中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所 侯 品

宜昌供電公司 羅昳昀

1.引言

隨著未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展以及越來(lái)越多高新技術(shù)在武器裝備中的應(yīng)用，武器系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的單一模擬信號(hào)采集將難以滿足測(cè)試任務(wù)的需要，在這一方面，對(duì)于具有高精度制導(dǎo)功能的火箭干擾彈更是如此。

目前，多種高新技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各型火箭干擾彈中，彈上的部件日益增多且復(fù)雜，待測(cè)信號(hào)種類繁多，而且干擾彈測(cè)試時(shí)間緊迫、環(huán)境復(fù)雜多變，并且各型干擾彈的研發(fā)、使用、維護(hù)等諸多因素對(duì)軍用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)提出了更高要求，不僅要求干擾彈測(cè)試自動(dòng)化、快速化，而且要求測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊堅(jiān)固，抗干擾能力強(qiáng)，具備在復(fù)雜環(huán)境下工作的能力。

我國(guó)進(jìn)行干擾彈測(cè)試用的儀器設(shè)備仍以PCI、VXI總線系統(tǒng)居多，隨著干擾彈整體性能的提高以及測(cè)試參數(shù)的增多，傳統(tǒng)的PCI與VXI技術(shù)暴露出了越來(lái)越多的缺點(diǎn)，如PCI測(cè)控系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性差，可靠性低等；VXI系統(tǒng)功能強(qiáng)大，但是其成本較高，且測(cè)試設(shè)備相對(duì)較為笨重。

干擾彈控制系統(tǒng)的系統(tǒng)測(cè)試是干擾彈系統(tǒng)測(cè)試中最重要的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)測(cè)試合格與否是干擾彈能否進(jìn)行發(fā)射的基本依據(jù)。系統(tǒng)測(cè)試是在控制系統(tǒng)儀器經(jīng)過(guò)單元測(cè)試并裝彈后進(jìn)行的系統(tǒng)綜合性功能檢查。相比傳統(tǒng)測(cè)試儀器，基于虛擬儀器和PXI總線的測(cè)試系統(tǒng)具有靈活、廉價(jià)、通用性好、測(cè)試精度高、數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)分析處理等優(yōu)點(diǎn)。利用不同功能的PXI模塊化儀器，只需外加構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所需的傳感器、輔助電路等，就可以輕松組建功能齊全、易于擴(kuò)展的測(cè)試平臺(tái)。

2.PXI技術(shù)簡(jiǎn)介

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)基于PXI總線的測(cè)試系統(tǒng)越來(lái)越多的受到人們的親睞。PXI總線是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI公司）發(fā)布的一種高性能低價(jià)位的開(kāi)放性、模塊化儀器總線，是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與儀器儀表測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的模塊化儀器自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，具有先進(jìn)、通用、可靠、易于擴(kuò)展和高速等優(yōu)點(diǎn)。

PXI（PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展）是一種堅(jiān)固測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線特性與Compaet PCI的堅(jiān)固性、模塊化及Euroeard機(jī)械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。這使它成為該領(lǐng)域繼GPIB（I EEE488）之后成長(zhǎng)最快的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。相較于其他的工業(yè)規(guī)格，PXI具備較佳的效能與較低的成本優(yōu)勢(shì)。

PXI總線在信息傳輸能力強(qiáng)、兼容性、開(kāi)放式構(gòu)架、靈活性、尺寸和結(jié)構(gòu)、技術(shù)成本低等方面都顯示出了優(yōu)勢(shì)，迅速發(fā)展成為在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的測(cè)試平臺(tái)。基于總線技術(shù)組建導(dǎo)彈自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已成為干擾彈自動(dòng)測(cè)試發(fā)展的主流。采用當(dāng)前測(cè)試領(lǐng)域先進(jìn)的PXI總線和虛擬儀器技術(shù)，且考慮到通用性是武器測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展方向，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于PXI總線和虛擬儀器技術(shù)的通用干擾彈自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)測(cè)試原理導(dǎo)彈控制系統(tǒng)測(cè)試主要分為計(jì)算機(jī)輸出測(cè)試、穩(wěn)定系統(tǒng)測(cè)試、制導(dǎo)系統(tǒng)測(cè)試和電源配電系統(tǒng)測(cè)試幾個(gè)部分。其中最主要的部分是：（1）計(jì)算機(jī)輸出測(cè)試：將彈上計(jì)算機(jī)輸出頻率信號(hào)（TTL電平）經(jīng)模擬多路開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)接后送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量；向彈上計(jì)算機(jī)發(fā)導(dǎo)引輸出指令，由彈上計(jì)算機(jī)發(fā)出幾個(gè)特征導(dǎo)引輸出信號(hào)，地面測(cè)試系統(tǒng)采集導(dǎo)引放大器的輸出電壓，同標(biāo)稱指進(jìn)行比較，即可判斷導(dǎo)引放大器指標(biāo)是否合格。（2）穩(wěn)定系統(tǒng)測(cè)試：穩(wěn)定系統(tǒng)測(cè)試是對(duì)變換放大器和伺服機(jī)構(gòu)的聯(lián)合測(cè)試，主要檢查穩(wěn)定系統(tǒng)的總體工作情況。測(cè)試過(guò)程中，由測(cè)試系統(tǒng)交直流信號(hào)源模擬敏感元件給出。

測(cè)試系統(tǒng)的總體方案和工作原理應(yīng)該遵循“模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化”的思想，能夠滿足不同型號(hào)干擾彈的測(cè)試需要。測(cè)試系統(tǒng)的功能涵蓋電源輸入、對(duì)導(dǎo)彈加入激勵(lì)信號(hào)、信號(hào)的采集與處理、數(shù)據(jù)的回放與分析，是判斷干擾彈系統(tǒng)包括各部件是否工作正常、導(dǎo)彈系統(tǒng)工作流程是否合理、導(dǎo)彈部件接口是否匹配的主要依據(jù)。

本文簡(jiǎn)要敘述了如何利用National Instruments（NI）公司的虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計(jì)構(gòu)造一個(gè)基于PXI平臺(tái)的多型干擾彈綜合信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用NI公司的PXI設(shè)備構(gòu)建系統(tǒng)的硬件框架，同時(shí)使用NI的LabVIEW或其它可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)，從而為用戶提供了一個(gè)易于控制、易于集成、高效率和可擴(kuò)展的自動(dòng)測(cè)試與控制平臺(tái)。該系統(tǒng)采用同一套硬件，只需配以不同的接口和檢測(cè)軟件，就可對(duì)多型干擾彈控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。

干擾彈測(cè)試系統(tǒng)由PXI總線系統(tǒng)、電源模塊和信號(hào)調(diào)理單元和信號(hào)接口單元組成。PXI總線系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、多功能數(shù)據(jù)采集DAQ模塊、信號(hào)發(fā)生器模塊、數(shù)字萬(wàn)用表模塊、串行口擴(kuò)展模塊、多路復(fù)用開(kāi)關(guān)組成。

該系統(tǒng)具有64路模擬量輸入，96路數(shù)字I/O，8路模擬輸出，3路任意波形發(fā)生器，4路串口通訊模塊，一個(gè)萬(wàn)用表模塊，以及一個(gè)多路復(fù)用開(kāi)關(guān)。另外，PXI控制器上具有嵌入式GPIB控制接口，可以控制可編程電源。系統(tǒng)同時(shí)還具備5個(gè)可以擴(kuò)展的槽位，便于隨時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。

PXI總線模塊化儀器是自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的核心。系統(tǒng)采用的PXI模塊儀器有：PXI一1045，3U尺寸18槽PXI機(jī)箱；PXI一6031E，E系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，最多64路模擬輸入。PXI一6608通用計(jì)數(shù)器，最高80MHz通用計(jì)數(shù)器。

4.模擬信號(hào)采集

在測(cè)試系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)多路電壓信號(hào)，這一測(cè)試由多功能數(shù)據(jù)采集DAQ模塊來(lái)完成，根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試的需要，本系統(tǒng)選用兩塊PXI-6259，每塊PXI-6259具有32路模擬輸入、48路數(shù)字I/O和4路模擬輸出，其板載可編程儀表級(jí)放大器具有在高掃描速率時(shí)建立時(shí)間快的特性，可在多通道高速采樣時(shí)保證16位采樣精度，適用于測(cè)試、控制及傳感器測(cè)量等領(lǐng)域。利用其高采樣速率，能夠精確采集動(dòng)態(tài)信號(hào)。同時(shí)，在控制應(yīng)用方面，該模塊還具備積分編碼器輸入、數(shù)字輸入保護(hù)及數(shù)字濾波等功能。通過(guò)PXI觸發(fā)總線可達(dá)到多卡同步。

5.目標(biāo)信號(hào)模擬

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試時(shí)，需要給系統(tǒng)外加激勵(lì)信號(hào)，這些激動(dòng)信號(hào)可能是正弦波，也可能是白噪聲，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)的要求還需對(duì)模擬信號(hào)的幅度、相位進(jìn)行控制。本系統(tǒng)選用NI公司生產(chǎn)的任意波形發(fā)生器PXI-5421來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。

PXI-5421是單通道100MS/s任意波形發(fā)生器（AWG），支持多儀器之間的同步功能。它以波形模式或函數(shù)模式兩種方式產(chǎn)生信號(hào)，可用作任意波形發(fā)生器、掃頻儀或函數(shù)發(fā)生器。

任意波形發(fā)生器具備模擬與同步輸出功能。利用16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓，通過(guò)低通濾波器及放大/衰減器可擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。輸出阻抗可通過(guò)軟件進(jìn)行選擇，通常選擇50Ω，在視頻測(cè)試中則選擇75Ω。同步輸出是由數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生正弦波的TTL電平，最大頻率達(dá)16MHz。同步輸出最大的用處在于可作為高頻精度、可軟件編程的時(shí)鐘源。

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試時(shí)，需要產(chǎn)生多路相位可控的同步相關(guān)信號(hào)。其基本實(shí)現(xiàn)方法是使用NI-TCLK技術(shù)，將多個(gè)5421同步起來(lái)（同步時(shí)鐘飄移<10ps），將預(yù)先計(jì)算得到的多個(gè)相移信號(hào)下載到5421的板載內(nèi)存中然后輸出。所計(jì)算的信號(hào)根據(jù)需要可以是正弦波、方波、鋸齒波或白噪音。

6.信號(hào)調(diào)理及接口單元

信號(hào)調(diào)理及接口單元的功能主要是完成信號(hào)轉(zhuǎn)接、信號(hào)調(diào)理和信號(hào)隔離，其作用是將待測(cè)信號(hào)與檢測(cè)設(shè)備相連。

為了提高可靠性，在對(duì)接口進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮以下問(wèn)題：一是防帶電拔插，二是接插件盲插設(shè)計(jì)。

為了防止帶電拔插接插件對(duì)檢測(cè)設(shè)備和被測(cè)產(chǎn)品造成損壞，在被測(cè)信號(hào)的輸出與檢測(cè)設(shè)備的輸入之間加隔離電阻網(wǎng)絡(luò)，一是根據(jù)需要對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，二是防止誤操作對(duì)設(shè)備和產(chǎn)品造成不必要的損壞。對(duì)接插件盲插問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)需選用不同的接插件。

7.軟件系統(tǒng)

對(duì)以上硬件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以使用NI LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境。LabVIEW除了可以完成一般編程語(yǔ)言的基本功能以外，其特有的模塊插件和工具包可以使用戶很方便的完成對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)、FPGA設(shè)備、控制算法、系統(tǒng)仿真等應(yīng)用的編程。作為虛擬儀器技術(shù)的軟件核心，LabVIEW可以在最大程度上發(fā)揮硬件的功能和效率，用戶可以根據(jù)自己不同的需求定制算法與功能加載在硬件上。從系統(tǒng)的角度來(lái)看，LabVIEW不但能夠完成對(duì)單獨(dú)設(shè)備的開(kāi)發(fā)，同時(shí)可以方便的對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行集成，而對(duì)開(kāi)發(fā)者而言，只需要面對(duì)LabVIEW這一種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，因此無(wú)論從開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)周期上來(lái)講，還是從以后的維護(hù)難易度上來(lái)講，LabVIEW都具有別的開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)法代替的優(yōu)點(diǎn)。

信號(hào)測(cè)試功能分為數(shù)據(jù)集、信號(hào)源輸出、控制信號(hào)輸出、RS232通訊和錯(cuò)誤查詢等子模塊。數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)模擬信號(hào)的采集；信號(hào)源輸出則是根據(jù)需要產(chǎn)生模擬信號(hào)；控制信號(hào)輸出模塊發(fā)出相應(yīng)的數(shù)字控制信號(hào)；RS232通訊則是從232端口接收或發(fā)送信號(hào)；錯(cuò)誤查詢模塊根據(jù)信號(hào)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤定位出采錯(cuò)原因。

系統(tǒng)自檢實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件的狀態(tài)檢測(cè)，保證設(shè)備處于正常就緒狀態(tài)。綜合考慮系統(tǒng)采用的虛擬儀器技術(shù)的編程特點(diǎn)，程序具有以下六個(gè)子模塊：上層應(yīng)用軟件、系統(tǒng)自檢模塊、信號(hào)測(cè)試模塊、數(shù)據(jù)處理功能模塊、報(bào)告生成功能模塊、在線幫助功能模塊。

8.結(jié)束語(yǔ)

干擾彈控制系統(tǒng)是一個(gè)龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)，是干擾彈系統(tǒng)的核心，其測(cè)試項(xiàng)目多，參數(shù)測(cè)試和數(shù)據(jù)處理精度及實(shí)時(shí)性要求很高。常規(guī)測(cè)試系統(tǒng)投資較大，直觀性、靈活性、可靠性都難以滿足要求。

技術(shù)進(jìn)步是以不斷創(chuàng)新的計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為代表，從各個(gè)層面上影響著各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)革新，同樣包括干擾彈控制系統(tǒng)測(cè)試在內(nèi)的測(cè)控領(lǐng)域。由于干擾彈控制系統(tǒng)測(cè)試的要求高、投資大，因此常規(guī)測(cè)控系統(tǒng)的直觀性、靈活性、可靠性就難以滿足要求。為進(jìn)一步提高測(cè)控系統(tǒng)的直觀性、靈活性、可靠性和自動(dòng)化程度，將虛擬技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)并深入研究，有著重要的意義。將虛擬技術(shù)和測(cè)控技術(shù)結(jié)合組建新的控制系統(tǒng)的測(cè)試體系，可以使得測(cè)控更加靈活、可靠，系統(tǒng)組建成本大大降低，軟件系統(tǒng)可復(fù)用性增強(qiáng)，而且二次開(kāi)發(fā)容易、維護(hù)方便，更好地滿足干擾彈控制系統(tǒng)的測(cè)試要求。

[1]Measurement and automation Catalog 2005,美國(guó)NI公司.

[2]莊嘉明.PXI——用于制造測(cè)試的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)[Z].致茂電子,2003.

[3]馬莉,劉成,程志.基于虛擬儀器技術(shù)的水雷引信測(cè)試系統(tǒng)[J].水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù),2007(2).