王怡蘋,李文海,吳忠德

(海軍航空大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264001)

0 引言

電子干擾吊艙在執(zhí)行任務(wù)前，需根據(jù)具體的任務(wù)情況及戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，加載情報(bào)部門提供的針對(duì)本次任務(wù)所需的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)；執(zhí)行任務(wù)后，需對(duì)干擾吊艙在執(zhí)行任務(wù)過程中偵收到的威脅數(shù)據(jù)、干擾數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等進(jìn)行卸載，用于地面情報(bào)分析系統(tǒng)進(jìn)行回放與分析。以上任務(wù)的實(shí)施，均需要通過電子干擾吊艙上的加卸載模塊完成[1-3]。針對(duì)缺乏對(duì)加卸載模塊的有效檢測(cè)手段，而出現(xiàn)的無法進(jìn)行作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫加載與偵察數(shù)據(jù)卸載，嚴(yán)重影響吊艙訓(xùn)練與作戰(zhàn)任務(wù)正常執(zhí)行等問題，在綜合分析現(xiàn)有的檢測(cè)條件基礎(chǔ)上[4-6]，研究了一種可用于內(nèi)外場(chǎng)條件下加卸載模塊測(cè)試的檢測(cè)設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱檢測(cè)系統(tǒng))的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

1 需求分析

1.1 加卸載模塊測(cè)試需求分析

加卸載模塊主要完成任務(wù)前雷達(dá)數(shù)據(jù)庫、干擾數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)初始化狀態(tài)的加載；任務(wù)中系統(tǒng)狀態(tài)及偵察數(shù)據(jù)的記錄；任務(wù)后對(duì)記錄數(shù)據(jù)的卸載等功能。加載和偵收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不掉電RAM中；采用不掉電時(shí)鐘芯片實(shí)時(shí)輸出北京時(shí)間，時(shí)間區(qū)的年、月、日、時(shí)、分、秒等參數(shù)可程控設(shè)置。

某型電子干擾吊艙加卸載模塊組成如圖1所示。單片機(jī)和外部總線都可以對(duì)不掉電RAM進(jìn)行讀寫，通過譯碼電路實(shí)現(xiàn)分時(shí)控制。單片機(jī)不斷向看門狗復(fù)位電路發(fā)送脈沖，若一段時(shí)間不發(fā)送，看門狗就復(fù)位單片機(jī)，以保證系統(tǒng)工作正常。當(dāng)通過加卸載口實(shí)現(xiàn)加卸載操作時(shí)，單片機(jī)通過串口通信與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并完成對(duì)不掉電RAM的讀/寫操作。電子干擾吊艙內(nèi)的處理控制單元可以通過加卸載模塊的背板總線，通過I/O操作的形式對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行讀寫。單片機(jī)可以接收來自系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的負(fù)脈沖中斷信號(hào)。在系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下若一段時(shí)間沒有接收到中斷信號(hào)，單片機(jī)向系統(tǒng)計(jì)算機(jī)發(fā)復(fù)位信號(hào)復(fù)位系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)的工作正常。

圖1 加卸載模塊組成框圖

通過對(duì)加卸載模塊的工作原理及工作流程分析，總結(jié)出判斷一個(gè)加卸載模塊工作是否正常應(yīng)包含以下檢測(cè)內(nèi)容：1)電子干擾吊艙高/低頻段加電后，加卸載模塊向外發(fā)送的頻段標(biāo)志信息是否正確(只發(fā)送一次)；2)頻段上電后，加卸載模塊向外發(fā)送固定標(biāo)識(shí)字符串是否正確(只發(fā)送一次)；3)加卸載模塊每隔5秒向外發(fā)送一次時(shí)間信息，需判斷時(shí)間信息、上報(bào)間隔、信息格式的正確性；4)吊艙斷電再加電后，RAM中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的正確性。

檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意到上述判斷信息據(jù)有瞬時(shí)性與嚴(yán)格的時(shí)序性。

1.2 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

電子干擾吊艙的維護(hù)與性能檢測(cè)工作多數(shù)都是在吊艙陣地(即內(nèi)場(chǎng)環(huán)境)完成[7]；掛載機(jī)后，在外場(chǎng)環(huán)境中只對(duì)其部分功能進(jìn)行定性檢測(cè)(如加電自檢是否正常、是否有輻射信號(hào)輸出)。

為降低檢測(cè)系統(tǒng)研發(fā)成本，并實(shí)現(xiàn)其便攜式要求，對(duì)裝配在電子干擾吊艙上的加卸載模塊進(jìn)行檢測(cè)(以下簡(jiǎn)稱原位檢測(cè))時(shí)，加卸載模塊的供電可由電子干擾吊艙內(nèi)部的母板提供，狀態(tài)控制可由處理控制單元計(jì)算機(jī)控制。因此，在內(nèi)場(chǎng)環(huán)境中，原位檢測(cè)時(shí)利用吊艙陣地已有的吊艙內(nèi)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱吊艙ATE)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子干擾吊艙的供電和狀態(tài)控制，此種檢測(cè)狀態(tài)為內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)；外場(chǎng)環(huán)境中，原位檢測(cè)時(shí)電子干擾吊艙掛載于載機(jī)上，由載機(jī)駕駛艙內(nèi)的顯示控制器或中央控制單元完成對(duì)吊艙的供電和狀態(tài)控制，檢測(cè)系統(tǒng)完成加卸載模塊的功能檢測(cè)，此種檢測(cè)狀態(tài)為外場(chǎng)原位檢測(cè)。

基于上述的設(shè)計(jì)思想，檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成中無需集成直流電源(提供電子干擾吊艙工作所需的直流電)和1553B總線通信卡(電子干擾吊艙與載機(jī)間為1553B總線通信)，這可以極大的降低檢測(cè)系統(tǒng)的體積大小和生產(chǎn)成本。內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)不僅需完成加卸載模塊的功能檢測(cè)，還需完成與吊艙ATE間的通信與狀態(tài)交互，因此需設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)與吊艙ATE間的通信控制電纜。

對(duì)作為備品備件存儲(chǔ)的加卸載模塊進(jìn)行檢測(cè)時(shí)(以下簡(jiǎn)稱離位檢測(cè))，加卸載模塊離開了電子干擾吊艙的工作環(huán)境，檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能提供加卸載模塊正常工作所需的電氣環(huán)境，并模擬吊艙處理控制單元與加卸載模塊之間的數(shù)據(jù)通信(通信總線為串行通信)，完成加卸載模塊離位方式下的檢測(cè)與診斷。

檢測(cè)系統(tǒng)的不同檢測(cè)方式及各種檢測(cè)方式下的檢測(cè)需求如表1如示。

表1 檢測(cè)方式及檢測(cè)需求

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

為了滿足檢測(cè)系統(tǒng)在不同環(huán)境下的檢測(cè)需求，且具有便于攜帶、外場(chǎng)檢測(cè)便利等特點(diǎn)[8-11]，在測(cè)試資源和控制計(jì)算機(jī)的選擇上，采用了緊湊、輕巧及功耗低的嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，其總體組成如圖2所示，整個(gè)系統(tǒng)由硬件平臺(tái)、嵌入式計(jì)算機(jī)、軟件平臺(tái)和測(cè)試程序集4部分組成。

圖2 檢測(cè)系統(tǒng)總體組成框圖

2.1 硬件設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)需滿足內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)、外場(chǎng)原位檢測(cè)和離位檢測(cè)3種檢測(cè)方式。在內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)時(shí)，具備與吊艙ATE的通信和信息傳輸能力，借助于吊艙ATE的軟、硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子干擾吊艙的狀態(tài)控制及信息回讀，完成加卸載模塊的檢測(cè)。外場(chǎng)原位檢測(cè)時(shí)，載機(jī)內(nèi)部的電源和控制設(shè)備對(duì)加卸載模塊進(jìn)行供電和控制，檢測(cè)系統(tǒng)直接與加卸載模塊連接，完成其功能檢測(cè)。而離位檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)需模擬加卸載模塊正常工作所需的電氣環(huán)境，并可實(shí)現(xiàn)吊艙處理控制單元與加卸載模塊之間的數(shù)據(jù)通信。

綜合考慮3種檢測(cè)方式下的測(cè)試需求，達(dá)到使用便攜、降低研制成本，減小體積和組成部件的重復(fù)度的目的，采用了模塊化設(shè)計(jì)的思想。檢測(cè)系統(tǒng)由檢測(cè)終端、加卸載模塊測(cè)試適配器及多根檢測(cè)電纜組成，如表2所示。內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)和外場(chǎng)原位檢測(cè)由檢測(cè)終端和相應(yīng)的檢測(cè)電纜完成。離位檢測(cè)由檢測(cè)終端、加卸載模塊測(cè)試適配器和測(cè)試電纜共同完成。

表2 檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成

2.1.1 檢測(cè)終端

為兼顧內(nèi)外場(chǎng)環(huán)境的使用，檢測(cè)終端表面積只有B5紙大小、高度為10 cm，在這個(gè)空間里集成了嵌入式計(jì)算機(jī)、觸摸顯示屏、USB總線的數(shù)字表和示波器、DC/DC電池組件、信號(hào)接口以及數(shù)據(jù)接口等部件。因此，在檢測(cè)終端內(nèi)部采用了多層、并列布置各組成部件，且同時(shí)考慮了部件與傳輸總線間的電磁兼容性問題。其硬件組成如圖3所示。

圖3 檢測(cè)終端硬件組成框圖

嵌入式計(jì)算機(jī)是檢測(cè)終端運(yùn)行和控制的核心，是整個(gè)硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)和測(cè)試診斷策略運(yùn)行的載體[12-14]，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試控制、測(cè)試數(shù)據(jù)與信息的管理；為節(jié)省檢測(cè)終端內(nèi)部空間，選擇集成了3路串口、多路USB接口的WG-7469模塊。

測(cè)試資源主要包括2個(gè)USB總線接口的通用測(cè)試儀表，即6.5位精度的數(shù)字萬用表和100 MS/S采樣速率的數(shù)字示波器，在檢測(cè)終端內(nèi)部它們都是通過USB總線連接至嵌入式計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了如下功能：1)模擬信號(hào)采集：可高速采集和顯示加卸載模塊的工作信號(hào)；2)脈沖信號(hào)測(cè)量：能夠用于測(cè)量加卸載模塊工作信號(hào)的重復(fù)周期、脈沖寬度和相互間時(shí)序關(guān)系；3)直流電壓測(cè)量：用于多路直流信號(hào)電壓的測(cè)量。

電源組件是檢測(cè)終端的供電單元，它包括鋰電池組、電池監(jiān)控管理單元和DC/DC開關(guān)電源。外部的AC/DC適配器把單相220 V交流電源轉(zhuǎn)換成DC18V電源，然后再由DC/DC組進(jìn)一步變成檢測(cè)終端工作所需的各種直流電源，包括+5 V，+12 V等。

觸摸屏(或液晶屏)是檢測(cè)終端人機(jī)交互界面，它通過USB驅(qū)動(dòng)線和VGA視頻線分別連接到PC104 CPU主板的USB接口和VGA顯卡接口上，操作者可以通過觸摸屏點(diǎn)擊軟件界面的按鈕，執(zhí)行相應(yīng)的操作，得到檢測(cè)結(jié)果。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，出于三防考慮檢測(cè)終端采用密閉設(shè)計(jì)，沒有散熱孔，通過合理布置發(fā)熱器件的安裝部位及機(jī)內(nèi)的熱循環(huán)，利用熱傳導(dǎo)原理進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，將發(fā)熱量大的模塊(如主板、電源)貼合機(jī)箱壁安裝，并在機(jī)箱壁上設(shè)計(jì)凹凸散熱面，加強(qiáng)傳導(dǎo)散熱。對(duì)溫度較敏感的器件，盡量隔離熱源，使檢測(cè)終端的熱分布達(dá)到合理要求。

2.1.2 加卸載模塊測(cè)試適配器

加卸載模塊測(cè)試適配器可提供加卸載模塊工作所需的電氣環(huán)境，并模擬吊艙處理控制單元對(duì)加卸載模塊的控制及數(shù)據(jù)通信，為專門研發(fā)的控制電路。其主體是一個(gè)單板計(jì)算機(jī)，帶有CPU及CPU正常工作所需的存儲(chǔ)器等外圍電路，通過地址線、數(shù)據(jù)線及控制線對(duì)寄存器及FLASH讀/寫的方式控制加卸載模塊的正常工作，以達(dá)到提供離位檢測(cè)條件的需求。測(cè)試時(shí)將待測(cè)的加卸載模塊插入到加卸載模塊測(cè)試適配器中，通過背部連接器與單板計(jì)算機(jī)完成控制與狀態(tài)指令的傳輸。

2.1.3 測(cè)試電纜

檢測(cè)系統(tǒng)共配有三根測(cè)試電纜，分別為原位檢測(cè)電纜、離位檢測(cè)電纜和加卸載信號(hào)檢測(cè)電纜。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境選擇LabWindow/CVI。LabWindows/CVI是NI公司提供的基于ANSI C的圖形化編程工具，用于測(cè)試、測(cè)量和控制的開發(fā)環(huán)境。它具有ActiveX和多線程能力，內(nèi)置的測(cè)量庫支持多種形式的I/O，具有分析、顯示、交互式用戶接口、儀器驅(qū)動(dòng)和代碼生成等功能。并具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析功能；提供多種總線通信控制函數(shù)；以及網(wǎng)絡(luò)傳輸控制協(xié)議接口庫，極大地提高了系統(tǒng)軟件開發(fā)的效率[15-17]。

2.2.2 軟件平臺(tái)

軟件平臺(tái)是測(cè)試程序運(yùn)行的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)中考慮到若某個(gè)測(cè)試資源出現(xiàn)故障，只會(huì)影響測(cè)試程序的部分功能，而不是全部功能。如示波器發(fā)生故障，并不影響檢測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)場(chǎng)或外場(chǎng)測(cè)試，只會(huì)影響離位功能檢測(cè)。因此軟件平臺(tái)采用.ini配置文件的形式存儲(chǔ)系統(tǒng)中所有測(cè)試資源的狀態(tài)。程序啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)讀取該配置文件的內(nèi)容，決定用戶軟件是全功能使用還是降級(jí)使用。這樣，可動(dòng)態(tài)靈活地使用檢測(cè)系統(tǒng)，無需對(duì)因部分測(cè)試資源的故障，而修改檢測(cè)軟件的代碼且重新編譯軟件[18-20]。

2.2.3 測(cè)試程序集

測(cè)試程序集可完成的功能如圖4所示，依據(jù)模塊化、通用化的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行軟件功能劃分，測(cè)試程序集包括內(nèi)場(chǎng)原位測(cè)試、外場(chǎng)原位檢測(cè)、離位檢測(cè)、測(cè)試報(bào)表生成、維修報(bào)表生成、測(cè)試結(jié)果顯示等模塊。

圖4 測(cè)試程序集功能

內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)終端需與吊艙ATE交互完成測(cè)試。測(cè)試過程中吊艙ATE對(duì)電子干擾吊艙供電和工作狀態(tài)進(jìn)行控制，控制信息和檢測(cè)信息在檢測(cè)終端與吊艙ATE之間實(shí)時(shí)交互，交互的控制信息主要是吊艙綜控機(jī)加/斷電和高、低頻段加/斷電的控制和狀態(tài)。每枚電子干擾吊艙根據(jù)其工作頻段，可分為高頻段加卸載模塊和低頻段加卸載模塊，兩個(gè)模塊的測(cè)試方法相同，只是判據(jù)不同，圖5為低頻段加卸載模塊的測(cè)試流程。

圖5 內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)流程

檢測(cè)終端向吊艙ATE依次發(fā)送綜控機(jī)加電、吊艙低頻段加電請(qǐng)求，當(dāng)接收到綜控機(jī)和吊艙低頻段加電成功的信息后，對(duì)低頻段加卸載模塊加電后上報(bào)信息依次進(jìn)行檢測(cè)。由于加卸載模塊上報(bào)的信息具有瞬時(shí)性和嚴(yán)格的時(shí)序性，這就要求檢測(cè)終端在測(cè)試過程中應(yīng)實(shí)時(shí)、及時(shí)的對(duì)信息進(jìn)行接收、分選與判斷。只有所有檢測(cè)信息均正確，才可判斷加卸載模塊工作正常。測(cè)試結(jié)束后，檢測(cè)終端向吊艙ATE依次發(fā)送低頻段斷電、綜控機(jī)斷電指令。

外場(chǎng)原位檢測(cè)軟件的使用需與載機(jī)上的顯示控制器或中央控制單元配合，在吊艙高/低頻段加電完成后的短暫時(shí)間內(nèi)，由加卸載檢測(cè)終端完成對(duì)加卸載模塊的測(cè)試。測(cè)試原理與流程與內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)相似，只是減少了與吊艙ATE間的通訊指令。測(cè)試結(jié)果的判斷依據(jù)也與內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)相同，并給出測(cè)試報(bào)告。

離位檢測(cè)軟件主要完成加卸載模塊在離位狀態(tài)下的串口通道讀寫、掉電存儲(chǔ)、校時(shí)等功能檢測(cè)。

測(cè)試報(bào)表生成模塊可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，自動(dòng)生成完整的測(cè)試報(bào)告，無需操作人員做任何改動(dòng)或者添加即可作為報(bào)告歸檔，實(shí)現(xiàn)測(cè)試過程到報(bào)表生成的無間斷操作，大大減少了操作人員的實(shí)時(shí)記錄、表格整合、數(shù)據(jù)歸類等繁雜的工作量，進(jìn)一步提高了加卸載模塊的測(cè)試效率。

3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證檢測(cè)系統(tǒng)在3種不同檢測(cè)方式下的可操作性和測(cè)試的有效性，使用生產(chǎn)出的檢測(cè)系統(tǒng)與加卸載模塊進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。內(nèi)場(chǎng)原位檢測(cè)的測(cè)試界面與測(cè)試結(jié)果如圖6所示。在吊艙ATE、檢測(cè)終端、加卸載模塊三者間的電纜連接完成、所有測(cè)試資源正常啟動(dòng)后，2分鐘內(nèi)可完成高、低頻段加卸載模塊的檢測(cè)，極大提高了檢測(cè)效率。同時(shí)也進(jìn)行了外場(chǎng)原位檢測(cè)與離位檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6 測(cè)試界面與測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)束語

由于歷史原因，當(dāng)前裝備的吊艙ATE不具備對(duì)加卸載模塊的檢測(cè)能力，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫無法加載，或飛行后數(shù)據(jù)無法卸載的問題，嚴(yán)重影響了吊艙訓(xùn)練與作戰(zhàn)任務(wù)的正常執(zhí)行。在綜合分析現(xiàn)有的檢測(cè)條件基礎(chǔ)上，研究了一種可用于內(nèi)外場(chǎng)條件下加卸載模塊測(cè)試的檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。根據(jù)該方法生產(chǎn)的檢測(cè)系統(tǒng)已交付多套，實(shí)際應(yīng)用表明其可在內(nèi)場(chǎng)、外場(chǎng)條件下完成電子干擾吊艙加卸載模塊原位功能檢測(cè)，以及其離位測(cè)試，完善了電子干擾吊艙維護(hù)保障手段，提高了對(duì)電子干擾吊艙的綜合保障能力。