(jī)箱零槽模塊之間的1394總線來實(shí)現(xiàn)。

通用接口陣列與被測制導(dǎo)武器不能直接連接，而是通過與之相適應(yīng)的專用適配器來實(shí)現(xiàn)，專用適配器主要完成信號電平匹配、信號類型轉(zhuǎn)換、光電隔離和功率驅(qū)動等信號調(diào)理工作，使得VXI機(jī)箱內(nèi)的通用測試資源可以與形式各樣的制導(dǎo)武器信號匹配。制導(dǎo)武器測試時，制導(dǎo)武器工作所需的電源也是由專用適配器來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接控制的，測試儀有一個產(chǎn)品電源組件機(jī)箱和一個通用附件箱來產(chǎn)生測試所需的各種電源，產(chǎn)品電源組件機(jī)箱的電源直接供給制導(dǎo)武器，設(shè)備電源組件機(jī)箱直接給專用適配器內(nèi)部電路工作，這兩部分通過電纜連接到專用適配器上，經(jīng)由適配器內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換控制，按相應(yīng)的要求給各分部供電。各個程控電源的工作是由主控計算機(jī)通過GPIB總線來控制的。

制導(dǎo)武器通過專用的電纜實(shí)現(xiàn)與專用適配器連接，另外，制導(dǎo)武器的測試過程還需要一些專用測試組件的配合，例如目標(biāo)模擬器、引信天線帶、舵機(jī)的力矩測試組件、分離信號觸發(fā)組件等。

專用測試組件、VXI機(jī)箱內(nèi)部的通用測試資源以及電源組件在主控計算機(jī)內(nèi)的測試程序的控制下，按照一定的順序和要求給被測試的制導(dǎo)武器通過電源和信號激勵，使被測試武器按照設(shè)定的方式工作，并在此過程中測試武器的各種信號和狀態(tài)是否正常，從而完成武器的測試工作。

某些制導(dǎo)武器的測試過程需要?dú)庠?，這由通用氣源組件來提供。通用氣源組價本身不產(chǎn)生氣體，它只是對外提供的符合標(biāo)準(zhǔn)的氣源進(jìn)行通斷控制和壓力調(diào)節(jié)。對通用氣源組件的控制是由主控計算機(jī)通過RS-232串口通信來實(shí)現(xiàn)的。

2.2 VXI總線控制原理

VXI機(jī)箱通過VXI總線實(shí)現(xiàn)測試時所需的采集、輸出、開關(guān)控制、脈沖計數(shù)、閉環(huán)算法等功能，并通過VXI總線零槽控制器與主控計算機(jī)之間1394總線通訊實(shí)現(xiàn)VXI系統(tǒng)機(jī)箱卡與主控計算機(jī)的測試數(shù)據(jù)通信交互。VXI機(jī)箱采用C型13槽規(guī)格，如圖3

（1）零槽控制器模塊

該模塊放置在VXI主機(jī)箱的零號槽位置，是控制VXI總線系統(tǒng)的內(nèi)嵌式控制器，用于連接外部計算機(jī)和VXI主機(jī)箱的資源管理器，它還具有公共系統(tǒng)資源及資源管理功能，對公共時鐘信號、觸發(fā)信號、模塊識別信號、中斷優(yōu)先和中斷響應(yīng)等信號驅(qū)動和管理。

（2）閉環(huán)算法控制器模塊

該模塊功能強(qiáng)大，配備不同的SCP可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)算法控制、模擬信號輸出、IO信號輸入輸出、模擬信號輸入、模擬信號調(diào)理等多種功能?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需求編制算法完成復(fù)雜功能，并將算法下裝到閉環(huán)算法控制器。通用電氣平臺配置了直通輸入調(diào)理器、低通濾波輸入調(diào)理器、模擬信號輸出器、IO信號輸入輸出器等SCP。

（3）多功能萬用表模塊

系統(tǒng)采用數(shù)字多用表對實(shí)時性要求不高的靜態(tài)模擬量進(jìn)行采集，其中包括交直流電壓、交直流電流、電阻、頻率等基礎(chǔ)物理量。如航空制導(dǎo)武器上電源組合產(chǎn)生的交直流電壓、電流、頻率的測量，航空制導(dǎo)武器上電路導(dǎo)通的測量等。

（4）角度/數(shù)字旋轉(zhuǎn)變換器模塊

該模塊能提供RDC角度到數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。制導(dǎo)武器測試過程中需要控制導(dǎo)引頭偏轉(zhuǎn)角度到設(shè)定值，該功能由角度/數(shù)字旋轉(zhuǎn)變換器和閉環(huán)算法控制器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。閉環(huán)控制器首先由角度/數(shù)字旋轉(zhuǎn)變換器從被測對象讀入當(dāng)前角度值，該值直接以數(shù)字量的形式傳給閉環(huán)算法控制器，閉環(huán)算法控制器將解算出的當(dāng)前角度值同設(shè)定值比較，如果兩個值不等，則閉環(huán)算法控制器向制導(dǎo)武器發(fā)送對應(yīng)線性電壓激勵信號，驅(qū)動導(dǎo)引頭運(yùn)行，然后再采集并比較導(dǎo)引頭實(shí)時角度值，直到實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引頭當(dāng)前角度值與設(shè)定值相等。被測導(dǎo)引頭的角度將動態(tài)穩(wěn)定在設(shè)定值。

圖4 軟件總體結(jié)構(gòu)框圖

（5）8＊32繼電器矩陣開關(guān)模塊

系統(tǒng)采用8＊32繼電器矩陣開關(guān)實(shí)現(xiàn)被測對象模擬激勵的復(fù)雜控制邏輯，它可以同時輸出8路模擬激勵信號，通過能夠?qū)?路模擬激勵信號切換到32路輸出通道。8行32列信號線呈矩陣交叉排列，任何行列之間可以通過繼電器導(dǎo)通，并且各繼電器可以同時閉合互不影響，可以滿足輸入輸出復(fù)雜邏輯控制。

（6）多路復(fù)用開關(guān)模塊

為滿足多通道的電壓、電阻、頻率、電流、時間間隔、及開關(guān)量信號的測量，通用測試平臺采用多路復(fù)用開關(guān)切換各響應(yīng)信號到采樣設(shè)備。該模塊可采用單端輸入、差分輸入、三線輸入、四線輸入等多種工作方式，各信號通道相互隔離。為了滿足并行采集的需求，在差分輸入方式中將2塊多路復(fù)用開關(guān)的128通道分為八組，每組32通道，各通道間互不干擾可獨(dú)立工作。

（7）128路控制開關(guān)模塊

該模塊控制開關(guān)發(fā)出以下幾類指令：電源等其它設(shè)備的控制指令，被測對象的干接點(diǎn)激勵信號，被測對象的27V激勵信號（與27V電源配合）等指令。

（8）掃描A/D模塊

該模塊64通道16位kSa/s，可實(shí)現(xiàn)64通道全差分采樣，掃描順序和通道數(shù)可靈活配置，可實(shí)時讀取當(dāng)前采樣值及通過設(shè)置采樣存儲深度讀取采樣值數(shù)據(jù)。采樣速率最高的100KSa/s。

（9）計時/計數(shù)器模塊

圖5 VXI虛擬儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該模塊具備時間間隔、脈沖寬度、脈沖計數(shù)等測量功能。根據(jù)被測信號性質(zhì)將被測信號分為低頻及高頻兩類信號，高頻信號在測試適配器ITA內(nèi)作隔離衰減等調(diào)理，低頻信號在ITA內(nèi)作衰減在信號調(diào)理內(nèi)作隔離，兩種信號各分配4個信號通道。

（10）429通訊接口模塊

該模塊通過內(nèi)置處理器和數(shù)據(jù)隊列存儲器實(shí)現(xiàn)了兩種總線的全雙工429數(shù)據(jù)交換協(xié)議，并且具有重復(fù)以固定時間間隔發(fā)送命令幀的功能，該模塊共有10個通道，接收10選1，發(fā)送1帶10，I/O接口采用DB37芯插座。波特率40/50kbps可設(shè)。

（11）BMK通訊接口模塊

該模塊用于實(shí)現(xiàn)BMK數(shù)字通信協(xié)議，可以對16位數(shù)據(jù)總線接收存儲，具有電氣隔離功能。VXI總線接口電路及數(shù)據(jù)采集存儲控制電路全部由CPLD實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)存儲深度為雙口RAM16＊4K，對外部數(shù)據(jù)的讀取可以是定時或外部觸發(fā)，讀取的數(shù)據(jù)存放在雙口RAM中。

3 硬件組成

從功能上劃分，測試儀主要由通用電氣平臺、通用機(jī)械平臺、專用測試組件三大部分組成。

3.1 通用電氣平臺

通用電氣平臺是測試設(shè)備的核心，包括了測試系統(tǒng)的主控計算機(jī)、通用測試儀器、矩陣開關(guān)、電源等測試資源，主要由五個機(jī)箱組成，另外還有一個負(fù)責(zé)為制導(dǎo)武器測試提供各種氣源的通用氣源組件。

主控組件。內(nèi)部包含主控計算機(jī)、打印機(jī)、某型號制導(dǎo)武器測試時所用的高頻組件等。

VXI組件。內(nèi)部包含一個插有各種VXI模塊化儀器的C尺寸VXI機(jī)箱；在機(jī)箱裝有一個由GPIB總線控制的示波器，可以實(shí)時觀察“制導(dǎo)武器音響”等關(guān)鍵信號。

電源組件。包含一臺程控交流電源、一臺程控直流電源、兩臺大功率程控直流電源、一個設(shè)備電源，它們都由主控計算機(jī)通過GPIB總線控制。

通用附件。它是整個測試系統(tǒng)的供電控制中樞外部380V交流市電由此機(jī)箱背面輸入，然后向各個用電單元分配供電。

通用氣源組件。通用氣源組件為制導(dǎo)武器測試時提供所需的氣源，包括高壓空氣和高壓氮?dú)?，其工作過程通過主控計算機(jī)一個RS232接口來自動完成的。

3.2 專用測試組件

專用測試組件是通用測試資源不能滿足特殊的測試需求而專門設(shè)置的測試組件，包括多型適配器、艙段測試模擬臺、目標(biāo)模擬器、引信模擬器、液壓測試組件、天線屏蔽罩、引信天線帶、離梁信號模擬器等。

專用適配器是通用電氣平臺與被測試制導(dǎo)武器之間的電氣信號接口裝置，是針對每一種被測試武器的接口信號特點(diǎn)和測試需求專門設(shè)計的，主要實(shí)現(xiàn)通用測試資源與被測試對象之間的信號電平轉(zhuǎn)換與隔離、功率驅(qū)動、信號調(diào)理等功能。

在對制導(dǎo)武器的測試時，還需要模擬制導(dǎo)武器的實(shí)際工作環(huán)境和目標(biāo)的工作條件，這個任務(wù)由相應(yīng)的各種專用測試組件來完成。如，模擬制導(dǎo)武器所攻擊目標(biāo)的紅外目標(biāo)模擬器、雷達(dá)目標(biāo)模擬器、進(jìn)行制導(dǎo)武器引信測試時的引信模擬器、引信天線帶等。

3.3 通用機(jī)械平臺

通用機(jī)械平臺主要是提供指導(dǎo)武器測試時的安裝與固定，另外它還提供一些專用測試組件的安裝與固定，包括艙段測試通用模擬臺和通用支架兩部分。

4 軟件組成

測試軟件主要功能是測試流程配置、測試執(zhí)行、儀器控制、數(shù)據(jù)管理、報表管理等，實(shí)現(xiàn)整臺測試儀的流程配置及測試運(yùn)行管理等。

4.1 軟件的總體結(jié)構(gòu)

基于 VXI測試系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，軟件在微軟Windows2000(NT5.0) 32位操作系統(tǒng)平臺應(yīng)用，采用NI公司的 Lab Wi ndows／CVI4.0版本語言交互開放編程技術(shù) ，實(shí)現(xiàn)窗口、事件和消息的 Wi ndows工作方式與硬件驅(qū)動程序相融合。軟件總體結(jié)構(gòu)框圖見圖4。

VXI測試儀軟件總體結(jié)構(gòu)從低層到頂層 ，實(shí)際主要包括 3個部分：VISA 虛擬儀器軟件、模塊驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件。由于被測試航空制導(dǎo)武器的多樣性及參數(shù)的復(fù)雜性，系統(tǒng)軟件采用分層模塊化設(shè)計方法 。首先完成相鄰層之間的接口協(xié)議 ，盡可能減少層次之間的耦合，然后分別完成項層與底層軟件的開發(fā)。軟件結(jié)構(gòu)采用分層設(shè)計，其中頂層為主控模塊，底層為各設(shè)備測試模塊。主控模塊和各儀器模塊分別為可獨(dú)立運(yùn)行的子系統(tǒng) 。

4.2 VXI虛擬儀器系統(tǒng)驅(qū)動

VPP規(guī)范是對VXI總線標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充和發(fā)展，主要解決了VXI總線系統(tǒng)的軟件標(biāo)準(zhǔn)問題。對操作系統(tǒng)、編程語言、I/O程序庫、儀器驅(qū)動程序、應(yīng)用軟件工具等都作了原則性規(guī)定，真正實(shí)現(xiàn)了VXI總線系統(tǒng)的開放性、兼容性、互換性，進(jìn)一步縮短了VXI系統(tǒng)的集成時間。如圖5。

VXI零槽模塊與其他各儀器模塊一起，構(gòu)成了虛擬儀器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，在這些儀器模塊中，有VXI儀器、GPIB儀器、異步串口通信儀器等，也可以有消息基器件、寄存器基器件、存儲器基器件等。I/O接口軟件留駐于計算機(jī)系統(tǒng)之中，是計算機(jī)與儀器之間的軟件層連接，它對于儀器驅(qū)動程序開發(fā)者來說是一個個可調(diào)用的操作函數(shù)集。每個儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動程序，是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對儀器控制的橋梁。自動測試系統(tǒng)的應(yīng)用程序直接面對的是操作用戶，通過友好直觀的測控操作與顯示界面、豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能完成自動測試任務(wù)I/O接口軟件、儀器驅(qū)動程序以及應(yīng)用程序三級結(jié)構(gòu)自下而上構(gòu)成了虛擬儀器系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。

4.3 LabWindows/CVI 編程方法

使用 LabWindow s/CVI 進(jìn)行編程, 其步驟如下:

第一步:根據(jù)測試系統(tǒng)確定程序的基本框架、程序中所需的函數(shù)等。

第二步:根據(jù)第一步制定的方案創(chuàng)建用戶圖形界面及回調(diào)函數(shù)名。

第三步:讓計算機(jī)生成程序代碼及回調(diào)函數(shù)的基本框架, 添加函數(shù)代碼, 完成代碼的編寫工作。

第四步:編譯、調(diào)試程序。把頭文件、用戶圖形界面文件、源代碼文件添加到項目文件中去, 完成整個程序的編制。以上是使用 LabWindows/CVI 進(jìn)行編程的一般步驟, 看上去 比較簡單, 但實(shí)際上使用LabWindows/CVI 開發(fā)多武器平臺測試 程序是一個漫長而又艱巨的工作, 需要不斷的修改和調(diào)試。

5 結(jié)束語

基于 VXI總線的航空制導(dǎo)武器測試系統(tǒng)，具有功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、擴(kuò)展功能強(qiáng)、使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)能夠?qū)Χ嘈秃娇罩茖?dǎo)武器進(jìn)行快速檢測，對提高武器系統(tǒng)的可靠性和可維修性，充分發(fā)揮航空制導(dǎo)武器的作戰(zhàn)效能，提高部隊的訓(xùn)練水平和戰(zhàn)斗力有極其重要的作用。