郭曉冉，毛向東，劉海濤，張 軍，劉 福

(軍械技術(shù)研究所， 石家莊 050000)

【專家特稿】

某型導(dǎo)彈裝備射頻非標(biāo)設(shè)備校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)

郭曉冉，毛向東，劉海濤，張 軍，劉 福

(軍械技術(shù)研究所， 石家莊 050000)

針對(duì)某型導(dǎo)彈裝備中X波段信標(biāo)源、照射射頻參數(shù)測(cè)試儀、C波段射頻信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)以及直波信號(hào)源等專用測(cè)試設(shè)備的計(jì)量需求，以“通用硬件+校準(zhǔn)軟件+標(biāo)準(zhǔn)總線”的組合形式，采用軟件無(wú)線電技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，研制了該型導(dǎo)彈裝備中射頻類非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備校準(zhǔn)裝置，編寫(xiě)了校準(zhǔn)規(guī)范，形成了綜合性、多參數(shù)、機(jī)動(dòng)化的射頻專用設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)能力，解決了該型導(dǎo)彈裝備專用測(cè)試設(shè)備無(wú)法校準(zhǔn)的難題，為提高部隊(duì)核心計(jì)量保障能力提供了技術(shù)手段。

計(jì)量；導(dǎo)彈裝備；射頻非標(biāo)；校準(zhǔn)裝置

軍事計(jì)量保障是武器裝備綜合技術(shù)保障的重要內(nèi)容和使用全過(guò)程的技術(shù)支持。軍事計(jì)量保障的任務(wù)是根據(jù)國(guó)家、軍隊(duì)的相關(guān)法規(guī)、條例、規(guī)程，針對(duì)武器裝備技術(shù)特點(diǎn)和保障需求，實(shí)施計(jì)量監(jiān)督管理，執(zhí)行計(jì)量保障勤務(wù)，保證裝備的受控，并始終處于良好的技術(shù)狀態(tài)[1-3]。

2004年，GJB5109—2004《裝備計(jì)量保障通用要求 檢測(cè)和校準(zhǔn)》對(duì)裝備、檢測(cè)設(shè)備及校準(zhǔn)設(shè)備的檢測(cè)和校準(zhǔn)要求做了全面規(guī)定[4-5]。要求承制方對(duì)組成裝備的各系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設(shè)備所需檢測(cè)和校準(zhǔn)的項(xiàng)目或參數(shù)及其技術(shù)指標(biāo)做出明確規(guī)定，要求對(duì)影響裝備功能和性能的主要測(cè)量參數(shù)設(shè)置檢測(cè)接口，滿足裝備測(cè)試性要求，并應(yīng)具有明確的檢測(cè)方法；要求承制方在研制階段，編制《裝備檢測(cè)需求明細(xì)表》、《檢測(cè)設(shè)備推薦表》、《校準(zhǔn)設(shè)備推薦表》、《校準(zhǔn)系統(tǒng)推薦表》和《裝備檢測(cè)和校準(zhǔn)需求匯總表》。由此可見(jiàn)，隨著GJB5109—2004的實(shí)施，對(duì)裝備的計(jì)量保障要求已提高到和其它戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)一樣，是裝備研制總要求的硬性指標(biāo)。

本文研究?jī)?nèi)容是以形成某型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗力為牽引，以裝備計(jì)量保障理論為指導(dǎo)，針對(duì)該型導(dǎo)彈裝備專用測(cè)試設(shè)備缺乏計(jì)量保障手段和方法，依據(jù)該型號(hào)導(dǎo)彈裝備的系統(tǒng)組成及技術(shù)特點(diǎn)，系統(tǒng)分析了專用測(cè)試設(shè)備的計(jì)量需求，針對(duì)X波段信標(biāo)源、照射射頻參數(shù)測(cè)試儀、C波段射頻信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)以及直波信號(hào)源，確定計(jì)量檢定方法，研制專用校準(zhǔn)系統(tǒng)，編寫(xiě)校準(zhǔn)規(guī)范，為部隊(duì)提供遂行計(jì)量保障裝備，形成了該型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)計(jì)量保障能力。

1 計(jì)量需求分析原則

該型導(dǎo)彈裝備計(jì)量需求分析原則：

1) 確保作戰(zhàn)裝備戰(zhàn)、技術(shù)性能完好。計(jì)量保障作為裝備技術(shù)保障的一個(gè)重要分支，通過(guò)計(jì)量檢定、校準(zhǔn)和測(cè)試，使作戰(zhàn)裝備各參數(shù)量值與國(guó)家最高測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)之間建立不間斷溯源鏈[6-8]，在進(jìn)行計(jì)量技術(shù)需求分析時(shí)，必須把確保作戰(zhàn)裝備戰(zhàn)、技術(shù)性能完好作為出發(fā)點(diǎn)。

2) 力求對(duì)裝備維修、維護(hù)提供最大化的技術(shù)支撐。裝備維修、維護(hù)工作對(duì)于導(dǎo)彈裝備發(fā)揮戰(zhàn)技術(shù)性能至關(guān)重要，其保障力的體現(xiàn)是通過(guò)采用各種技術(shù)手段，即各型專用測(cè)試設(shè)備和通用儀器對(duì)裝備進(jìn)行日常維護(hù)、性能測(cè)試、故障診斷、達(dá)到排除故障，恢復(fù)和保持裝備技術(shù)性能，繼而保證裝備戰(zhàn)斗力的有效發(fā)揮。

裝備計(jì)量需求分析，必須以各種技術(shù)保障裝備(設(shè)備)為重點(diǎn)，特別關(guān)注“作用和地位關(guān)鍵的、運(yùn)用和使用頻繁的、測(cè)量和測(cè)試有準(zhǔn)確度要求的，應(yīng)用范圍廣泛的”維修維護(hù)技術(shù)手段的計(jì)量需求，以達(dá)到保證維修維護(hù)質(zhì)量的目的[9-12]。

2 校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)

該型導(dǎo)彈裝備專用測(cè)試設(shè)備均為射頻類非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，所以以“射頻非標(biāo)設(shè)備”作為專用測(cè)試設(shè)備的簡(jiǎn)稱。

校準(zhǔn)裝置采用“通用硬件+校準(zhǔn)軟件+標(biāo)準(zhǔn)總線”的組合形式，以軟件無(wú)線電技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)為技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的控制、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)分析、校準(zhǔn)結(jié)果處理和自動(dòng)存儲(chǔ)，構(gòu)成一體化的校準(zhǔn)系統(tǒng)。選用通用儀表組成校準(zhǔn)裝置的硬件系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有易溯源、擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠達(dá)到綜合性、多參量校準(zhǔn)能力。以硬件與軟件相結(jié)合的形式，編制校準(zhǔn)軟件，形成專用設(shè)備校準(zhǔn)測(cè)試模塊，使軟件系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)緊湊、測(cè)試參數(shù)覆蓋完整、功能可擴(kuò)展可重構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

校準(zhǔn)裝置組成原理圖如圖1，實(shí)物如圖2。

圖1 校準(zhǔn)裝置設(shè)備組成原理圖

圖2 校準(zhǔn)裝置實(shí)物

校準(zhǔn)裝置硬件部分主要由校準(zhǔn)控制器、頻譜分析儀、標(biāo)準(zhǔn)相位噪聲產(chǎn)生器、功率敏感器、微波信號(hào)源、隔離穩(wěn)壓電源，以及備件設(shè)備組成。

1) 校準(zhǔn)控制器是一臺(tái)由PXI機(jī)箱、PXI工控處理器、PXI數(shù)字化儀模塊和計(jì)量接口適配器組成的主控系統(tǒng)。其中，PXI機(jī)箱是校準(zhǔn)控制器的構(gòu)建平臺(tái)，選用泛華測(cè)控定制機(jī)箱PXI-9106，以PXI總線為基礎(chǔ)，用于植入各類PXI模塊，根據(jù)各種PXI模塊的性能和功能的不同，實(shí)現(xiàn)不同模塊的校準(zhǔn)功能。PXI工控處理器是校準(zhǔn)控制器的核心部件，也是校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件的處理核心和安裝承載部件，選用泛華測(cè)控工控處理器PXI-3051，通過(guò)PXI總線和通用接口用于控制校準(zhǔn)系統(tǒng)主要硬件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)分析、校準(zhǔn)結(jié)果處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能。PXI數(shù)字化儀模塊是置于PXI機(jī)箱插槽的功能模塊，選用NI公司的數(shù)字化儀模塊PXI-5152，用于對(duì)中頻、低頻信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的電壓和時(shí)基采集。計(jì)量接口適配器是校準(zhǔn)控制器機(jī)箱內(nèi)的PXI工控處理器、PXI高速數(shù)采模塊與外部端口連接的轉(zhuǎn)接部件，用于封裝并加固PXI控制器內(nèi)部的接口和信號(hào)電纜，便于外部信號(hào)接入時(shí)的識(shí)別，防止差錯(cuò)接入。

2) 頻譜分析儀主要用于對(duì)X波段信標(biāo)源、直波信號(hào)源進(jìn)行頻率、功率、電平衰減、非諧波雜散、相位噪聲等參量的校準(zhǔn)，以及對(duì)微波、射頻信號(hào)的混頻。

3) 標(biāo)準(zhǔn)相位噪聲產(chǎn)生器提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微波信號(hào)給照射射頻參數(shù)測(cè)試儀進(jìn)行相位噪聲校準(zhǔn)。

4) 功率敏感器主要用于對(duì)X波段信標(biāo)源、直波信號(hào)源進(jìn)行功率參量的校準(zhǔn)。

5) 微波信號(hào)源主要用于對(duì)C波段轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)校準(zhǔn)時(shí)提供輸入信號(hào)作為激勵(lì)源，產(chǎn)生一個(gè)C波段信號(hào)和脈沖同步信號(hào)的激勵(lì)來(lái)驅(qū)動(dòng)C波段轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)功能。

6) 隔離穩(wěn)壓電源主要用于將外部接入的未經(jīng)隔離穩(wěn)壓的220 V、50 Hz交流電源進(jìn)行隔離穩(wěn)壓，實(shí)現(xiàn)電源電壓的隔離穩(wěn)壓功能，滿足校準(zhǔn)系統(tǒng)的電源供電要求。

2.2 總線設(shè)計(jì)

根據(jù)所需校準(zhǔn)對(duì)象的特殊性，選擇GPIB總線和PXI總線的混合總線形式，通過(guò)GPIB總線控制微波信號(hào)和PXI總線控制射頻和低頻信號(hào)，解決微波信號(hào)的屏蔽要求以及校準(zhǔn)系統(tǒng)體積小的需求，滿足校準(zhǔn)系統(tǒng)通用化、小型化和自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)綜合校準(zhǔn)需求。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)中，包括軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和校準(zhǔn)軟件。

1) 開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇

軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇Windows系統(tǒng)下NI公司的LabVIEW軟件。

LabVIEW是一種圖形化編程語(yǔ)言的虛擬儀器工具軟件，具備圖形化編程環(huán)境、開(kāi)發(fā)功能高效、支持多種儀器和數(shù)采硬件驅(qū)動(dòng)、開(kāi)放性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，它不僅能對(duì)不同廠商的不同類型設(shè)備進(jìn)行在線控制，還包含了大量數(shù)學(xué)公式的應(yīng)用實(shí)例，能滿足復(fù)雜公式計(jì)算、信號(hào)軟件分析和數(shù)據(jù)處理的要求。因此，LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)比較適合校準(zhǔn)軟件編制和虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)思路，易于開(kāi)展功能模塊化設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)，具有較好的通用性、可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。

2) 校準(zhǔn)軟件設(shè)計(jì)

在LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，開(kāi)發(fā)校準(zhǔn)軟件。校準(zhǔn)系統(tǒng)的研制采用硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案，基于硬件系統(tǒng)I/O庫(kù)、指令庫(kù)和驅(qū)動(dòng)等運(yùn)行環(huán)境，利用現(xiàn)有儀器和計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)展虛擬儀器設(shè)計(jì)，充分利用現(xiàn)有儀器和計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建校準(zhǔn)系統(tǒng)。把測(cè)試任務(wù)分立為每一個(gè)子模塊，采用從頂層向下設(shè)計(jì)的方法，將測(cè)試任務(wù)的具體測(cè)量過(guò)程變成人機(jī)對(duì)話方式。

對(duì)于不同校準(zhǔn)項(xiàng)目的任務(wù)，校準(zhǔn)軟件執(zhí)行不同的功能，且所有的任務(wù)都是獨(dú)立執(zhí)行?？偟男?zhǔn)軟件按校準(zhǔn)功能分解為若干校準(zhǔn)軟件子模塊，每個(gè)校準(zhǔn)軟件子模塊完成一項(xiàng)校準(zhǔn)項(xiàng)目的測(cè)試功能，各個(gè)模塊功能獨(dú)立。同時(shí)，考慮軟件功能的可擴(kuò)展性，保證在硬件設(shè)備、校準(zhǔn)條件變化時(shí)及時(shí)更改測(cè)試程序，避免軟件重復(fù)編寫(xiě)，大大提高了校準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)試能力的升級(jí)和擴(kuò)充。校準(zhǔn)系統(tǒng)的軟件構(gòu)架主要分為三層，第一層是系統(tǒng)軟件和校準(zhǔn)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，第二層是儀器指令集、I/O庫(kù)，第三層是校準(zhǔn)軟件及子程序模塊。校準(zhǔn)軟件及子程序模塊將虛擬儀器技術(shù)和通用儀表集成校準(zhǔn)系統(tǒng)，采用模塊化功能設(shè)計(jì)模式和對(duì)每一個(gè)功能模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，提高了校準(zhǔn)軟件的穩(wěn)定性和可靠性，軟件升級(jí)的靈活性大大高于硬件。校準(zhǔn)系統(tǒng)的軟件功能層次結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 校準(zhǔn)軟件功能層次結(jié)構(gòu)

3) 校準(zhǔn)軟件開(kāi)發(fā)

校準(zhǔn)軟件根據(jù)校準(zhǔn)系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)定校準(zhǔn)功能模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)參量的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)軟件的操作界面程序以主程序連接各個(gè)專用測(cè)試設(shè)備的模塊校準(zhǔn)功能，即X波段連續(xù)波信標(biāo)源、照射射頻參數(shù)測(cè)試儀、C波段射頻信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)、直波信號(hào)源等4個(gè)校準(zhǔn)子模塊，校準(zhǔn)軟件功能框圖如圖4所示。

圖4 校準(zhǔn)軟件功能框圖

2.4 校準(zhǔn)裝置溯源

校準(zhǔn)裝置由通用的儀器設(shè)備搭建，系統(tǒng)硬件集成實(shí)現(xiàn)了模塊化，可以將校準(zhǔn)裝置送至具備軍用實(shí)驗(yàn)室或具備相應(yīng)計(jì)量檢定資質(zhì)的機(jī)構(gòu)實(shí)施計(jì)量周檢。溯源周檢時(shí)間為一年。校準(zhǔn)裝置需溯源的儀器設(shè)備見(jiàn)表1所示。

3 校準(zhǔn)規(guī)范編寫(xiě)

依據(jù)GJB0《軍用標(biāo)準(zhǔn)文件編制工作導(dǎo)則》和GJB1317A—2006《軍用檢定規(guī)程和校準(zhǔn)規(guī)范編寫(xiě)通用要求》，編寫(xiě)了校準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)定了該型導(dǎo)彈裝備射頻非標(biāo)設(shè)備的計(jì)量特性、校準(zhǔn)條件、校準(zhǔn)項(xiàng)目、校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)結(jié)果的處理和校準(zhǔn)周期。該規(guī)范適用于該型導(dǎo)彈裝備射頻非標(biāo)設(shè)備的校準(zhǔn)，并適用于相關(guān)的教學(xué)和訓(xùn)練工作。

表1 校準(zhǔn)裝置溯源設(shè)備

4 結(jié)論

本文針對(duì)某型導(dǎo)彈裝備X波段信標(biāo)源、照射射頻參數(shù)測(cè)試儀、C波段射頻信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)和直波信號(hào)源的計(jì)量需求，采用軟件無(wú)線電技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)研制了專用校準(zhǔn)裝置，并編寫(xiě)了校準(zhǔn)規(guī)范。經(jīng)部隊(duì)試用驗(yàn)證，系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常、方法及流程合理可行、結(jié)果準(zhǔn)確可靠，受到試用單位一致好評(píng)。該校準(zhǔn)裝置填補(bǔ)了我軍某型導(dǎo)彈裝備射頻非標(biāo)測(cè)試設(shè)備校準(zhǔn)的空白，為提高部隊(duì)核心計(jì)量保障能力提供了方法和技術(shù)手段，具有重大的軍事經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用推廣價(jià)值。

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(責(zé)任編輯 周江川)

Design of Radio Frequency Non-Standard Equipment Calibration Device for a Certain Type of Missile

GUO Xiaoran， MAO Xiangdong， LIU Haitao， ZHANG Jun， LIU Fu

(Ordnance Technology Institute, Shijiazhuang 050000, China)

Aiming at the x-band beacon source, irradiation radio frequency parameter tester, C band radio frequency signal repeater and direct wave signal source special test equipment measurement requirements of a certain type of missile equipment, in the combination of “general hardware+calibration software+standard bus” form, using software radio technology and virtual instrument technology, the missile equipment was developed in the radio frequency non-standard equipment calibration device, and the calibration specification was written. And then a comprehensive, multi-parameter, motorized radio frequency special calibration equipment capacity was formed, and the problem of missile equipment dedicated test equipment that can’t calibration was solved. Then it provides a method for improving forces core metrological guarantee ability and technology.

metrology; missile equipment; radio frequency non-standard; calibration device

2017-04-26；

2017-05-10

郭曉冉(1985—)，男，本刊審稿專家，博士，主要從事軍事計(jì)量保障工作。

10.11809/scbgxb2017.08.001

format:GUO Xiaoran，MAO Xiangdong，LIU Haitao，et al.Design of Radio Frequency Non-Standard Equipment Calibration Device for a Certain Type of Missile[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(8):1-4.

TJ76

A

2096-2304(2017)08-0001-04

本文引用格式：郭曉冉，毛向東，劉海濤，等.某型導(dǎo)彈裝備射頻非標(biāo)設(shè)備校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(8):1-4.