檀　虎，王　林，王保華，李　鵬，康　狄

(西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽　712099)

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【裝備理論與裝備技術(shù)】

某牽引高炮武器系統(tǒng)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

檀虎，王林，王保華，李鵬，康狄

(西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽712099)

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種使用簡單、維護(hù)方便、擴(kuò)展性強(qiáng)的高炮武器系統(tǒng)檢測(cè)裝置。通過對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)分析，該裝置硬件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，利用一種嵌入式PC標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)作為硬件基礎(chǔ)，外擴(kuò)時(shí)序控制和接口控制等功能模塊；軟件設(shè)計(jì)采用分層框架模式，底層軟件和應(yīng)用層軟件獨(dú)立設(shè)計(jì)，能夠內(nèi)通交互。與武器系統(tǒng)對(duì)接試驗(yàn)表明，該檢測(cè)裝置能夠很好地完成對(duì)武器系統(tǒng)的檢測(cè)，易攜帶、易操作、易擴(kuò)展，為該牽引高炮武器系統(tǒng)維修保障和其他檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

檢測(cè)裝置；武器系統(tǒng)；模塊化設(shè)計(jì)；維修保障

在現(xiàn)代化的裝備保障體系中，維修保障與故障檢測(cè)處于一個(gè)相當(dāng)重要的地位[1]。隨著科技的發(fā)展和應(yīng)用的擴(kuò)展，某牽引高炮武器系統(tǒng)已不能滿足新形勢(shì)下信息化戰(zhàn)爭的需求，對(duì)其信息化、智能化的提升顯得尤為關(guān)鍵，同時(shí)也要求其配套和維修保障設(shè)備跟上時(shí)代的步伐，對(duì)檢測(cè)裝置也提出了新的需求。

目前的武器裝備領(lǐng)域，檢測(cè)裝置已有了一定的研發(fā)成果。郭軍偉等人利用虛擬儀器技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型高炮跟蹤系統(tǒng)綜合性能檢測(cè)裝置[2]，趙棟等人設(shè)計(jì)一種用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)通信設(shè)備的遠(yuǎn)端檢測(cè)模塊[3]，朱欣穎基于PC104開發(fā)了一套用于檢測(cè)隨動(dòng)和供輸彈機(jī)的火炮性能檢測(cè)系統(tǒng)[4]，但是檢測(cè)裝置只能檢測(cè)某一項(xiàng)或多項(xiàng)單體狀態(tài)，難以實(shí)現(xiàn)一套檢查裝置完成對(duì)全武器系統(tǒng)的檢測(cè)；且多數(shù)裝置過于龐大、復(fù)雜，在檢測(cè)和故障診斷時(shí)需要具備一定經(jīng)驗(yàn)積累的維護(hù)人員。

針對(duì)如上問題，以某牽引高炮武器系統(tǒng)為例設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種系統(tǒng)級(jí)的檢測(cè)裝置。采用模塊化設(shè)計(jì)思路，利用分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，具有可測(cè)試項(xiàng)多、易攜帶、易操作、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

1　系統(tǒng)概述

檢測(cè)裝置以實(shí)用性、便攜性和擴(kuò)展性為設(shè)計(jì)原則。利用一種嵌入式PC標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)作為硬件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，外擴(kuò)不同模塊，完成時(shí)序控制、接口控制，使其能夠?qū)ν馓峁o極性RS485串口、CAN總線接口、USB接口、網(wǎng)口等一系列接口。采用底層軟件和應(yīng)用層軟件獨(dú)立設(shè)計(jì)、內(nèi)通交互的模式，保證了其實(shí)用性和擴(kuò)展性。

檢測(cè)裝置作為系統(tǒng)級(jí)的保障設(shè)備，能夠分別完成對(duì)武器系統(tǒng)內(nèi)火力系統(tǒng)和火控系統(tǒng)的檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)火力系統(tǒng)時(shí)，模擬“火控系統(tǒng)”生成相應(yīng)的交互數(shù)據(jù)發(fā)送給火力系統(tǒng)，并接收、顯示火力系統(tǒng)的回報(bào)狀態(tài)，以完成對(duì)火力系統(tǒng)和火控系統(tǒng)的功能、性能和接口的檢測(cè)，如表1所示。

表1　檢測(cè)裝置檢測(cè)項(xiàng)統(tǒng)計(jì)表

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件組成與工作原理

檢測(cè)裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，由液晶顯示器、操控按鍵、信息處理模塊、接口控制模塊、電源管理模塊組成，其組成框圖如圖1。

圖1　檢測(cè)裝置系統(tǒng)組成框圖

機(jī)箱設(shè)計(jì)為加固型手持式結(jié)構(gòu)，在便攜和方便操作的基礎(chǔ)上綜合考慮內(nèi)外模塊的布置；液晶顯示器主要用于人機(jī)界面和數(shù)據(jù)的顯示，采用10.4″彩屏，分辨率為1 024×768；由8個(gè)按鍵按照左右平均分布的方式布置在顯示器兩側(cè)，完成檢測(cè)裝置所有操作。

信息處理模塊是檢測(cè)裝置的主控核心模塊，采用高性能、低功耗的Intel處理器，完成對(duì)多通道數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、顯示等功能。接口控制模塊利用PCI-E總線控制器為收發(fā)控制核心，通過具有極性糾正功能的RS485串口收發(fā)器件和成熟的CAN總線收發(fā)器件完成RS485串口收發(fā)和CAN總線收發(fā)功能。電源管理模塊采用多級(jí)變換級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)，將外部直流電源降壓、濾波后進(jìn)行系統(tǒng)供電使用[5]。

檢測(cè)裝置通過輸入電源DC28V為系統(tǒng)檢測(cè)裝置各部件需要的直流電源，信息處理模塊協(xié)同接口控制模塊與火控系統(tǒng)或火力系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，液晶顯示器顯示交互信息并提供人機(jī)交互界面。系統(tǒng)檢測(cè)裝置的系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

圖2　檢測(cè)裝置工作原理框圖

2.2軟件框架與軟件流程

2.2.1軟件框架

系統(tǒng)軟件采用底層軟件和應(yīng)用層軟件獨(dú)立設(shè)計(jì)、內(nèi)通交互的軟件框架模式[6]，使兩層軟件可以單獨(dú)調(diào)試與測(cè)試，加快了軟件開發(fā)的速度；同時(shí)，在外部接口模式和通信方式不變的情況下，僅修改應(yīng)用層軟件就可以進(jìn)行功能擴(kuò)展，增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。其軟件框架示意圖如圖3所示。

圖3　檢測(cè)裝置軟件框架示意圖

按照軟件框架結(jié)構(gòu)，檢測(cè)裝置軟件流程包含底層軟件流程和應(yīng)用層軟件流程。其兩個(gè)流程可以單獨(dú)運(yùn)行調(diào)試，通過內(nèi)部通信交互接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交互，具體如圖4所示。

圖4　檢測(cè)裝置軟件流程

2.2.2底層軟件流程

在完成系統(tǒng)上電初始化后，底層軟件偵聽是否有接收數(shù)據(jù)。當(dāng)有數(shù)據(jù)至檢測(cè)裝置接口控制模塊時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式判斷，若接收的數(shù)據(jù)格式為協(xié)定的格式時(shí)，將從內(nèi)通接口發(fā)送來的數(shù)據(jù)放入緩存區(qū)，并調(diào)用定時(shí)發(fā)送子程序?qū)⒕彺鎱^(qū)數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送；若接收的數(shù)據(jù)格式非協(xié)定的格式時(shí)，將接收到的數(shù)據(jù)放入至緩存區(qū)內(nèi)，并通過內(nèi)通接口發(fā)送至應(yīng)用層軟件。

2.2.3應(yīng)用層軟件流程

應(yīng)用層軟件完成接口、界面和緩存區(qū)初始化后，根據(jù)界面虛擬按鍵的選擇進(jìn)行被檢測(cè)系統(tǒng)判斷。當(dāng)選擇檢測(cè)火力系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)入“模擬‘火控系統(tǒng)’”子界面；當(dāng)選擇檢測(cè)火控系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)入“模擬‘火力系統(tǒng)’”子界面。

在子界面中完成表1中相應(yīng)檢測(cè)項(xiàng)的選擇，并根據(jù)彈出界面進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。應(yīng)用層軟件根據(jù)選擇和設(shè)置情況進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，并按照通信協(xié)議進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)格式整理，隨后將生成數(shù)據(jù)發(fā)送給內(nèi)通接口，同時(shí)更新界面的相應(yīng)顯示。

同時(shí)，當(dāng)內(nèi)通接口中有數(shù)據(jù)接收的時(shí)候，按照通信協(xié)議進(jìn)行解析，更新界面中相應(yīng)的顯示內(nèi)容。

3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1內(nèi)通數(shù)據(jù)格式

接口控制模塊在接收到數(shù)據(jù)時(shí)首先完成數(shù)據(jù)格式的判斷，以確定是外部接收到的數(shù)據(jù)還是應(yīng)用層軟件通過內(nèi)通接口外發(fā)的數(shù)據(jù)。具體格式結(jié)構(gòu)如表2所示。

若接收到的數(shù)據(jù)為0xaa、0x55開頭的4字節(jié)數(shù)據(jù)格式時(shí)，接口控制模塊按照后兩位字節(jié)定義的數(shù)據(jù)長度將數(shù)據(jù)存入緩存區(qū)，等待后續(xù)的定時(shí)發(fā)送。

表2　內(nèi)通數(shù)據(jù)格式定義

3.2應(yīng)用程序

應(yīng)用程序以VisualC++為軟件開發(fā)基礎(chǔ)，結(jié)合多窗口界面優(yōu)化第三方類庫BCGControlBar進(jìn)行界面設(shè)計(jì)與開發(fā)。BCGControlBar是一款較為專業(yè)的MFC擴(kuò)展庫，其擁有300多個(gè)擴(kuò)展類，可以很輕松的豐富和美化界面；同時(shí)，以MFC的擴(kuò)展庫的形式存在，可以快速的融入到C++的開發(fā)和代碼編寫中，極大地簡化了人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)，縮短了開發(fā)周期[7]。

應(yīng)用程序使用模塊化方式實(shí)現(xiàn)，包含人機(jī)界面模塊、接口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等3個(gè)模塊。人機(jī)界面模塊包含狀態(tài)選擇界面、“模擬‘火控系統(tǒng)’”子界面、“模擬‘火力系統(tǒng)’”子界面和5個(gè)參數(shù)選擇界面，完成界面顯示和人機(jī)交互功能；接口模塊完成接口初始化和數(shù)據(jù)收發(fā)線程的調(diào)用和處理；數(shù)據(jù)處理模塊完成相應(yīng)數(shù)據(jù)的生成、整理和解析功能。其結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

圖5　應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)框圖

3.3試驗(yàn)測(cè)試

經(jīng)裝調(diào)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，該檢測(cè)裝置體積小、質(zhì)量輕，可手持操作；接口靈活方便，可實(shí)現(xiàn)無極性的RS485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸正確率超過99%，另外，人機(jī)交互界面清晰、分區(qū)明確，數(shù)據(jù)顯示方式多樣，便于觀察。圖6為檢測(cè)裝置向火力系統(tǒng)發(fā)送目標(biāo)航路數(shù)據(jù)界面。

圖6　檢測(cè)裝置向火力系統(tǒng)發(fā)送航路數(shù)據(jù)

利用總體測(cè)試裝置采集分系統(tǒng)狀態(tài)位和數(shù)據(jù)位狀態(tài)，并與檢測(cè)裝置發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果顯示其功能、性能滿足表1中所有檢測(cè)項(xiàng)的需要，其部分性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3　部分性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行外場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，火控系統(tǒng)和檢測(cè)裝置分別向火力系統(tǒng)發(fā)送航路數(shù)據(jù)，使用逆解法完成火控系統(tǒng)解算精度檢測(cè)，結(jié)果顯示其具有該項(xiàng)檢測(cè)功能。且當(dāng)分系統(tǒng)分處兩地試驗(yàn)時(shí)，檢測(cè)裝置可以完成對(duì)系統(tǒng)內(nèi)分系統(tǒng)的模擬，完成相關(guān)的功能、性能檢測(cè)。解算精度檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4　解算精度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

4　結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)裝置能夠有效地解決因測(cè)試項(xiàng)目繁多而引起的測(cè)試裝備種類繁瑣、操作復(fù)雜等問題。基于模塊化設(shè)計(jì)的檢測(cè)裝置具有接口無極性、易攜帶、易操作、易擴(kuò)展等特點(diǎn)，為裝備維修保障和其他檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

[1]梁慶林.裝備維修管理與故障處理系統(tǒng)EMFS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2009.

[2]郭軍偉，司凱威，王忠勇,等.基于LabVIEW的高炮跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)裝置[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào),2010,31(3):95-98.

[3]趙棟，程遠(yuǎn)增，高慶.某自行高炮無線通信系統(tǒng)模擬與檢測(cè)系統(tǒng)[J].四川兵工學(xué)報(bào),2010,31(6):34-36,51.

[4]朱欣穎.某火炮性能檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D].西安：西安工業(yè)大學(xué),2012.

[5]胡海風(fēng).多總線檢測(cè)裝置的研究與設(shè)計(jì)[D].太原：中北大學(xué),2010.

[6]劉穎.便攜電臺(tái)測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué),2011.

[7]劉琨，史曉鋒.機(jī)載多源飛行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].空中交通管理,2010(9):11-14.

(責(zé)任編輯周江川)

DesignandImplementationofTestEquipmentonaTractionAntiaircraftWeaponsSystem

TANHu,WANGLin,WANGBao-hua,LIPeng,KANGDi

(NorthwestInstituteofMechanicalandElectricalEngineering,Xianyang712099,China)

Portableandscalabletestequipmentofatractionantiaircraftweaponssystemwasdesignedandimplemented.Byanalyzingtheadvantagesanddisadvantagesofexistingtestequipment,themodularizationapproachwasutilizedinthedesignofthisdevice.Thefunctionmodules,suchastimingcontrolandinterfacecontrol,wereattachedtoastandardembeddedPCconstitutedframework.Thesoftwarewasdesignedtobehierarchicalframeworkstructure,wherethesubstratesoftwareandapplicationsoftwarewereindependentlydesignedbutinternallycommunicated.Thefieldexperimentshowsthatthetesterperformswellfortestingontractionantiaircraftweaponssystem,anditscharacteristicslikeportable,scalableandeasily-operated,whichlaysagoodfoundationformaintenancesupportandothertesters’design.

testequipment；weaponssystem；modularization；maintenancesupport

2016-04-20；

2016-05-10

檀虎(1986—)，男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事電氣總體技術(shù)研究。

10.11809/scbgxb2016.09.017

format:TANHu,WANGLin,WANGBao-hua,etal.DesignandImplementationofTestEquipmentonaTractionAntiaircraftWeaponsSystem[J].JournalofOrdnanceEquipmentEngineering,2016(9):71-74.

TJ06

A

2096-2304(2016)09-0071-04

本文引用格式：檀虎，王林，王保華，等.某牽引高炮武器系統(tǒng)檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2016(9):71-74.