劉祥水，王緯國，王洪濤

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

激光捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)是現(xiàn)代飛行器、導(dǎo)彈等控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，在應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其基本功能是實時測量載體的3個軸方向的角速度增量、角度增量和角速度信息，通過專用通訊接口與飛控計算機、航電系統(tǒng)、火控系統(tǒng)等進行通訊，實時為用戶輸出姿態(tài)控制和定位控制所需的測量信號。

診斷裝置指能夠全面測試組合導(dǎo)航系統(tǒng)功能及性能所需的整套裝置，包括若干硬件測試設(shè)備和相關(guān)軟件。本方案所設(shè)計的是一種全功能的地面測試設(shè)備，可以作為配套的二線檢測設(shè)備滿足某型激光捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的一般測試、功能測試、二線維護測試需求。

1 診斷裝置整體方案

本測試系統(tǒng)的硬件部分主要由測試柜和轉(zhuǎn)臺組成。測試柜將測試電路、工控機、供電電源等部件封裝成一個整體。轉(zhuǎn)臺部分由轉(zhuǎn)臺臺體和功率控制柜組成，控制柜通過串行接口與測試柜連接。

測試系統(tǒng)軟件由上位機軟件和數(shù)據(jù)采集DSP軟件（簡稱“下位機軟件”）構(gòu)成，上位機軟件在Windows環(huán)境下運行，完成功能測試、導(dǎo)航計算等功能；下位機軟件嵌入到數(shù)據(jù)采集DSP電路中運行，實時采集激光慣組數(shù)據(jù)，并與上位機完成數(shù)據(jù)通訊。

2 診斷裝置的主要功能及指標(biāo)

該裝置針對某型激光捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測試要求設(shè)計，為系統(tǒng)的全方位測試提供軟硬件支持，功能上滿足某型激光導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)所需的測試要求，測試系統(tǒng)具有如下主要功能。

電源供電功能：該裝置能對激光導(dǎo)航系統(tǒng)進行正確的供電，提供工作電源。電源類型有交流220 V計算機供電電源，經(jīng)過穩(wěn)壓電源進行轉(zhuǎn)換的直流27 V電源、5 V電源。

實時監(jiān)測功能：能夠?qū)崟r監(jiān)測激光導(dǎo)航系統(tǒng)各種電源的消耗電流、電壓情況，為出現(xiàn)異常情況提供實時數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集功能[1]：測試系統(tǒng)能夠采集系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)，支持2 MHz頻率高速數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集丟幀率為0；能夠接收、顯示并存儲系統(tǒng)通過各種接口輸出的所有數(shù)據(jù)；同時能夠按照測試誤差模型、測試流程和方法對系統(tǒng)進行速率測試和位置測試；能夠采集各種板卡的完好性信號，監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的慣性儀表、硬件電路以及內(nèi)嵌軟件的工作狀態(tài)。

導(dǎo)航測試功能：根據(jù)導(dǎo)航測試誤差模型和測試流程，在線進行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、實時導(dǎo)航計算等，輸出完整的導(dǎo)航計算結(jié)果信息。

參數(shù)下載回讀功能：測試系統(tǒng)能下載系統(tǒng)所需的溫補、漂移、誤差等參數(shù)，并回讀參數(shù)。

模擬功能：能夠模擬與組合導(dǎo)航系統(tǒng)有交聯(lián)的航電系統(tǒng)設(shè)備，以便進行模擬該系統(tǒng)測試；能夠為組合導(dǎo)航系統(tǒng)提供外部激勵以便進行模擬飛行導(dǎo)航測試。

故障檢測隔離：能夠診斷激光導(dǎo)航系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當(dāng)檢測到導(dǎo)航系統(tǒng)有故障時，能夠?qū)⒐收隙ㄎ坏絃RU或SRU。

維護功能：能夠監(jiān)測導(dǎo)航系統(tǒng)對外輸出接口上所有的電路監(jiān)視和測量。具體包括導(dǎo)航系統(tǒng)電壓量測試、導(dǎo)航系統(tǒng)電流量測試、IF和JB溫度、計算機復(fù)位功能、慣性儀表脈沖接收和顯示功能等參數(shù)。

總線測試功能：測試系統(tǒng)應(yīng)能檢測組合導(dǎo)航系統(tǒng)總線接口的工作狀態(tài)，并且可以對組合導(dǎo)航系統(tǒng)進行基于1553B總線的功能測試，其中包括自檢功能測試、數(shù)據(jù)加載及裝訂功能測試、對準(zhǔn)功能測試、導(dǎo)航功能測試。

完成激光慣組的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)分析、報表打印等功能，輸出完整的標(biāo)定測試數(shù)據(jù)報表。

3 診斷裝置的硬件設(shè)計

診斷裝置的硬件包含專用測試臺、轉(zhuǎn)臺及轉(zhuǎn)臺控制柜、配套測試電纜、數(shù)據(jù)采集卡、總線接口卡、串行接口卡、ISA總線卡、計數(shù)卡、工業(yè)控制計算機、直流穩(wěn)壓電源等。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 地面綜合測試系統(tǒng)組成框圖

硬件部分采用的610H工業(yè)控制計算機配有JSK-A數(shù)據(jù)采集卡、1553PCI/MCH總線接口卡（含耦合器及總線電纜）、專用線路轉(zhuǎn)接盒、航空測控臺等。

該測試系統(tǒng)是計算機控制自動化測試系統(tǒng)，通過與被測系統(tǒng)在電氣上直接連接，可自動完成對組合導(dǎo)航系統(tǒng)綜合電氣性能和靜態(tài)特性的測試，記錄測試結(jié)果并進行測試數(shù)據(jù)的處理分析，完成參數(shù)的標(biāo)定工作和其他工作。

各組成部分的基本功能如下：①轉(zhuǎn)臺是導(dǎo)航系統(tǒng)安裝的基準(zhǔn)，也是測試不同姿態(tài)的必要設(shè)備，測試時高精度的位置和速率需要轉(zhuǎn)臺來提供；②轉(zhuǎn)臺控制柜是轉(zhuǎn)臺的操作臺，提供人機交互界面，并產(chǎn)生轉(zhuǎn)臺的控制信號；③工業(yè)控制計算機（IPC）是整個測試系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要完成測試任務(wù)的指令發(fā)送、數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)控及測試數(shù)據(jù)的處理分析，同時計算機也是測試應(yīng)用軟件的運行平臺，安裝有參數(shù)處理軟件、總線功能測試軟件和導(dǎo)航精度測試軟件；④高速多通道數(shù)據(jù)采集卡接收組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的陀螺和加速度計高速脈沖信號并計數(shù)，同時將數(shù)據(jù)傳給前臺處理程序，輸出系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)；⑤專用測試臺由電源模塊、控制面板、輸入輸出接口、AD電路等功能模塊組成，為組合導(dǎo)航系統(tǒng)提供28 V直流穩(wěn)壓電源，并接收組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的各種電信號，通過數(shù)字萬用表測量，實現(xiàn)對產(chǎn)品狀態(tài)的實時檢測和故障定位。

4 診斷裝置的軟件設(shè)計

軟件是測試系統(tǒng)的核心部分，其內(nèi)部嵌入了標(biāo)定算法、導(dǎo)航算法以及高速通訊模塊，本測試系統(tǒng)的軟件包括2部分：測試軟件和數(shù)據(jù)采集DSP軟件。測試軟件負責(zé)人機界面、數(shù)據(jù)顯示、流程控制、模型計算等，也稱為上位機軟件；數(shù)據(jù)采集DSP軟件負責(zé)陀螺通道、加速度通道的數(shù)據(jù)采集，并與上位機軟件實時通訊，也稱為下位機軟件。

4.1 軟件架構(gòu)

產(chǎn)品性能驗證軟件架構(gòu)示意圖如圖2所示，從應(yīng)用層、交互層、功能層和驅(qū)動層4個層面說明了產(chǎn)品性能驗證軟件架構(gòu)。

圖2 軟件架構(gòu)示意圖

應(yīng)用層是產(chǎn)品性能驗證軟件的頂層，通過程序界面與用戶交互，實現(xiàn)測試操作交互、測試數(shù)據(jù)和結(jié)果顯示等功能。

交互層[2]的作用主要是與數(shù)據(jù)庫交互，獲取數(shù)據(jù)庫存儲的數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)庫；與功能層交互，下發(fā)板卡、總線通信（包括1553B總線和429總線等）指令，接收功能層傳遞的板卡采集和響應(yīng)數(shù)據(jù)、總線通信數(shù)據(jù)；將測試數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用層，接收應(yīng)用層傳遞的操作指令。實時接收慣導(dǎo)輸出的1553B、RS232總線數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化存儲，支持將測試結(jié)果存儲為Excel文件，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)符合工廠TDM系統(tǒng)要求。

功能層從數(shù)據(jù)庫獲取板卡配置信息、總線配置信息等，調(diào)用板卡驅(qū)動層函數(shù)，實現(xiàn)對板卡的控制，實現(xiàn)總線的通信功能；接收交互層的指令、數(shù)據(jù)，執(zhí)行信號控制、指令收發(fā)等功能，將板卡、總線的數(shù)據(jù)處理后傳遞給交互層。

驅(qū)動層主要是數(shù)據(jù)庫和板卡驅(qū)動，數(shù)據(jù)庫中存儲了板卡配置信息、總線配置信息、總線通信協(xié)議等。

4.2 軟件功能

測試軟件集成了高速數(shù)據(jù)采集、處理、實時顯示、計算、存盤等功能。運行程序后能夠?qū)ν勇菥葴y試，計算陀螺隨機漂移。按照功能的不同將軟件分為3個功能模塊。

4.2.1 導(dǎo)航精度測試軟件

導(dǎo)航精度測試軟件是一款標(biāo)準(zhǔn)Windows應(yīng)用程序。當(dāng)系統(tǒng)進行純慣性導(dǎo)航精度測試時，軟件可以通過系統(tǒng)中預(yù)留的測試通道實時記錄導(dǎo)航過程中的輸出參數(shù)。通過統(tǒng)計1 h純慣性導(dǎo)航過程中記錄的姿態(tài)、航向、速度、位置等參數(shù)項，可以計算得到航向角精度（RMS）、俯仰角精度（RMS）、橫滾角精度（RMS）、水平速度精度（RMS）、位置精度（CEP）等導(dǎo)航精度數(shù)據(jù)。

4.2.2 總線接口卡和總線功能測試軟件

總線接口卡可以從測試計算機中拓展出1553B總線接口，配合總線電纜、耦合器等配件，可以將測試系統(tǒng)構(gòu)建為總線形拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)航系統(tǒng)則作為一個遠程終端接入網(wǎng)絡(luò)。

總線測試軟件用來操作總線接口卡，將測試計算機用作總線控制器，組織總線消息的傳輸。通過總線測試軟件，可以對組合導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送控制命令，并接收、顯示組合導(dǎo)航系統(tǒng)回應(yīng)的狀態(tài)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)等內(nèi)容。

4.2.3 串行接口和導(dǎo)航精度測試軟件

系統(tǒng)在工作過程中可以通過串行接口向外發(fā)送內(nèi)部參數(shù)，包括系統(tǒng)的工作狀態(tài)、慣性儀表參數(shù)、導(dǎo)航解算參數(shù)及導(dǎo)航數(shù)據(jù)等。通過測試計算機的串行接口和導(dǎo)航精度測試軟件可以接收、顯示并存儲以上數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對組合導(dǎo)航系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測。通過分析和處理軟件記錄的組合導(dǎo)航系統(tǒng)靜態(tài)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，可以計算出組合導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，包括姿態(tài)精度、航向精度、速度精度、位置精度等。

4.3 軟件流程

驗證軟件的工作流程圖如圖3所示。用戶啟動程序后，軟件首先對license進行檢查，如果license驗證失敗，則直接退出應(yīng)用程序；license驗證成功后，軟件顯示啟動界面并顯示用戶登錄界面，用戶登錄軟件后，執(zhí)行初始，啟動板卡自檢，檢查板卡工作是否正常，并顯示自檢結(jié)果；如果板卡工作正常，進入測試主界面，用戶可進一步選擇進行自動測試或手動測試等操作，否則提示板卡故障信息。進行測試時，用戶通過鼠標(biāo)操作控制軟件的各個功能模塊，從而完成測試任務(wù)。

圖3 工作流程圖

5 結(jié)束語

本文介紹了一般激光導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成，詳細介紹了一種激光導(dǎo)航系統(tǒng)的地面診斷系統(tǒng)的設(shè)計方案，從該系統(tǒng)的功能、指標(biāo)分析得出診斷系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，重點介紹了硬件的功能。在系統(tǒng)的軟件上從軟件架構(gòu)、軟件功能、軟件流程3方面詳細介紹了設(shè)計方案。基于該方案的地面診斷系統(tǒng)能夠?qū)δ承图す鈱?dǎo)航系統(tǒng)進行電源控制、參數(shù)采集處理、故障隔離，是一種典型的工程應(yīng)用。