基于虛擬儀器技術(shù)的某飛控組件綜合性能測(cè)試系統(tǒng)研究

李曉峰，李璐瓊，程遠(yuǎn)方，孫 萍

（國(guó)營(yíng)洛陽(yáng)丹城無(wú)線(xiàn)電廠(chǎng)，河南 洛陽(yáng) 471000）

飛控組件作為空空導(dǎo)彈的控制核心，從導(dǎo)彈上電起，飛控組件負(fù)責(zé)全彈工作時(shí)序的調(diào)度，承擔(dān)導(dǎo)彈自檢、綜合信息處理、自動(dòng)駕駛、攔截導(dǎo)航、引爆計(jì)算、數(shù)據(jù)交互等重要角色。飛控組件的性能直接影響空空導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制和作戰(zhàn)效果。因此本文設(shè)計(jì)的某飛控組件綜合性能測(cè)試系統(tǒng)在保證自身工作良好的前提下，全面、可靠地完成該型飛控組件的功能測(cè)試、性能測(cè)試。

1 測(cè)試系統(tǒng)功能分析

從導(dǎo)彈上電起，導(dǎo)彈飛控組件進(jìn)入導(dǎo)彈掛飛階段工作狀態(tài)，進(jìn)行飛控自檢，接收解算載機(jī)下發(fā)的飛行任務(wù)，導(dǎo)引頭等艙段的自檢信息，并向載機(jī)反饋導(dǎo)彈掛飛狀態(tài)；飛控組件在接收載機(jī)發(fā)射指令后將向載機(jī)反饋檢測(cè)到的舵機(jī)自檢、電池電壓合格等信號(hào)，進(jìn)行電氣分離，進(jìn)入導(dǎo)彈自主飛行階段；進(jìn)入導(dǎo)彈自主飛行階段后，飛控組件根據(jù)飛行任務(wù)控制導(dǎo)彈飛向目標(biāo)，飛行過(guò)程中協(xié)助導(dǎo)引頭截獲目標(biāo)，控制舵機(jī)調(diào)整飛行姿態(tài)，當(dāng)自主飛行一定時(shí)間或者發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后向戰(zhàn)斗部發(fā)出引爆指令。為模擬飛控組件正常工作狀態(tài)，飛控組件綜合性能測(cè)試系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)試系統(tǒng)）涵蓋該型飛控組件所需的測(cè)試資源和必需的時(shí)序控制功能，滿(mǎn)足該飛控組件測(cè)試功能。

2 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在測(cè)試軟件和系統(tǒng)硬件配合下，測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集被測(cè)產(chǎn)品的輸出響應(yīng)，模擬導(dǎo)引頭、舵機(jī)等艙段與飛控組件進(jìn)行信息實(shí)時(shí)交互，依據(jù)特定時(shí)序切換注入加速度計(jì)、陀螺等信號(hào)激勵(lì)，形成飛控組件必需的測(cè)試環(huán)境閉環(huán)，完成飛控組件的性能測(cè)試，通過(guò)特定解析算法完成關(guān)鍵參數(shù)的合格判定。

測(cè)試系統(tǒng)的硬件部分滿(mǎn)足電氣通路自檢、通信功能自檢、板卡資源識(shí)別等功能需求，在完成測(cè)試系統(tǒng)自檢后形成判斷依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，完成對(duì)測(cè)試系統(tǒng)自身可靠性的測(cè)試，保證對(duì)產(chǎn)品測(cè)試功能的完善；為滿(mǎn)足測(cè)試系統(tǒng)自身測(cè)量的準(zhǔn)確性，需對(duì)測(cè)試系統(tǒng)分別進(jìn)行電源系統(tǒng)校準(zhǔn)和電氣系統(tǒng)校準(zhǔn)；其中電源系統(tǒng)校準(zhǔn)主要校準(zhǔn)輸出電壓和輸出電壓的負(fù)載能力，電氣系統(tǒng)校準(zhǔn)主要檢測(cè)電氣系統(tǒng)對(duì)各種信號(hào)的檢測(cè)能力和電氣系統(tǒng)輸出信號(hào)的指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求。這兩項(xiàng)校準(zhǔn)過(guò)程均可在測(cè)試系統(tǒng)校準(zhǔn)測(cè)試時(shí)獨(dú)立、自動(dòng)進(jìn)行。

依據(jù)飛控組件的測(cè)試原理和測(cè)試流程，完成測(cè)試資源梳理，該測(cè)試系統(tǒng)基于虛擬儀器技術(shù)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，主要由PXI 系統(tǒng)、信號(hào)處理單元、供電單元、測(cè)試電纜等組成，其總體組成如圖1 所示。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)總體組成框圖

測(cè)試系統(tǒng)的PXI 系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞和核心，主要由PXI 機(jī)箱、PXI 控制器、429 通信卡、多功能卡、矩陣切換卡、RS422 通信卡等組成。其中429 通信卡主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬載機(jī)飛行任務(wù)下發(fā)和導(dǎo)引頭信息交互；多功能卡主要完成AD 采集和DA 輸出功能，保證飛控組件自主飛行階段測(cè)試時(shí)所需的模擬加速度計(jì)的電流注入；矩陣切換卡與信號(hào)處理單元共同完成被測(cè)產(chǎn)品供電控制和電氣分離等激勵(lì)信號(hào)切換相關(guān)功能；RS422 通信卡主要用來(lái)模擬舵機(jī)、引信與被測(cè)產(chǎn)品之間的信息交互，完成測(cè)試系統(tǒng)其他組件的程控功能。信號(hào)調(diào)理單元是測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)飛控組件的橋梁，其主要功能是完成設(shè)備與產(chǎn)品之間的電氣隔離、阻抗匹配及電平轉(zhuǎn)換，完成設(shè)備內(nèi)部各單元之間的電氣通路，提供設(shè)備和產(chǎn)品的供電需求，模擬相關(guān)的激勵(lì)信號(hào)，建立檢測(cè)模塊和被測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)之間的傳輸通道，通過(guò)軟件的協(xié)調(diào)控制，從而保證測(cè)試流程的順利進(jìn)行。供電單元主要包括設(shè)備供電單元和產(chǎn)品供電單元，包括±27 V、±20 V、±12 V、±5 V 八路電路。測(cè)試電纜用來(lái)保證測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部連接和產(chǎn)品的可靠連接，保證測(cè)試過(guò)程中的可靠性。

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在飛控組件的測(cè)試原理和測(cè)試流程的基礎(chǔ)上，飛控組件通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)軟件配合系統(tǒng)硬件模擬載機(jī)、導(dǎo)引頭、舵機(jī)等外部環(huán)境，按照特定的需求手動(dòng)或者自動(dòng)完成被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試，其中整個(gè)測(cè)試流程由測(cè)試系統(tǒng)軟件有效、有序控制，測(cè)試系統(tǒng)軟件功能圖如圖2 所示。

圖2 測(cè)試系統(tǒng)軟件功能組成框圖

測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的整體思路要按照“三化”的指導(dǎo)思想，為滿(mǎn)足良好的人機(jī)交互要求，滿(mǎn)足軟件的繼承性和擴(kuò)展性，采用軟件平臺(tái)加專(zhuān)用測(cè)試程序的模式實(shí)現(xiàn)。測(cè)試系統(tǒng)采用Windows7 32 位專(zhuān)業(yè)版操作系統(tǒng)作為各單元測(cè)控軟件的運(yùn)行平臺(tái)，選擇VS2010 開(kāi)發(fā)工具采用C#語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并在測(cè)試進(jìn)程控制、系統(tǒng)配置、選項(xiàng)以及中斷指令輸入，交互式、多層次引導(dǎo)測(cè)試人員進(jìn)入特定的測(cè)試模式。

3.1 軟件設(shè)計(jì)原則

測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)合測(cè)試系統(tǒng)特點(diǎn)、任務(wù)要求、技術(shù)指標(biāo)等因素，在軟件設(shè)計(jì)上采用任務(wù)線(xiàn)程結(jié)構(gòu)，以確保時(shí)標(biāo)要求嚴(yán)格的線(xiàn)程具有較高的級(jí)別，以獲取優(yōu)先的處理；根據(jù)測(cè)試的控制要求、時(shí)序和通信，在線(xiàn)、離線(xiàn)控制和數(shù)據(jù)分析計(jì)算任務(wù)的多樣性，進(jìn)程采用消息、事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，通過(guò)實(shí)時(shí)通信使進(jìn)程達(dá)到同步、協(xié)調(diào)和有序；為保證操作人員能有效地獲取測(cè)試信息，提供操作方便、功能齊全的人機(jī)界面，以菜單、窗口、對(duì)話(huà)框、控制構(gòu)件實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的數(shù)據(jù)瀏覽、輸入、修改、進(jìn)程控制、系統(tǒng)配置、選項(xiàng)以及中斷指令輸入，交互式、多層次地引導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)入特定的工作模式；并且把控制和測(cè)量過(guò)程以虛擬儀表的方式動(dòng)態(tài)、連續(xù)地顯示出來(lái)，使得用戶(hù)可以直觀地觀察和操作設(shè)備，從而完成預(yù)定的研究和試驗(yàn)任務(wù)。

3.2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于測(cè)試系統(tǒng)依據(jù)測(cè)試原理及被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試資源需求，基于虛擬儀器技術(shù)選擇多種機(jī)載總線(xiàn)和測(cè)試總線(xiàn)，需要操作種類(lèi)繁多的板卡，為了保證可靠性，提高控制效率，測(cè)試軟件采用分層次的模塊化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)時(shí)采用面向?qū)ο蟮姆绞?，操作上有一致性的功能模塊，通過(guò)封裝形成可復(fù)用的功能對(duì)象，各功能對(duì)象通過(guò)軟件協(xié)議完成信息交互。而軟件系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上劃分為3大層次，即應(yīng)用層、功能層和驅(qū)動(dòng)層。應(yīng)用層按照測(cè)試原理、測(cè)試流程完成便于操作的交互接口開(kāi)發(fā)，配合用戶(hù)完成產(chǎn)品測(cè)試；功能層主要負(fù)責(zé)完成測(cè)試流程控制、測(cè)試資源調(diào)用，總線(xiàn)數(shù)據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析等；驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備的硬件和板卡進(jìn)行操作，完成信號(hào)采集、激勵(lì)和數(shù)據(jù)的收發(fā)，向上層提供一種透明的傳輸通道。

測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3.3 軟件功能設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)軟件在保證實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性的前提下，用動(dòng)態(tài)配置和使用硬件資源真實(shí)地反映測(cè)試過(guò)程中系統(tǒng)資源的運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)試系統(tǒng)軟件主要包括設(shè)備自檢/校準(zhǔn)程序、產(chǎn)品測(cè)試程序、事后分析程序。

設(shè)備自檢程序用于設(shè)備自身通道、總線(xiàn)通道測(cè)試，便于設(shè)備保證自身的可靠性和良好的工作性能。設(shè)備校準(zhǔn)程序用來(lái)保證、確定設(shè)備自身的測(cè)量性能和準(zhǔn)確性，保證測(cè)量誤差在要求合格范圍內(nèi)。

產(chǎn)品測(cè)試程序主要用于組件飛控測(cè)試狀態(tài)的設(shè)置、測(cè)試流程的管理、產(chǎn)品加電及控制過(guò)程、422 信息的交互、監(jiān)控電源狀態(tài)和產(chǎn)品工作狀態(tài)的采集，顯示和記錄測(cè)試進(jìn)程和數(shù)據(jù)，結(jié)合產(chǎn)品測(cè)試流程，分時(shí)分階段控制設(shè)備，切換飛控組件測(cè)試所需的電源資源、總線(xiàn)信號(hào)、激勵(lì)信號(hào)等，完成飛控組件工作階段的轉(zhuǎn)換，在飛控組件測(cè)試過(guò)程中測(cè)試程序，實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)品的重要指標(biāo)數(shù)值，存儲(chǔ)飛控組件的響應(yīng)數(shù)據(jù)，并能夠確保數(shù)據(jù)記錄的可靠準(zhǔn)確、提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、安排更多的圖形顯示空間，以便測(cè)試人員能夠觀察數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化趨勢(shì)，測(cè)試流程圖如圖4 所示。

圖4 測(cè)試系統(tǒng)軟件測(cè)試流程圖

事后分析程序主要用于產(chǎn)品測(cè)試后的結(jié)果分析，能夠方便地調(diào)用當(dāng)前和歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)解碼功能，提供數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)回放功能。進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，程序提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)顯示能力，可以提供多樣的數(shù)據(jù)顯示方式，包括圖像回放、單曲線(xiàn)顯示、多曲線(xiàn)獨(dú)立顯示、多曲線(xiàn)同時(shí)顯示等。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的某飛控組件綜合性能測(cè)試系統(tǒng)基于虛擬儀器技術(shù)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，完成該測(cè)試系統(tǒng)研制，如圖5 所示，已經(jīng)應(yīng)用于某型空空導(dǎo)彈飛控組件測(cè)試，實(shí)際應(yīng)用效果良好，并具備一定的可擴(kuò)展性。

圖5 測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖