丁仕卿

（中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院，洛陽 471009）

制導(dǎo)控制系統(tǒng)為空空導(dǎo)彈的重要組成部分，其主要由導(dǎo)引頭、飛行控制組件、舵機(jī)等功能部件組成。導(dǎo)引頭探測、跟蹤目標(biāo)并向飛控組件提供制導(dǎo)信息，飛行組件根據(jù)導(dǎo)引頭提供的信息按照制導(dǎo)算法和穩(wěn)定控制算法產(chǎn)生制導(dǎo)控制指令，操縱舵機(jī)，控制導(dǎo)彈使其在空中保持穩(wěn)定飛行，并按照制導(dǎo)彈道飛向目標(biāo)。它肩負(fù)著目標(biāo)搜索、制導(dǎo)、姿態(tài)控制等重要任務(wù)，制導(dǎo)控制系統(tǒng)的性能直接影響精確制導(dǎo)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

1 總體設(shè)計

根據(jù)功能需求，該測試系統(tǒng)主要由測控系統(tǒng)、軟件、供氣單元、目標(biāo)模擬器、目標(biāo)轉(zhuǎn)臺、裝夾裝置和快速溫度試驗(yàn)箱等組成。

測控系統(tǒng)完成產(chǎn)品測試流程的實(shí)現(xiàn)以及信號的處理和采集，包含PXI系統(tǒng)、信號調(diào)理單元、供電單元、LVDS圖像采集計算機(jī)、目標(biāo)控制單元、轉(zhuǎn)臺控制單元和臍帶電纜轉(zhuǎn)接裝置組件。各組件集中安裝在一個雙聯(lián)機(jī)柜中。

軟件分為測試軟件和圖像采集顯示軟件兩個獨(dú)立部分，測試軟件采用軟件平臺加專用測試程序的模式實(shí)現(xiàn)，測試功能中的共性部分在軟件平臺中實(shí)現(xiàn)，而差異部分由專用測試程序?qū)崿F(xiàn)。專用測試程序包括制導(dǎo)控制系統(tǒng)測試程序、設(shè)備自檢程序和校準(zhǔn)程序。

供氣單元根據(jù)研制合同中的要求設(shè)計為便攜式機(jī)箱形式，完成供氣控制和流量采集顯示，供氣單元使用時放置于快速溫變箱外。

測試系統(tǒng)基于通用化、系列化、組合化的設(shè)計原則，大量采用成熟的技術(shù)或者已經(jīng)交付的型號和非標(biāo)設(shè)備中經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計方案以提高設(shè)備的可靠性、安全性、保障性、測試性和維修性。

目標(biāo)模擬器、目標(biāo)轉(zhuǎn)臺、裝夾裝置放置于快速溫度試驗(yàn)箱內(nèi)，需進(jìn)行耐高、低溫設(shè)計；目標(biāo)模擬器、目標(biāo)轉(zhuǎn)臺和快速溫度試驗(yàn)箱分別能夠與測試系統(tǒng)進(jìn)行通信，可由測試系統(tǒng)自動實(shí)現(xiàn)目標(biāo)模器控制、目標(biāo)運(yùn)動控制、快速溫度箱升和降溫控制。

硬件選型上采用經(jīng)過廣泛應(yīng)用且成熟穩(wěn)定的產(chǎn)品，電路設(shè)計中對需要長距離傳輸信號進(jìn)行處理，對于開關(guān)、接插件等產(chǎn)品選用航空級產(chǎn)品，并在制作、調(diào)試完成后進(jìn)行灌封處理，電纜采用專用尼龍護(hù)套進(jìn)行保護(hù)，保證了硬件設(shè)計的可靠性。

軟件設(shè)計采用面向?qū)ο笤O(shè)計原則，功能分層次設(shè)計，做到接口明確，模塊清晰，便于調(diào)試、維護(hù)及功能擴(kuò)展，最大程度提高了軟件可靠性。

測試系統(tǒng)設(shè)計有自檢功能，并設(shè)計獨(dú)立的校準(zhǔn)轉(zhuǎn)接裝置，通過自檢程序和校準(zhǔn)程序能夠?qū)ο到y(tǒng)供電、AD采集、IO控制、FT組件控制和目標(biāo)轉(zhuǎn)臺控制等主要功能進(jìn)行全面檢測，進(jìn)一步保證了測試系統(tǒng)的可靠性。

測控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控產(chǎn)品供電電壓、電流并設(shè)計過壓、過流保護(hù)，轉(zhuǎn)臺運(yùn)動采用多種限位和保護(hù)裝置，所有接插件均采用防插錯設(shè)計并作出清晰標(biāo)識，保證了測試系統(tǒng)的安全性。

在外購組件的選型時，盡可能采用與其他在研的同系列設(shè)備相同的型號和規(guī)格，提高單元或組件的互換性。

2 各測試單元的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 測控系統(tǒng)

2.1.1 PXI系統(tǒng)

PXI系統(tǒng)由主控計算機(jī)、PXI機(jī)箱、PXI-PCI橋接卡、并行數(shù)據(jù)卡、RS422通訊卡、ARINC 429通訊卡、掃描A/D卡、I/O卡和D/A卡組成，用以完成模擬量、數(shù)字量及產(chǎn)品輸出信號高速采集、數(shù)據(jù)保存和實(shí)時分析處理。

2.1.2 信號調(diào)理單元設(shè)計

信號調(diào)理單元為標(biāo)準(zhǔn)4U上架結(jié)構(gòu)，主要功能是將產(chǎn)品輸出信號轉(zhuǎn)換調(diào)理成能夠通過PXI系統(tǒng)采集測試的信號，同時與PXI系統(tǒng)配合完成產(chǎn)品供電控制和供電電流監(jiān)控，提供過流和過壓保護(hù)。測試設(shè)備的自檢時所需的激勵信號和模擬負(fù)載也是通過信號調(diào)理單元產(chǎn)生。信號處理單元由信號調(diào)理板、繼電器板、電流保護(hù)板、電流采集板、供電繼電器、功率電阻和連接器組成。與產(chǎn)品測試相關(guān)的連接器放置在單元前面板，便于測試人員進(jìn)行連接。內(nèi)部底板后方裝有與設(shè)備內(nèi)部個組件互聯(lián)所需的插座。

2.1.3 LVDS圖像采集單元設(shè)計

圖像顯示單元由圖像顯示計算機(jī)、LVDS數(shù)據(jù)接收卡和顯示器組成。

圖像顯示計算機(jī)配置情況如下：選用AIMB-781QG2型母板，附帶10M/100M/1000M自適應(yīng)以太網(wǎng)卡和USB2.0接口，CPU采用Intel i7-2600，4G DDR2內(nèi)存，4T硬盤，機(jī)箱為研華IPC-610BP-30HCE機(jī)箱。

LVDS接收卡采用PCI接口，安裝于圖像顯示計算機(jī)內(nèi)，圖像顯示軟件可以通過該卡獲取圖像數(shù)據(jù)。

2.2 目標(biāo)轉(zhuǎn)臺

目標(biāo)轉(zhuǎn)臺主要由臺體、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)和限位機(jī)構(gòu)組成，轉(zhuǎn)臺以PLC芯片S7-224XP為核心控制器，據(jù)命令設(shè)定定位、往返、停止等運(yùn)動模式，配合定、限位開關(guān)裝置，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可靠安全運(yùn)行。為保證電機(jī)能于低溫下運(yùn)行，利用溫控器進(jìn)行電機(jī)加熱帶的通電控制。當(dāng)溫度降至-10℃以下時，溫控器導(dǎo)通，電機(jī)加熱帶開始工作；當(dāng)溫度回升至0℃以上時，處于電機(jī)的有效工作溫度范圍之內(nèi)，溫控器斷開。

2.3 目標(biāo)模擬器

目標(biāo)模擬器選擇凱邁測控研制的KMCK-MN-320-F型紅外目標(biāo)模擬器。工作環(huán)境溫度為-50～+75℃，通訊方式為RS232，整個單元抗溫、抗潮濕、抗電磁干擾設(shè)計。整個單元安裝及拆卸方便，易于搬動，并能靈活移動。目標(biāo)模擬器控制采用與目標(biāo)模擬器配套的控制模塊實(shí)現(xiàn)溫度和光闌切換控制。

2.4 供氣單元

供氣單元采用便攜式機(jī)箱設(shè)計，主要由高壓球閥、精密過濾器、單向閥、壓力表、凈化裝置、高壓調(diào)壓閥、安全閥、質(zhì)量流量計、電磁閥、三通球閥、高壓金屬軟管及各種非標(biāo)接頭等組成。

2.5 測控軟件設(shè)計

測控設(shè)備軟件采用采用微軟VC++ 6.0和NI公司LabWindows/CVI9.0進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫管理采用Microsoft Access 2003桌面型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對測試數(shù)據(jù)文件的存取、查詢提供支持，軟件模塊通過ADO（ActiveX Data Object）進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。

專用測試軟件主要包括四個模塊，分別為測試模塊、調(diào)試模塊、自檢模塊和校準(zhǔn)模塊。

測試模塊依托于軟件平臺在主控柜的主控計算機(jī)上運(yùn)行，是測控設(shè)備的核心人機(jī)交互接口，負(fù)責(zé)測控設(shè)備系統(tǒng)管理及調(diào)度，協(xié)調(diào)各分組件/單元共同完成測試任務(wù)。

調(diào)試模塊主要用于設(shè)備調(diào)試和產(chǎn)品排故，與測試模塊較相似，區(qū)別在于調(diào)試模塊將不對測試項(xiàng)目進(jìn)行流程固化，用戶可以按照自身需求控制設(shè)備資源和功能，完成需要進(jìn)行的測試內(nèi)容。

自檢模塊主要用于控制設(shè)備進(jìn)行自檢，并得出自檢結(jié)論，檢驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)是否正常。自檢模塊依托于軟件平臺在主控計算機(jī)上運(yùn)行，主要檢測頻率、電壓、電流和429通訊等信號，以及轉(zhuǎn)臺在主控系統(tǒng)控制下，對轉(zhuǎn)臺零位、轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行自檢。

校準(zhǔn)模塊主要用于控制設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，從而保證測試系統(tǒng)測試精度和可信度。校準(zhǔn)模塊依托于軟件平臺在主控計算機(jī)上運(yùn)行，主要完成對頻率、電壓、電流等測量的校準(zhǔn)功能。

3 結(jié)語

本研究設(shè)計并完成了一種制導(dǎo)控制系統(tǒng)全溫全自動測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)提供良好的人機(jī)界面，具有集成度高，測試速度快、高度自動化、操作維護(hù)方便、可靠性高，具備事后分析功能等優(yōu)點(diǎn)。同時，實(shí)現(xiàn)了全溫環(huán)境下對制導(dǎo)控制系統(tǒng)自動化、高效率的準(zhǔn)確測試。它的應(yīng)用保證了整機(jī)產(chǎn)品的性能，對類似測試系統(tǒng)的研制具有重要借鑒意義。

[1]王起飛，苗永強(qiáng).流星空空導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能分析[J].航空兵器，2004，（5）：5-8.

[2]徐良卿，金相男.紅外導(dǎo)引系統(tǒng)高低溫跟蹤性能測試技術(shù)[J].計算機(jī)測量與控制，2012，（6）：1587-1589.